火电厂热工自动化的现状与进展探讨

冯贺

摘要：火电厂热工自动化技术依托于自动化技术、网络信息技术及控制技术，在大中型电力企业发电机组中得到了有效应用，在满足社会生产生活电力能源供给需求方面起到了重要的助推作用。在火电厂发电机组逐步实现了由小容量向大容量扩展、由高参数向单元机组转变的行业背景下，研究火电厂热工自动化的现状及趋势，更显重要。

关键词：火电厂;热工自动化;现状;进展

现阶段，随着社会各行业对电力能源提出了更高需求，我国电力技术及电力设备也取得了较好的发展成果，火电厂及电厂机组在数量、规模及装机容量上不断扩展。火电厂热工自动化标志着火电厂在技术上趋于成熟，火电厂热工自动化水平高低也直接反映了电力行业的发展状况。本文对火电厂热工自动化的现状进行分析，对其发展趋势加以预测，仅供参考。

一、火电厂的热工自动化概念

所谓火电厂的热工自动化，其定义为采用并通过各种自动化仪表和装置（包括计算机系统）对火力发电厂的热力生产过程进行开环的和（或）闭环的监视、控制，使之安全、经济、高效运行的技术。主要指的就是相关的技术参数在火电厂热力过程中的信息处理、自动报警和控制、测量、以及进行自动保护的工作，不需要人员直接参与工作，只是经过自动化的仪表和控制装置来完成。热工自动化有效保障了热工设备的安全，提高了机组的机械性能，在劳动强度上减轻了工作人员的压力，使劳动的条件得到了大幅度改善。

二、火电厂热工自动化新进展

2.1电气控制正纳入DCS

分散控制系统DCS在被火电厂采用后，大大提高了汽轮机和锅炉的控制水平，然而仍然采用传统的控制方式对单元机组进行控制，将大量的模拟仪表光字牌和开关按钮装设在控制盘台上，这就使得控制室内与汽轮机和锅炉的DCS控制显得很不協调，严重制约了火电厂自动化的发展。在电气控制中对DCS纳入范围，其主要是用于发电机系统和主厂房内的厂用电系统，它主要由发电机变压器线路组、高压启动/备用变压器、高压厂用工作变压器、低压厂用工作变压器、低压厂用备用变压器及低压厂用公用变压器等的控制和信号测量所组成。将保安电源系统、支流系统和不停电电源系统纳入DCS系统来进行监视。

2.2FCS（FieldbusControlSystem，现场总线控制系统）正取代DCS

由于DCS的纳入，使得某个局部的故障对整个系统的影响较小，再加上不断成熟的各种软硬件技术，大大提高了整个系统的可靠性，因此，自动控制系统逐渐以DCS为主流。然而，DCS也有其不足之处，DCS不能实现上位机系统对现场仪表的信息要求，使得控制过程视野受到限制，上位机系统功能的发挥也受到制约，因此，要求在上位机与现场仪表进行数字通信，随之就出现了FCS。

2.3智能控制

火电厂热工控制系统结构较为复杂，涵盖的设备和仪表数量较多，而对于部分大型火电厂来说，各类设备及仪表自身在结构上就具备非常高的复杂性，若仍使用传统控制办法，那么延迟、误控等现象就很有可能导致设备出现故障，甚至出现安全问题。通过智能控制技术的应用，上述问题将能得到有效的制约和解决。结合火电厂主要的热工过程来说，智能控制技术主要作用于对锅炉燃烧过程的控制和对温度的控制。

首先，对火电厂锅炉燃烧过程的控制应将重点放在提升燃烧效率、降低环境污染等方面，对于这样的要求来说，在人工神经网络、模糊控制等技术的辅助之下，锅炉燃烧过程中所产生的各类数据将能得到有效的采集和监测，进而在此基础之上实现对锅炉燃烧状态的精确控制，保障火电厂锅炉燃烧的经济性和安全性。其次，锅炉汽温具备较强的时变性，传统控制办法难以应对大型火电厂的运转需求，在汽温模糊控制技术等的辅助之下，火电厂热工控制系统将能更好的针对不同负荷下的锅炉汽温进行控制，以此来保障大型火电厂的高效运转。

三、火电厂热工自动化发展的新进展

3.1将电气系统控制纳入到DCS系统中

火电厂采用了分散控制系统DCS以后，很大程度上改善了运行人员的工作环境，提高了机组监控的可靠性，给提高发电机组运行的经济性和事故处理提供了运行和分析的依据，在集控室形成了以操作员站为中心的监控方式。但如果电气部分采用常规的仪表控制，则在整套单元机组的监控上显得不协调，同时也给电厂实现机炉电一体化监控和管理带来不便，使火电厂的自动化发展受到制约。在目前的大型电站中，都把发电机-变压器组和厂用电源系统直接并入DCS系统中，由DCS完成包括厂用电源切换控制、发电机并列/解列等电气监控项目。而中小型电站通常是在集控室设置单独的电气操作员站及电气监控系统，甚至有些电厂还采用老式的模拟屏对电气厂用主接线进行监控，这导致了机炉电系统维护的不方便，需要多种设备的备件，也影响了电站自动化程度。针对这种情况，现在的中小型电站也在向大机组靠拢，把电气系统纳入DCS系统中来，这样就减少了维护备件过多，运行协调性也大大提高。

3.2对于智能控制方面的应用逐渐增多

在火电厂的热工控制理论中，已经先后经历了经典的控制理论，现代的控制理论，以及当前比较盛行的智能控制理论，其中经典的控制理论的形成时期主要是在上个世纪的四十到五十年代，这种理论的成果主要是根据函数传递以及在这个基础上建立起来的轨迹图的解析和设计方法以及频率的特性，对于单方面的输入和输出的系统是非常有利的。但是在在对它进行描述的时候不能够在系统内部变量传递的函数方式下，在这个基础上也忽略了初始条件的影响。所以说，在函数进行传递的描述范围内不包括系统中的所有信息。

对于智能的控制理论来说，它的形成时期主要是在上个世纪的九十年代，是在经典以及现代的控制理论之上逐渐发展起来的，这种智能型的控制理论，不仅可以控制大规模的复杂系统，还可以逐渐发展成为一种运用当下发展比较迅速的计算机技术来进行控制。运用计算机技术就是控制技术工具发生了变革，保证了智能控制系统的正常运行，智能控制可以顺利实现，它作为一种新的控制方法，相信在未来的几年中电气仪表的智能控制技术以及其他一些相关智能软件，必然会在火力发电生产中得到快速的发展及运用。

3.3DCS系统逐渐被FCS取代

虽然DCS系统是目前电力行业对线运行机组的最主要的控制系统，但其检测和执行等现场仪表信号仍然采用的是模拟量信号，不能为工作人员对现场设备的检测、维护以及管理提供更加准确的数据参考，极大的限制了对火电厂热工过程的控制视野。随着现场总线技术的发展，为电站自动化控制提供了一个新的模式，现场总线是指通信网络的国际标准化，即将安装在现场的智能变送器和智能执行机构，挂在现场总线上，可与任何一个DCS相连，实现现场信息的数字化传送。一根现场总线可以挂多台智能变送器，同时传送工艺变量，控制信息和诊断信息，能在控制室的DCS工程师站上进行现场智能变送器的校验、调速和诊断。虽然现阶段现场总线标准还未统一，现场智能仪表造价也很高，但在现场总线国际标准化和智能变送器、执行机构发展、完善的基础上，与现有DCS技术（计算机数字通信、控制、网络技术）相结合，通过现场总线为纽带，组成一代新的控制系统――现场总线控制系统（FieldbusControlSystem，FCS），将是控制系统的发展方向。

结语

总之，热工自动化装置作为大型发电机组中至关重要的组成部分，其自动化技术也成为目前全球发展最快、生命力最旺盛的技术和生产力之一，使得国际上大多数先进国家都对此投入大量资金，以此确保在激烈的竞争中占有一席之地。自动化技术对于电力工业如此重要，因此，要求我国从事火电厂热工自动化的技术人员在提升自身素质和技能的同时，也要密切关注国内外自动化技术的最新进展，以推动我国火电厂热工自动化的发展。

参考文献：

[1]于达仁，徐志强，郭洪波，等.基于神经网络解耦线性化方法的锅炉主气压力控制[J].中国电机工程学报，2017.

[2]徐湘元，毛宗源.过程控制的发展方向---智能控制[J].化工自动化及仪表，2018.

[3]李子连，王汉生.火电厂热工自动化的发展、现状及前景[J].中国电力，2016.

[4]张擎.浅论火电厂热工自动化的现状与进展[J].科技传播，2010，（15）：58.

[5]魏慧.火电厂热工自动化的安全系统研究[J].科技视界，2015，（12）：251.