火力发电厂电气—热控一体化控制技术的探讨

摘 要：火力发电厂是我国电力生产的主流力量，虽然水能、风能、核能均可以用于发电，但是目前科学技术水平尚不能支持上述能源的大规模发电，因此智能电网在发展上依然离不开火力发电厂的支持。而在火力发电厂的不断建设过程中，单元机组容量随着智能电网发展而不断增加，其对火力发电厂信息自动化系统的要求愈见升高，因此火力发电厂尝试进行数字化电厂的建设。而火力发电厂的数字化建设，需要依托于“电气-热控”一体化控制技术来实现。本文试对火力发电厂的“电气-热控”一体化控制技术进行分析、研究。

关键词：火力发电厂；电气；热控；一体化；控制技术

现阶段，智能电网在发展中面临着许多挑战。固然，智能电网以集成网络、双向高速通信、传感技术为基础而形成了安全可靠、经济稳定的架构，可以抵御各种攻击、接入各种发电设备，实现对电力市场资产的优化配置。但是作为智能电网生产电力的来源，火力发电厂通常存在着生产耗能大、副产物严重污染环境的问题，一直以来的人工管理方式更是为火力发电厂的生产带来了一定的阻碍。因此，火力发电厂必须采取更加先进的技术，以实现电能的节能调动与绿色发电。

一、火力发电厂在自动化技术上存在的各种问题

（一）电气自动化

近些年来，火力发电厂在电气控制装置的功能和性能上有了很大的变化，但是各部门仅仅为自己所属领域作出自动化发展，对于其他与自己无关的部门则缺乏相应的自动化建设。事实上，火力发电厂需要实现电子自动化的环节有许多，如：NCS和ECS、故障录波、自动装置、电量计费、保护装置以及厂用电管理，等等。上述情况会导致这些环节无法统一管理，信息无法集成，甚至最为基础的电能平衡也很难实现，于是最终导致的结果便是电力企业难以获得较高的整体效益，电气与热控之间缺少信息共享，资源白白浪费。

（二）热控自动化

热控自动化与电气自动化一样在近几年来得到了飞速的发展，但是就主机控制范围而言却没有明显的进步，其变化最大的地方在于辅助车间的控制系统，变曾经的分散控制为现如今的几种控制。事实上，现场总线控制技术在火力发电厂不断发展中有了愈加宽广的应用范围，设备在信息的收集上不断深入、扩展，在分析设备状态的环节之中，甚至可以获得装置状态的详细数据。

例如，人们在DCS中纳入了“机组性能计算+耗差分析”系统，参考人员可以根据所获得信息进行系统的简单配置，即可获取可信的数据；渐渐地，人们又在DCS中融入了机组优化控制功能，但是令人可惜的是，主厂房的DCS并没有与辅助车间实现控制的统一，二者依然相互独立，信息无法互通、共享，对于火力发电厂的数字化建设无疑是非常不利的。

（三）热控、电气分离

为了提高生产率，实现节能减排目的，国家对电力体制进行了相应的改革，火力发电厂开始致力于自动化建设。然而，发电厂若要实现自动化建设，必须要在权威机构的协调下进行，而当前在火力发电厂的各个组成部分中，热控专业与电气专业是彼此分离、各自独立发展的，二者的分离使得电力企业难以高水平发展，并且二者有一分功能是相互重叠的，二者的分离无疑会导致资源浪费，火力发电厂的自动化控制系统将难以充分而彻底地发挥其整体优势。

例如，火力发电厂在热工控制上有：辅控网、DCS、ETS、TSI、DEH，等等；在电气控制上，火力发电厂则有：保护装置、NCS、录波装置以及ECMS，等等。火力发电厂应该为热控控制装置与电气控制装置进行统一的控制。但是出于技术、分工以及人为因素的影响，热控控制装置与电气控制装置被隔断开来，无法实现协网控制与信息共享，火力发电厂需要为二者分配更多的资源，这完全不符合自动化系统的节能要求。究其原因，主要是火力发电厂没有将信息化建设与实际生产有效结合，火力发电厂在信息化建设上缺乏精益求精的管理，在发生上无法与智能电网相适应。

（四）热控、电气自动化的业务界限没有得到信息部门的明显

火力发电厂在自身信息化、电气自动化、热控自动化上没有区分开明确的业务范畴，在管理上存在真空，在工作上存在一定的重复，自动化建设未能充分为信息化建设提供服务，火力发电厂因此处于数据精度低、信息化发展进程缓慢的状态，即使从自动化系统内部获得大量数据，也无法发挥出信息化的真正作用，反而會导致信息系统的不稳定。同时，电气自动化、热控自动化于业务需求方面存在流程不完善的问题，亟需进行重组。

二、解决方式

（一）制定自动化建设标准与规范

针对火力发电厂在现阶段存在的自动化程度滞后问题，相关部门应该聘请或组织专家对相关状况进行调研与评估，安排专门调查人员对电力市场发展状况、智能电网建设状况进行调查。专家将调查结果与评估结果结合在一起，制定出促进“电气-热控”一体化的相关规范、标准，以此来引导自动化系统的平稳发展，确保火力发电厂运营状况的提高、节能减排目标的实现。

（二）坚定“一体化”控制方向不动摇

火力发电厂若要提高自身的自动化水平，应该致力于提高自身对电力市场、智能电网的应对能力。也就是说，火力发电厂需要坚定“一体化”的发展方向不动摇，在自动化专业上实现电气与热控的有机结合，摒弃过往二者的各自独立发展模式，基于全局角度来推动火力发电厂的自动化发展，基于“统一规划”、“集中管理”、“分散控制”、“架构优先”的原则从整体上提高发电厂的控制水平。

目前，需要推动电气与热控的自动化建设，需要解决如下几个问题：

①电气各子系统的独立控制与监测系统的一体化问题；

②热控辅网与热控主网的一体化控制问题；

③“电气-热控”控制系统的一体化问题；

④“电气-热控”自动化系统的过程信号处理问题；

⑤低速信号与高速信号的软硬件处理平台问题。

（三）升级完善设计方案

目前，火力发电厂主要通过数据库和拓扑结构网络来进行一体化控制，电气与热控依然存在专业间的差异，对此，可以通过升级拓扑结构网络的控制器、完善数据库管理模式来平衡二者之间的差异。

在笔者看来，可以从控制层、控制管理层以及厂级管理层等若干部分进行概念性设计，在设计方案中，按照电气专业与热控专业的特点，为电气、热控设备进行设备状态与信号的处理。其中，控制层出于满足各种电厂控制的原因选择电源装置、通信装置、各种控制机来组成，具有基本功能控制功效，可以为现场总线设备实现信号与通信的分离；控制管理层则是在必要的时刻控制与管理各个工程师站、操作员站以及历史站，为大多数高级控制设备进行故障诊断与故障分析；厂级管理层的控制管理对象则是不同的机组，在厂级管理层的控制之下，各机组之间可以实现或集中或分散的自动化管理，外系统也可以从厂级管理层获得所需的数据。

在笔者看来，这一设计方案可以有效控制火电厂的运行成本、设备的运行效率，以贵州的清镇发电厂为例，实行本设计方案之后，减少了10%的运行人员、15%的建设费用以及20%的信息化费用。

三、结语

火力发电厂需要构建“电气-热控”一体化的控制系统，以实现NCE、ECS功能与现场总线设备的有效控制。这一系统的构建可以促进信息的共享、运营效益与管理水平的提高。

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作者简介：邓莹（1982-），男，汉族，湖南祁阳人，本科，助理工程师，主要从事工作和研究方向是火力发电厂热控方面。