电气自动化技术在火力发电中的应用

倪 涛

（黄冈职业技术学院，湖北 黄冈 438002）

火力发电电气自动化系统（简称为ECS）是现代电气自动化领域中的新型技术，目前，电气自动化已经在火力发电中得到了广泛的应用，由于自身的特点和网络化优势，不仅能更好的促进火力发电的发展，还能提高发电厂的自动化水平，增强电气自动化的稳定性和先进性。

1 传统DCS技术应用时存在的障碍

发电厂厂用电气自动化系统，简称EFCS或ECS，是发电厂自动化领域近年来兴起的一个新的热点。与发电厂分散控制系统（DCS）侧重于热工系统的监控相对应，EFCS侧重于发电厂电气系统的监控；与发电厂网络监控系统（NCS）侧重于发电厂接入电网部分的电气监控相对比，EFCS侧重于发电厂内部，实现厂用电中低压电气系统的保护、测量、计量、控制、分析等综合功能。

EFCS系统将原先各自独立运行的6kV/10kV中压系统及400V低压系统中种类和数量众多的继电保护装置、测控装置、自动装置等通过现场总线或以太网联结起来构成系统，一方面，实现了与DCS系统的通信方式的信息交换，大大减少了DCS的测点投资和硬接线方式下的电缆投资，另一方面，通过网络和后台软件，实现了电气系统的协调控制、故障分析和运行管理，提高了整个发电厂的自动控制水平和运行管理水平。

（1）在电气自动化系统中，电气系统的电流电压等早已实现了直接交流采样，精度高、速度快、数字化；而DCS对电压电流等需要通过变送器转换后接入DCS，二次接线复杂，造价高，抗干扰性能差；

（2）由于DCS对电气测点的限制，使电气系统的许多应用功能无法实现，如故障诊断、故障分析、经济性分析、定值管理等。从而无法提升电气系统的运行管理水平。近年来，以现场总线、工业以太网为代表的网络通信技术在变电站综合自动化系统的成功应用，以及DCS系统硬接线方式缺点的逐步暴露，使得全面提高厂用电气系统自动化水平的呼声越来越高。从2000年以来，国内国外一些电力自动化设备制造厂家和电力规划、设计和使用和试验部门一起积极探索，提出了多种EFCS方案，并在一些电厂进行了试验，积累了宝贵的经验。这些方案的共同特点是：厂用电气自动化设备通过现场总线联网；电气系统与DCS间采用通信加部分硬接线方式进行联系以减少电缆数量；建立电气后台系统，规划并逐步开发各种应用软件。

2 EFCS系统的构成

(1)间隔层.该层主要是为了促进各种专业化功能的智能装置的完成和完善，包括：厂用电中压6kV/10kV系统系列保护测控装置、厂用电低压400V系统系列智能控制器及测控装置、厂用电源快速切换装置、低压备用电源自投装置、自动准同期控制装置、小电流接地选线装置、直流接地选线装置等。通过各种职能软件的开发促进系统的可操作性，有CPU、A/D、RAM、EEPROM、现场总线或以太网对外通信接口等。

(2)通信管理层。这一层主要是网络和通信的安全管理，完成上述的各种智能装置、DCS系统、电气后台监控系统、发电厂其他智能设备、发电厂其他系统的通信。主要的通信方式还是以工业太网和现场总线，如PROFIBUS、CAN等，现代通信管理装置已经实现了不同现场总线接口标准的互联以及不同通信之间的转换。

（3）站控层。改成包括后台监控系统计算机硬件和各种专业应用软件，硬件有服务器、工作站等，应用软件包括SCADA（数据采集和监控）、厂用电抄表、录波分析、电动机故障诊断等各种高级软件或者基础软件，以及后台系统与发电厂其他管理系统（如MIS系统）间的通信接口软件。

3 创新电气自动化技术在火力发电中的应用

（1）统一单元炉机组。自动化技术在火力发电中应该得到创新，实现机、电的一体化，逐渐实现火力发电厂机、炉、电一体化的单元制运行监控的统一。那么火力发电中的集散控制系统（DCS）就能利用机、炉、电单元制的运行方式对整个发电机组的运行参数和状态进行信息手机和分析，发挥火力发电机组的最大潜力，同时实现自身具备的控制功能，缩小控制室，简化监控系统，减少管理人员的工作负担，提高工作进度，同时还能最大可能程度的降低造价；同时，统一单元炉机组也便于火力发电中电厂信息管理系统（MIS）的信息采集，加强火电电网的统一管理，完成中调AGC的相关指令和要求，提高电厂工作效率，让电厂始终保持在最佳的工作状态和获取最大的经济效益。因此，统一单元炉机组有利于提高火电机组的监控水平和自动化水平。

（2）创新控制保护手段。在传统的火力发电形式中，主要采用的系统控制和保护手段为报警和连锁，这种方式之恩你实现超限报警以及联锁跳机的波动性控制和保护。而电气自动化技术可以通过计算机的计算和分析，实现对电气自动化系统的运营检测和故障诊断，提高火电设备的完善性，并减少故障发生，改变控制和保护策略，对与控制系统故障，防患于未然，保证电气自动化系统能够继续保持运行状态有着积极的意义。另外，通过电气自动化系统还能从预防维护的被动和事故后维修转化为预防维护的预知和设备维修的同时进行，全面提高火电发电的质量和效率。

（3）实现电气全通信控制。以我国火电发电的实际来看，火力发电厂的电气自动化系统（ECS）还无法满足集散控制系统（DCS）通过电气自动化系统实现电气全通信控制的方式，通信的速度和可靠性还存在问题，总体来说比较落后，电气自动化系统（ECS）和集散控制系统（DCS）之间还存存留了一部分的硬接线。因此，要实现电气的全通信，就必须处理好热工工艺连锁的问题，提高电气后台系统的实际应用水平，在发电运行的基本阶段进行实时监控，实质性地提高电气自动化系统的控制逻辑、控制水平、自动化水平和运行管理水平。

4 现代自动化发电技术的成熟

（1）锅炉汽包水位测量技术取得重大突破。秦皇岛华电测控设备有限公司和淮安维信仪表有限公司经过多年研究开发，推出了GJT-2000高精度、高可靠性的电极式汽包水位测量装置、无盲区低偏差双色水位计、汽包内置式电极式水位测量装置、多测孔接管技术等，并在研究汽包内部汽水动力工况及取样位置配置方面取得丰富经验。这些成果，标志着锅炉汽包水位测量技术已经取得了重大突破。但是，由于现行规程规范，包括2001年国家电力公司发布的《防止电力生产重大事故二十五项重点要求》，均建立在过去的汽包水位测量装置和技术的基础上的，因此，这些规程规范在一定程度上严重束缚着这些新技术的推广应用。目前，按上述技术，汽包水位计间偏差全程可以控制在30mm以内，汽包水位保护可以从点炉开始可靠投入运行。特别是通辽电厂汽包内置式电极式水位计通过长期运行(二年多)考验，并通过鉴定，受到了高度的评价，它的成功有望率先在世界上使锅炉汽包水位测量现场基准仪表取得突破。

（2）2SIS技术正走向成熟。SIS概念从十年前由我国专家首次提出后，经过大讨论、试点和逐步推广应用，目前已在三百多个电厂中推广，在中国发展成为一个有几十家公司组成的产业。虽然有些电厂由于选择开发商不当或本身管理跟不上而导致效果未能显现外，大部分电厂均取得了不同程度的明显效果。第一个SIS电力行业标准《火力发电厂厂级监控信息系统技术条件》从2004年颁发以来，通过大量实践，SIS技术又有了较大发展，网络技术包括单向物理隔离装置防止“丢包”的技术等有了新进展，应用功能不断丰富和完善，实时数据库系统可选范围扩大，一些优秀的国产数据库在市场竞争中脱颖而出，不少电厂也逐步形成了一套适应SIS系统管理电厂实时生产过程的制度、方法和经验。

5 电气自动化技术在火电厂常规控制中的运用

（1）就地控制。有一些发展规模较小的发电厂，它们在具体操作时所使用的设备较少，但仍然需要构建一个综合控制系统，如：锅炉、汽轮机、发电机等重要设备，都是需要综合控制的。通过自动化技术能合理的综合的使用设备，避免了由于设备单独运行而带来的不便。

（2）集中控制。火电厂比其它电厂的规模大，发电数量多，电厂内的设备也较多，完善个设备之间的协调运转是管理工作的重点，这也是企业进行生产规划的难点之一。自动化技术能把锅炉、汽轮机、发电机等合理搭配组合，对发电厂进行综合控制，全面提高了设备的使用效率。

（3）自动控制。电气自动化也会促进电能的自动化。如：计算机技术的发展减少了人力管理，而自动化的推广，不仅提高了电厂管理的规范性，还维护了生产人员的安全，降低了电能生产的难度，提高了电能产量，让电厂获得更多的经济效益。

（4）故障控制。在发电过程中，设备难免会出现个各种故障，而电气自动化技术在设备故障方面的控制也能起到关键作用。技术人员通过计算机建设在线监测系统，对发电中的各种异常进行分析和解决，还能根据操作处理指令处理各种小故障。

6 结语

火电厂的电气自动化运用，能提高火力发电系统管理的自动化和管理水平。自动化系统通过计算机、保护、测量、分层分布控制和通信技术，对火电厂的电力系统的运行进行保护、控制和故障处理，这无疑是一项综合性的管理系统。充分利用电气系统联网后信息全面的优势，成功实现电气自动化的使用，完成较为复杂的电气运行管理工作。