分散控制系统在火电厂电气自动化上的应用

科技创新与应用ｌ　２０１３年第２６期　电力科技　

火力发电中电气自动化技术的应用探讨　

刘鑫　韩文愈　

（北方联合电力呼和浩特热电厂，内蒙古呼和浩特０１００３０）　

摘要：在科学技术日益发展的形势下，大容量、高参数的火电机组越来越广泛的应用于火电厂中，在自动化、信息化和智能化方　

面发展的越来越广泛，有效的提升了火电产的运行效率，降低了生产成本，有效的提升了火电厂的经济效益。自动化电气技术的　应用，减少了２－－ｓ￣的投入，技术水平有了很大的提升，并且适应我国时代的发展趋势，实现了机电一体化的运转模式，在市场竞争　中提高了核心竞争力，为我国火电厂的发展创造了良好的环境。　

关键词：电气自动化技术；火力发电；创新　

１电气自动化技术在火力发电中的基本作用　

电气自动化技术是一种先进的技术，在发电厂中，主要是发挥监控　

的作用，对于电气的运行状况进行监测分析，也会有数据信号的反馈功　能。电气自动化技术大多是发挥了监测功能，在电气设备运行期间，对　设备的运行状态进行监测，通过对数据的分析与反馈，能够及时的发现　

运行中出现的问题，然后发出预警。在必要白句Ｊ隋况下，还会自动采取紧　

急措施，及时的切断电源，保护设备不受更大的损坏。除此之外，在火电　厂中，利用自动化技术还可以进行远程的数据分析与传输，实现对设备　

的在线管理，提高了火电厂的运行效率和质量。在故障诊断方面也具有　非常先进的技术，可以实现快速的诊断，缩短设备的维修时间，减少因　

为维修而造成的经济损失。　２电气自动化技术在火力发电中的必要性　

在以往的火电厂运行中，对于电厂的集散控制系统主要是集中在　

机、炉的简单系统中，在电气系统的运行方面也是相对独立的，在各个　装置之间的信息互访缺乏有效的沟通。这种工作形式对于电厂的工作　

人员增加了很大的负担，对于系统之间的沟通需要通过人为的传送来　实现，对于复杂的电气装置来讲，无法有效的预防故障的发生。所以说　

在这种形势下，电气自动化技术的应用具有很大的必要胜。电气自动化　

在火电厂热工自动化领域，DCS和PLC是两个完全不同而又有着千丝万缕联系的概念。DCS和PLC都是计算机技术与工业控制技术相结合的产物，火电厂主机控制系统用的是DCS，而PLC主要应用在电厂辅助车间。DCS和PLC都有操作员站提供人机交互的手段、都依靠基于计算机技术的控制器完成控制运算、都通过I/O卡件完成与一次元件和执行装置的数据交换、都具备称之为网络的通信系统。DCS和PLC如此相似，为什么会有完全不同的概念，我们在工程实践中如何进行选择？本文从历史沿革、技术特点、发展方向等几个方面作一综述，希望能够对热工专业人员有所借鉴。其中的DCS的情况以NETWORK6000+为例，力求例举详实阐述清晰。

1、DCS和PLC的历史沿革及核心概念

DCS为分散控制系统的英文（TOTAL DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM）简称。指的是危险分散、数据集中。70年代中期进入市场，完成模拟量控制，代替以PID运算为主的模拟控制仪表。首先提出DCS这样一种思想的是仪表制造厂商，当时主要应用于化工行业。而PLC于60年代末研制成功，称作逻辑运算的可编程序控制器（Programmable Logic

Controller），简称PLC。主要应用于汽车制造业。

DCS和PLC的设计原理区别较大，PLC是从摸仿原继电器控制原理发展起来的，70年代的PLC只有开关量逻辑控制。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求。将其存入PLC的用户程序存储器，运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。

DCS是在运算放大器的基础上得以发展的。把所有的函数、各过程变量之间的关系都设计成功能块。70年代中期的DCS只有模拟量控制。

DCS和PLC控制器的主要差别是在开关量和模拟量的运算上，即使后来两者相互有些渗透，但是仍然有区别。80年代以后，PLC除逻辑运算外，也增加了一些控制回路算法，但要完成一些复杂运算还是比较困难，PLC用梯形图编程，模拟量的运算在编程时不太直观，编程比较麻烦。但在解算逻辑方面，表现出快速的优点。而DCS使用功能块封装模拟运算和逻辑运算，无论是逻辑运算还是复杂模拟运算的表达形式都非常清晰，但相对PLC来说逻辑运算的表达效率较低。

１８　作　为机组主要控制系统的分散控制系统．一方面已在常规燃煤火电　机组的控制结构和控制范围上发生巨大　变化，另一方面随着空冷系统、脱硫系　统、脱硝系统、大型ＣＦＢ锅炉等新工艺　的产生也相应发生了变化。本文将围绕　电气控制系统、汽轮机电液控制系统　（ＤＥＨ）等与ＤＣＳ的控制关系．重点讨论　国内近期大型燃煤电厂ＤＣＳ的应用发　展。　电气控制系统与ＤＣＳ的关系　

ＤＣＳ最初在国内燃煤电厂应用时　其功能覆盖范围仅包括数据采集与处理　系统（ＤＡＳ）和模拟量控制系统（ＭＣＳ），　然后扩展至顺序控制系统（ＳＣＳ）与锅炉　炉膛安全监控系统（ＦＳＳＳ）。作为ＤＣＳ的　主要子系统．以上４项功能目前在国内　的应用已相当成熟，在电力规划设计总　院组织有关单位对　火力发电厂分散控制　系统（ＤＣＳ）技术规范书》修订的新标准　（目前为中国电力工程顾问集团公司技术　标准Ｑ／ＤＧ１一Ｋ４０１—２００４）中，仍将以上４项　功能作为ＤＣＳ的主要功能子系统。但实　际上近几年ＤＣＳ的应用范围已发生了很　大变化．其中最主要的一个方面是电气　控制纳入ＤＣＳ已得到普遍推广应用。　由于中国采用前苏联的专业分工模　式．故在电厂的设计中，热工自动化与　电气自动化是两个不同的专业　尽管热　工自动化已采用了先进的ＤＣＳ，但传统　Ａ　ＶｏＩ．１０　Ｎ０．３　—芎　石　一　本文作者郑慧莉女士和许继　先生　的电气控制却仍采用一对一的强电操作。　近几年随着电气控制纳入ＤＣＳ的成功应　用，在新版“火力发电厂分散控制系统　（ＤＣＳ）技术规范书　的ＳＣＳ中　已将电　气发变组和厂用电系统的控制作为ＳＣＳ　的一部分，这说明电气发变组和厂用电　系统的控制纳入ＤＣＳ已相当成熟可靠。　通过ＤＣＳ．已可实现单元机组的炉、机、　电一体化控制，为全能值班创造了条件。　二ＤＥＨ　ＥＴＳ与ＤＣＳ的关系　

在ＤＣＳ控制范围上的另一主要变化　是ＤＥＨ电子部件与ＤＣＳ的软硬件一体化　已基本可以实现。　ＤＥＨ是电厂的另一重要控制系统，　传统上都是由汽轮机厂成套提供一套独　立的控制系统。为了消除信息孤岛，于　上世纪９Ｏ年代初提出ＤＥＨ与ＤＣＳ进行串　行通信的设计方案，得到业内人员的普　遍认可．并在工程设计中得到了广泛应　用。随着技术的发展和自动化水平的提　件一体化。直到近两年．采取ＤＥＨ　由汽机供货商负责并提供与ＤＣＳ相　同软硬件的方式才逐步实现这一方　案。目前　在大型项目的可行性研　究报告审查时　电力规划设计总院　基本上都要求项目法人在主机招议　标时　按这一方式进行操作。ＤＥＨ　电子部件与ＤＣＳ的软硬件一体化已　开始逐步走向成熟　此外　；－－％轮机危急跳闸系统　（ＥＴＳ）的电子部件由传统的可编程　序控制器改由ＤＣＳ进行控制也已取得成　功业绩。电气发变组与厂用电、ＤＥＨ与　ＥＴＳ等系统成功纳入ＤＣＳ　标志着通过　ＤＣＳ已可实现对炉机电整套单元机组的　检测、控制、报警和保护等全面的控制。　三空冷控制系统与ＤＣＳ的关系　

科技创新与应用ｌ　２０１３年第２８期　电力科技　电气自动化在火力发电厂中的应用探讨　钱广彦　（山东里彦发电有限公司，山东邹城２７３５１７）　摘要：随着电气技术的迅速发展，火力发电厂将电气自动化技术运用到发电系统中，以实现整个火力发电系统的高效率和高自　动化水平。文章首先分析了电气自动化在火力发电厂中的基本作用以及电气自动化在火力发电系统中应用的必要性，接着阐述　了目前电气自动化技术在火电厂中的应用现状，最后对火力发电厂电气自动化技术创新应用进行了进一步的说明。　关键词：电气自动化；火力发电厂；应用　１引言　火力发电作为我国电厂发电的主要结构，每年创造出来的电能　不断增多，电气自动化技术在火力发电厂中的应用越来越广泛。在　火力发电系统中运用电气自动化技术，就要求火力发电企业重视自　动化技术，研究火力发电系统的中的电气自动化技术，使之在发电　技术中得到广泛运用。在火力发电过程中，电气自动化技术施展了　独特的信息化和网络化的特点，不仅促进了火力发电的自动化运转　水平，而且提高了火力发电的效率。　２电气自动化在火力发电厂中的基本作用　火力发电厂中的电气自动化系统是一套自动化系统。该系统主　要以见识控制设备为主、数据交换信号反馈为辅，通过主接线图和　曲线等方式，监控设备可以设备的运行状况进行监控和测量，实时　上报设备异常和警报信息。同时，系统还提供检修报表、供电量报表　和设备启停次数报表等，具备很多数据反馈功能。电气自动化技术　通过对控制设备的监视实现全局控制，统筹信息，辅助交换数据的　信号反馈，构建自动化的控制系统。火力发电厂中的电气自动化系　统是一个复杂繁琐的系统，不仅设备与总体数量繁多，同时，在安装　阶段，包含多个电气元件的安装，要将其分先与各个电动机与配电　室主控中心，如此，系统承载大量信息，检修难以操作与优化。　３电气自动化技术在火电厂中的应用现状　在常规控制中的应用，传统的火力发电厂因为缺少先进的控制　技术，许多设备很难发挥出最佳的性能。如果将电气自动化技术应　用到常规控制中，则有明显的优势。　３．１集中控制。对那些规模大、电能产量高的火力发电厂，由于　设备很多，如何处理好设备之间的协调关系显得尤为重要。电气自　动化技术科技将汽轮机、锅炉、发电机组等设备合理地组合起来，实　现集中控制操作，有效地提高了设备的运行效率。　３．２就地控制。对那些规模小、电能产量低的火力发电厂，设备　较少，但也需要构建一套综合的控制体系，将锅炉、汽轮机、发电机　组这些重要的设备和装置综合连接起来，避免设备单独运行时带来　的不便。　３．３自动控制。电气自动化技术的应用必然带来电能生产的自　动化，例如：计算机技术的运用摆脱了原来人工控制设备的模式，实　现全面自动化控制，不仅减少了设备运行过程中的错误，还降低了　电能生产的难度，可以提升企业的电能产量，创造出更多的经济效　应。　３．４故障控制。电气自动化技术除了在电能生产中具备很多使　用价值之外，还可以起到设备故障控制的作用。技术人员可以通过　计算机在线监控系统对火电厂的各项设备的异常情况进行实时监　控和及时诊断。对于一些小的故障，系统还可以根据相应的操作指　令，自行处理。　４火力发电厂电气自动化技术创新应用　４．１一体化炉机组应用　通过实现机电一体化转换为创新炉、机、电单元一体化的运行　模式，电气自动化技术在火力发电厂中得到了有效的利用，同时将　ＤＣＳ系统基于以上单元运行，把整体机组运行状态、信息等参数进　行汇总分析，挖掘机组潜力，实现特色和控制功能，达到合理缩减控　制室，令复杂监控系统得到良好的简化。为了强化火电厂电网系统　管理运行，提高工作效率，以最优化的状态运行服务，单元化统一火　电记住必须为电厂管理信息系统采集信息的过程服务，切实提升火　力发电厂火电机组自动化管理水平。　４．２保护控制手段创新应用　传统的火力发电系统采用连锁报警为保护和控制手段，但是只　能对超限现象报警，并不能对连锁跳机的保护和波动性控制。现代　电气自动化系统要求通过计算机系统实现系统的保护控制，自动展　开系统故障诊断与检测，及时、实时的反馈运行信息，发现机组设备　——１５４—．　的安全隐患，合理调整、更新控制策略，实现防患于未然的管控目　标，完善系统自动化保障体系，维持系统良好的运行。再者我们还可　利用自动化电气系统设备由传统被动性、事后性防御发展为预知预　防维护及维修设备的同步高效进行。　４．３合理实施全通信电气控制　传统的火力发电厂电气自动化系统没有满足ＤＣＳ系统全通信　电气控制目标，主体系统的安全性和通信速度依然存在很多问题，　使得自动化电气系统与ＤＣＳ间始终包含部分硬接线。优化现行阶　段的基本见识功能，全面提高自动化电气系统的控制水平和控制逻　辑，使其自动化能力和管理能力显著提高，实现全通信电气控制模　式，提升后台电气系统实际水平。　４．４科学构建通用型网络服务结构　优质的通用性网络结构支撑着火力发电厂电气自动化系统的　良好的运营服务，科学应用创新型电气自动化技术可以有效地提高　系统的运行效率，改变传统自动化办公环境，实现面向控制机与元　件的电气整体自动化系统网络升级，完善火力发电厂从管理层到现　场的实时监控，营造良好的电厂管理系统、控制系统信息数据实时　上传，达到全面控制火力发电厂的自动化运行目标。　５电气自动化在火力发电厂中的发展趋势　现代火力发电厂电气自动化技术是基于计算机网络控制系统　的实现了监控、测量与保护三维一体的工业化以太网，开拓了信息　与通信数据采集的全新方法，在该领域内实现技术的革新，系统的　一体化，通过分层分布的方式实现对整体与局部的控制见识，有效　地拜托下层功能对上层网络及设备的依赖。　同时，现行的自动化火力发电厂系统已经通过科学先进监控技　术同他类监控系统的良好数据交换，有效地实现火力发电厂运行生　产的实时信息控制和管理。随着计算机网络技术的发展，ＥＣＳ自动　化系统将逐步传统的火力发电厂控制系统，实现智能化管理的科学　转变，主体体现为测控装置及间隔层保护全面独立，令控制系统单　元实现了一体化测量，向着网络智能化综合方向发展。火力发电厂　生产系统单元在现有控制监视基础上还会实现互联站控层、防护误　操作，记录状态信息，直接面向于机组或一次性设备的科学管理。同　时基于以太网综合优势，电气自动化火力发电厂将借助网络结构科　学实现综合自动化系统功能，形成自动化全集成性体系保障数据在　站点之间的良好、高效与可靠交换。　６结束语　随着城市化进程的不断深化，结合现在计算机科学技术的电气　自动化技术在火力发电厂中的应用将不断深入，虽然目前火力发电　厂的控制系统中仍然存在很多问题，但是通过技术的创新与改革，　将不断改变旧的系统，提高系统运行效率和管理水平，创新应用，全　面激发优势功能，持续提高管控能力，合理控制火力发电厂的管理　成本，实现企业的常新发展。　参考文献　［１］吕东兴，赵金强．热电厂自动化系统的现状及发展研究［Ｊ】．电站系　统工程．２０１２．　［２］杨弘剑．发电厂电气监控系统分析　化学工程与装备，２０１０，　【３】吴治平，智军，石景彪．发电厂电气自动化控制方案『Ｊ１．自动化应　用．２０１２．　［４】张波．电气监控系统在火电厂的应用『Ｊ］．华北电力技术，２００９．　［５］陈文高．配电系统可靠性实用基础呻【Ｍ］．北京：中国电力出版社，　】９９８．