电气自动化技术在火力发电中的创新与应用

摘要：我国电力行业主要采用大容量、高参数的火电机组作为主力机组，而在监控和管理方面也更加趋于网络化和信息化。目前，我国的火力发电厂可以充分利用电气自动化技术挖掘机组潜能，使得火力发电实现了机、炉、电一体化监控管理。文章分析了电气自动化技术在火力发电中的应用，提出了电气自动化技术在火力发电中的创新与应用。

关键词：电气自动化技术；火力发电；电力行业；火电机组；一体化监控管理 文献标识码：A

中图分类号：TM92 文章编号：1009-2374（2015）25-0055-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.25.028

火力发电中的电气自动化系统（即ECS）主要是实现对火力发电厂中电气系统的自动化监控，其能够有效地分析、保护以及控制发电厂内部用电中低压电气系统。在近些年来，ECS在发电厂电气自动化领域中获得了广泛应用。在ECS系统中应用的电气自动化技术可以充分利用其特有的网络化以及信息化系统优势，不但能够促进火力发电厂电气信息的广泛应用，而且可以有效提升火电厂的自动化运行水平，从而实现更加安全、可靠的电气控制。

1 电气自动化技术在火力发电中的应用作用

1.1 可以优化配置火力发电资源

由于火力发电厂中的资源利用与配置情况会大大影响到火力发电的效率，因为如果电厂所采用的发电技术比较落后，无法充分利用相关的电力设备与发电原材料，甚至于存在严重的人力与物力资源浪费的情况，而且还无法及时地维修故障设备，这样都大大影响了火力发电的进一步发展。然而在火力发电中应用电气自动化技术以后，就能够充分地利用各种发电资源，并且可以及时地发现与维修发生故障的设备，从而更好地实现设备的维护与修理。此外，电气自动化技术还能够实现人机操作模式，这使得各类发电资源能够在人为操纵下充分发挥其最大效能。

1.2 可以提升火力发电效率

随着社会的不断发展和人们生活水平的不断提高，人们的用电需求越来越多，而且对电力质量的要求也越来越高。于是，这也对火力发电厂的供电质量提出了更高的要求。因此，为了充分满足人们日益提高的电力质量需求，火力发电厂也要不断探索与研究，努力提升自身的发电效率与发电水平。在火力发电厂中合理地应用电气自动化技术，可以借助精密化、自动化的设备，有效地优化现有的发电系统，进而提高系统的运行能力，大大提升发电厂的发电效率，提高火力发电厂的供电质量，从而充分满足人们日益提高的用电需求。

1.3 可以降低发电成本

石油与煤是实现火力发电的必需原料，在以前根本无法实现两种原料的充分燃烧与有效燃烧，这样就会大大地增加发电成本，影响发电效率。而在火力发电中应用电力自动化技术以后，能够实现石油与煤两种原料的充分燃烧与有效燃烧，从而避免了不必要的浪费，有效降低了火力发电成本，提高了经济效益。

2 电气自动化技术在火力发电中的重要性

一直以来，火力发电厂都是利用集散控制系统（DCS）来控制机、炉系统，而随着社会的不断发展与科技的不断进步，电厂的主控系统与管理信息系统一体化无缝连接必然会成为电厂管控系统的未来发展趋势，而传统火电厂中的集散控制系统在未来也一定会向这一趋势发展。

通过控制方式对火力发电厂的主控系统进行分类，可以将其分为MCS、BMS、DEH、DAS以及SCS等系统与其他辅助系统，并且这些系统的控制操作都非常简单。而利用电气系统整合来实现控制能够使得安全与保护装置实现集控运行，如传统的自动励磁调节装置（AVR）、电气系统电源切换装置（ATS）等，均与DCS间的信息交换与互访量有限，进而会减少电气自动化系统的信息反映量，继而造成诸多信息，如测量与参数等不能得到有效体现，这样就会增加操作难度，而当火力发电厂发生事故时，不能够给予及时有效地解决、分析，因此，大大影响了火电厂运行的安全性与可靠性。

对此，火力发电厂应该改变其传统的控制方式，例如可以在电气系统中安装大量的控制电缆与变送器，转变硬接线的一对一采集电气信号形式等。除此以外，在如今信息化技术不断快速发展的今天，火力发电厂也要建立电气系统的通信网络，而且要借助于联网等方式，实现信息多面化与多样化的发展。因此，将电气自动化技术应用在火力发电厂中，能够大大地提升电厂电力自动化技术水平，有效增强电气系统的管理能力以及运行能力，从而促进火电厂安全、稳定的运行与发展。

3 电气自动化技术在火力发电中的系统配置创新与应用

在火力发电中电气自动化技术的系统配置主要包括以下三种形式：

3.1 远程智能I/O方式

远程智能I/O方式是在数据采集非常集中并且距离控制非常远的现场设立远程I/O采集柜，利用硬接线电缆将现场的设备I/O信号与加采集柜连接起来，再利用双绞线或者光纤将控制室DCS控制器主机柜以及加采集柜连接起来。远程I/O具有很多优点，例如可靠性高、能够节省大量电缆与安装费用等。而智能远程I/O还具有自检、数据处理等功能，然而需要注意的是，即使采用远程智能I/O方式，也不可以减少电量变送器、I/0卡件与模拟量卡件的数量。

3.2 I/O集中监控方式

此方式主要是利用电气的各馈线在现场中设置现场设备I/O接口，然后再利用硬接线电缆将其集控室DCSI/O通道连接起来，再通过A/D处理以后，使其进入集散控制系统组态，从而实现集散控制系统对火力发电厂所有电器设备的实时监控。I/O集中监控方式具有运行维护好、速度反应快等优势，可以有效地降低集散控制系统的造价。然而，因为所有的电气设备都会进入到集散控制系统监控当中，因此，随着监控对象的不断增加，就会导致DCS主机冗余的逐渐下降，而由于受到控制楼面积较大及电缆数量大等因素的影响，可能会对集散控制系统的可靠性造成一定的影响。

3.3 现场总线控制系统方式

所谓的现场总线是网络技术以及信息技术逐渐发展到现场及控制领域的体现，其3C技术的有机结合，而所谓的3C技术即为计算机技术、控制技术以及通信技术。现场总线是废除了集散控制系统的控制站与其输入/输出单元，彻底改变了集散控制系统分散与集中相结合的集散控制系统体系，利用将控制功能有效分散至现场设备的方式，最终彻底地实现了分散控制。

4 电气自动化技术在火力发电中的发展现状

随着科技的快速发展，电能逐渐成为一种当前人类的主要应用能源，而我国生产电能的主要结构基础即为火力发电厂。因此，为了能够有效提升电厂的自动化技术水平，提升其运行稳定性、可靠性及工作效率，就必须要将比较先进的电气自动化发电技术合理地应用到火力发电中。

在电厂中的电气自动化技术系统的监控装置不但可以科学有效地监控、测量与保护交流采样，而且还可以借助新型的计算机保护与监控，有效实现工业以太网及现场总线技术的网络集成，促进电厂信息通讯以及数据采集的广泛发展。

火电厂自动化技术主要包括通信层、控制层以及间隔层等，其采用分布分层的方式，科学合理地控制以及监视整个系统。其中控制层是其最核心的部分，其主要完成对系统数据信息的监控采集以及控制等工作，是其他两层能够实现互联互通的保证。而间隔层主要包括智能设备与保护监控装置这两部分，其利用网络等途径可以有效实现与系统上层功能的数据沟通及互访工作。电气自动化技术在电厂中的监控技术有效实现了火电厂信息化的控制与管理，促进了发电机组的一体化运行水平，进而有效推动了电厂发电效率及其自动化水平的

提高。

5 电气自动化技术在火力发电中的创新与应用

5.1 实现电气全通信控制

通过分析可知，目前我国火电厂的电气自动化系统还是不能够充分满足DCS利用ECS实现电气全通信控制的模式，其系统的可靠性以及通信的速度还不够完善，而且在DCS与ECS之间还存在一部分的硬接线。因此，为了能够有效地实现火力发电厂电气全通信控制模式，从而充分满足DCS利用电气自动化系统（ECS）实现对整个电厂单元炉机组运行参数的实时监控条件，进而有效提升电厂ECS的信息通讯速度与可靠性，必须要合理解决热工工艺联锁问题。这是提升ECS后台运行速度及其应用水平的重要保障，而且也是实现ECS与DCS互联的必要条件。实现电气全通信控制能够真正地提升DCS的控制水平、自动化水平以及其运行管理水平等，从而真正地实现电厂的电气全通性控制模式，进而有效促进电气自动化技术在电厂中的广泛、合理应用，有效推动火力发电厂的自动化水平与信息化水平。

5.2 统一单元炉机组

为了可以深挖单元炉机组的最大生产潜能，从而有效减少火力发电的造价成本，电厂充分将电气自动化技术合理地运用在火力发电中，要努力将以往机、电控制一体化的模式逐渐转变为机、炉、电一体化的单元制运行监控。只有这样，电厂的DCS才能够通过机、炉、电单元制的运行模式更加及时、准确地分析以及汇总整个火电机组的所有状态信息及运行参数，并且可以利用火力发电厂的内部信息管理系统对电网的运行进行管理与监督，从而有效提高电网的运行稳定性，提高其工作效果，进而充分挖掘火电机组的潜力，充分发挥其控制功能，并且可以尽可能地缩小控制室，简化监控系统，降低控制成本。而且统一单元炉机组也为电厂信息管理系统的信息采集提供了便利条件，进而有效提高了火力发电厂统一管理与统一运行的效率，使得电网能够一直保持在最佳、最经济的运行状态，使得电厂的管理工作能够高效、有序地进行。

5.3 构建通用网络结构

火电厂电气自动化系统是否可以正常运营主要取决于通用网络结构的构建，这主要是由于在通用网络结构构建成功的基础上，才可以使得火电厂的管理人员能够实时地监控现场发电设备参数，才可以有效保证电厂电气设备控制装置、管理系统及计算机监控系统间信息的通畅传输，从而实现整个电气自动化系统的全面、有序实施，实现从办公自动化到元件级别零件设备等的全部覆盖。通用网络的构建是实现监控信息系统（SIS）以及DCS等辅助控制系统合理、广泛应用的重要基础，同时也是促进电厂自动化水平及现代化水平不断提高的重要途径。因此，火电厂要不断创新以及优化电气自动化的应用，要选择合适的网络通讯产品，从而确保火力发电厂的管理人员能够通过Internet/Intranet对火电厂的现场控制设备进行实时、有效的监督与管理，进而保证火力发电厂的生产与运营工作能够顺利地进行。

5.4 创新控制保护手段

在一般情况下，在传统的火力发电中所应用的系统保护及控制手段常常是连锁以及报警方式。但是这种报警方式只可以在出现连锁情况时发生跳机或是在出现超限时发生报警，而这些保护及控制措施的作用是有限的，对于一些特殊情况，其无法做出及时有效的警报，无法采用科学有效的解救措施，因此会大大影响到火力发电工作的顺利开展。而随着电气自动化技术的应用与创新，可以在火力发电中利用计算机的实时保护与控制技术，实现对电厂电气自动化系统的故障诊断及运营检测等操作，从而及时、自动地保护与控制系统故障，充分保证电气自动化系统的安全稳定运行，促进电厂机、炉、电一体化网络实时运行控制的实现，进而有效提升火力发电的工作质量与工作效率，提升火力发电厂的竞争力。

6 结语

总而言之，随着电子信息技术与计算机技术的不断发展，我国的电力产业也逐渐趋于网络化与信息化。目前火力发电厂已经开始广泛地应用电气自动化系统，其中的电气自动化技术可以有效挖掘机组潜力，有效实现电厂机、炉、电一体化运行。而DCS、ECS以及SIS等辅助控制系统的技术创新与应用，不仅有效提升了火力发电厂的运营管理水平，降低了运行成本，而且还可以有效提升电厂的工作效率。因此，电气自动化技术在火力发电厂中的广泛应用，是实现电力管理及生产自动化与现代化，促进火电厂良好生存与发展的有效手段，同时也是必经之路。

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作者简介：祁杰（1977-），男，内蒙古巴彦淖尔人，内蒙古国华准格尔发电有限责任公司工程师，工程硕士，研究方向：火力发电厂运行管理。

（责任编辑：陈 倩）