电力系统电气自动化在火力发电中的应用与研究

马彦平 周 健

（云南耀荣电力股份有限公司，云南 昆明 650000）

1 电气自动化技术在火力发电中的基本作用

电气自动化技术在火力发电中的基本作用是通过以监视控制设备为主，数据交换信号反馈为辅助的自动化系统，监控设备时以主接线图，曲线等形式测量设备的运行状态和数据信息，并能及时的上报设备的警告信号、动作事件异常等情况，避免操作失误和危险情况的发生。自动化系统还需提供出潮流13报表、电量日报表、设备启停次数报表、和检修报表等。电气自动化系统的高级功能还提供很多特殊的数据反馈，例如利用测控装置本身的计量功能或脉冲信号进行电量统计，定值的远方修改在线自动效核，电气主站系统的在线设备管理，故障诊断及电动机状态检修等。

2 电气自动化技术在火力发电中的必要性

一般来说，传统的火力发电厂中的集散控制系统（DCS）主要是侧重于对机、炉系统的简单控制，而电气系统的保护与安全装置都可以基本实现独立运行，诸如厂用电源切换装置（ATS）和自动励磁调节装置（AVR）等都与集散控制系统（DCS）之间的信息互访和交换量有限，对整个电气自动化系统的反映信息量相对较少，也导致电气系统的操作人员所关注的测量、参数等信息都无法在集散控制系统（DCS）中得到有效反映，这也就对电气系统的操作人员运行系统造成了一定程度地不便，无法实现轻松、快捷、简便的系统操作，非常不利于其对火力发电厂的事故进行及时地分析与解决。因此，为了提高火力发电厂中电气系统的自动化水平，就必须改变传统电气系统控制中对变送器和控制电缆大量安装的情况，转变过去硬接线一对一采集电气信号的形式为现场总线技术和智能设备的结合形式，建立火力发电厂的电气系统通信网络，充分利用其联网信息多样化和全面化的优势，进行电气系统深层次的相关数据挖掘，实现火力发电厂中电气系统的自动化，提高整个火力发电厂电气自动化系统的运行和管理水平，这对于火力发电厂的长远发展发挥着至关重要的作用。

3 电气自动化技术在火力发电中的发展现状

电力自动化技术在火力发电厂中的应用水平是随着科学技术的不断进步而不断发展和提高的。电气自动化系统的日新月异也为火力发电厂的数据采集和信息通信等开拓了新的技术发展领域。火力发电厂中电气自动化系统的监控装置不仅可以实现对交流采样的测量、保护和监控，而且可以通过新型计算机的监控与保护实现现场总线技术与工业以太网的网络形成。通常情况下，电气自动化系统是由控制层、间隔层和通信层三大主要部分组成，并通过分布分层的方式实现对整个系统的监视与控制。下层的功能则可以摆脱对上层设备和网络的依赖，而独立实现。

4 创新电气自动化技术在火力发电中的系统配置

电气自动化技术在火力发电中的系统配置主要可以分为以下三种形式：I/O集中监控方式、远程智能I/O方式和现场总线控制系统（FCS）方式。

4.1 I/O集中监控方式

I/O集中方式。是将电气的各馈线在现场设置现场设备I/O接口，通过硬接线电缆与集控室DCSI/O通道相连，经A/D处理后进人DCS组态，实现DCS对全厂电气没备的监控。这种监控方式优点是速度对应快、运行维护好、监控站的防护等级低，从而使DCS的造价下降，但由于电气设备全部进入DCS监控，随着监控对象的大量增加使DCS主机冗余的下降，电缆数量巨大，控制楼面积大，长距离电缆引进的干扰可能影响DCS的可靠性。

4.2 远程智能I/O方式

远程智能I/O方式是在数据采集较集中月一离控制室较远的现场设立远程I/O采集柜（即现场A/D转换机柜），现场设备I/O信号通过硬接线电缆与加采集柜相连，加采集柜与控制室DCS控制器主机柜通过光纤或双绞线。远程I/O具有节省大量电缆、节省安装费用、节省控制楼面积、可靠性高等优点智能化远程I/O还可完成数据处理、自检、自校正等功能。但I/O卡件、模拟量卡件及电量变送器还是不能减少。

4.3 现场总线控制系统方式

现场总线是当今3C技术，即通信、计算机、控制技术发展的结合，是信息技术、网络技术发展到控制领域和现场的体现。现场总线废弃了DCS的控制站及其输人/输出单元，从根本上改变了DCS集中与分散相结合的集散控制系统体系，通过将控制功能高度分散到现场设备这一途径，实现了彻底的分散控制。

5 创新电气自动化技术在火力发电中的应用

5.1 统一单元炉机组

创新电气自动化技术在火力发电中的应用，实现由机、电控制一体化向火力发电厂机、炉、电一体化的单元制运行监控方式转化。这样，火力发电厂中集散控制系统（DCS）可以通过机、炉、电单元制的运行方式对整个火电机组的所有运行参数和状态信息进行汇总和分析，最大限度地挖掘火电机组潜力，并发挥其自身特有的控制功能，最大限度地缩小控制室，实现对监控系统的简化，也就能够最大可能地降低成本造价。

5.2 创新控制保护手段

一般来说，在传统的火力发电中所采用的系统控制和保护手段为报警和连锁，仅仅只能实现超限报警以及联锁跳机的波动性控制和保护。而通过创新电气自动化技术，可以通过采用计算机的控制保护技术，实现对电气自动化系统的运营检测和故障诊断等，从而提前发现火电设备的系统隐患，并改变控制和保护策略，采取诸如系统冗余等一些主动性控制和保护措施，对系统故障的范围进行自动控制，防患于未然，保证电气自动化系统能够继续保持运行状态。

5.3 实现电气全通信控制

从目前的情况来看，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，其通信速度和系统可靠性还存在着一定的距离，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。要实现电气全通信控制模式，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，丰富当前初级阶段的基本运行监视功能，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。

5.4 构建通用网络结构

通用网络结构的构建对于电气自动化系统的成功运营有着非常重要的作用。火力发电厂应该创新电气自动化技术的应用，选择能够实现从办公自动化环境到控制机直至元件级的整个电气自动化系统范围内的网络通讯产品，保证电厂管理层实现Intemet/Intranet对电厂现场控制设备的实时监督，并确保电厂控制设备、管理系统和计算机监督系统间的数据信息传输畅通无阻，实现全集成自动化。

6 结束语

当前火力发电厂在电气自动化系统（ECS）的应用方面也取得了较大的进步，最大限度地挖掘了火电机组的工作潜力，实现火力发电厂中机、炉、电一体化的单元制运行监控模式，加强了获利发电厂中电网的统一运行和管理，提高了系统工作效率、控制水平和自动化水平，降低了火电厂的成本造价，提高了火力发电厂的市场竞争能力。

[1]张拥军，优化火电厂自动控制系统的重要性及对策[J].中国集体经济，2009.

[2]马文学、钟汉枢、闫天军，基于工业以太网的火电厂电气自动化系统应用研究[J].机电工程技术，2005.