火力发电厂中集散式控制系统的应用

＊梁宇宁

（晋控电力山西长治发电有限责任公司 山西 046000）

1.DCS技术发展概况

DCS系统也就是人们常说的分散控制系统，该系统最初以产品形式出现在上世纪70年代，经过了近四十年的不断发展后，DCS系统已经逐渐发展为一种成熟的技术被广泛应用于各个领域和行业中。尤其是在电力行业中，不管是百万机组还是中小型的火力发电厂，DCS系统都积极采用的分数控制算法，促进了发电厂生产能力和效率的全方位提升。DCS体系以计算机技术为基础，融合通信、控制、传达等技术构建而成，将分散控制、统一管理作为该系统构建的核心思想。DCS系统运行前，电力企业应该根据相应目标建立多个不同的子系统，然后将企业经营生产整体任务分解为多个任务点并分配给子系统，由子系统将经过深度处理的数据信息经由中央处理器反馈至计算机系统中，以便于计算机系统对其进行统一控制和调整。工作人员在实际操作的过程中，只需要通过中央控制室采集发电机组运行的数据信息，借助电气控制手段提高发电厂设备运行的效率。DCS系统自身具有稳定性较强的特点，DCS系统在火力发电厂中的应用，不仅减少了厂区内电缆线路铺设的程度，而且降低了操作人员的劳动强度，提高了企业生产运行的效率。

目前，我国火力发电厂中应用的DCS系统分成结构主要有以下几种。

(1)直接控制

由于发电厂生产结构复杂程度较高，如果由直接控制层负责回路和其他机组控制，保证了发电厂生产过程中机组数据采集、故障点检测、备用机组自动化转化以及数据信息交互传递的实时性与准确性，而且实现了对硬件生产设备运行状态的监督管理目标。

(2)过程管理

根据火力发电厂各个操作岗位的特点和要求，优化和完善计算机生产过程中的设备参数，并将其保存至数据库中以便于后期的使用。

(3)生产管理

火力发电厂技术人员必须通过在设备机组上手动录入生产数据的方式，设定企业生产的参数，促进企业生产效率的有效提升。

(4)经营管理

经营管理作为DCS系统中的顶级管理层，其主要是通过对各个子系统进行协调处理的方式，提高火力发电厂生产设备的自动化水平，保证企业生产经营目标的顺利实现。

2.火力发电厂电气控制融入DCS系统的必要性

(1)实现集控运行

DCS系统中包括的电气系统监控与操作等相关环节，不但保证了机组控制系统综合化自动控制目标的顺利实现，而且满足了DCS终端上管理人员操作控制和实时监督机组运行状态的目的。由于DCS系统在火力发电厂发电机组中的推广和应用离不开管理人员的有效干预，所以，火力发电厂必须充分发挥DCS系统的优势，实时监控火力发电厂各个单元机组的运行状态，才能在满足集中控制发电机组运行状态的前提下，提高火力发电厂机组运行的安全性与稳定性。

(2)增强监控能力

假设火力发电厂为所有发电机组均安装先进的自动化监控系统，不仅满足了发电机组向综合自动化方向转变的要求，同时也促进了火力发电厂发电机组管理水平和能力的有效提升。DCS系统在火力发电厂电气控制系统中的迅速推广和应用，帮助管理人员建立了完整的电气控制系统实时运行状态和数据监控体系，保证了电气系统控制目标的顺利实现，实现了真正意义上的发电机组综合自动化运行目标，降低了人为失误对发电机组安全运行产生的影响。

(3)提升自动水平

火力发电厂内部的电气控制系统与其他类型的控制系统相比，有着本质上的区别，此类系统的自动化水平较之传统控制系统也相对更高，其主要以具备智能监控性能的系统为主。随着信息技术的不断发展，DCS设备的类型也呈现出日趋多样的发展趋势，DCS系统与电气控制系统的紧密融合，实现了火力发电厂设备一体化控制目标，提高了火力发电厂设备管理的水平和质量。而且减轻了工作人员的工作强度，操作人员只需在控制中心调节相关设备，即可保证各个发电机组的安全稳定运行，提高了发电厂的生产效率，为火力发电厂的可持续发展奠定了坚实的基础。

3.DCS技术在电气控制系统中的应用

(1)热工测点保护发电设备

火力发电厂发电机组运行过程中的设备和环境温度是判断设备运行状态的关键。比如，炉膛燃烧、辅机运行状态、电气设备运行状态等设备的运行温度都是判断发电机组运行状态是否正常的关键指标。发电厂采用的DCS系统提供的测点反馈数据不但可以应用操作人员判断设备运行状态的数据参考，同时还可根据电气控制体系的特点，起到保护设备回路的作用。比如，工作人员在调节蒸汽温度的过程中，借助DCS系统采集集箱出口的温度，并在II级减温控制系统中合理调节出口气温，在温度调节完成后，通过对减温闸门考核度的合理调整，有效控制火力发电厂运行温度。由于热贡保护单元中的连锁回路、温度测点等都属于DCS的控制范围内，因此，操作人员应该通过DCS系统开展水泵轴承温度超高、停运给煤机、汽轮机推力瓦、轴瓦等设备的温度调节与保护工作，充分发挥热工测点在火力发电厂自动化控制中所发挥的重要作用，制定科学合理的温度测量工作，才能在保证数值测量和读取准确性的前提下，提高热工测点的效率，为火力发电厂发电机组的安全稳定运行提供技术支持。

(2)电气参数控制

操作人员在借助DCS系统控制发电机组电气参数时，不但可以准确读取发电机组的实时运行电压、电流等信号，而且通过对发电机组运行功率、电抗、相位等二次电机参数的进一步确认，保证了电机开关、断路器、接触器等设备动作调整的统一性，提高了发电机组实时运行状态控制的效果。以往火力发电机组未安装DCS系统前，针对发电机组电气参数的控制主要作用于线圈中，虽然在这种控制模式下数值的输入、输出操作表面上看非常简单。但实际上在整个交流回路中，控制装置输出结果经常因为出现相互交叉的情况，影响参数控制的精度。随着DCS分散式处理方式的推广和应用，发电机组在实施运行过程中的抗干扰能力也随之得到了显著提升。此外，由于电能产生的过程，操作人员并不需要调整发电机组运行的参数，只需要按照要求切换电气控制系统即可，经过这样的操作过程，不但保证了发电机组运行的效率，而且为火力发电厂发电机组运行控制模式的创新提供了技术支持。

(3)装置时钟统一

由于火力发电厂发电机组的电气设备在运行过程中需要经过多个不同的环节，所以，为了保证不同发电机组上电气设备的统一运行，操作人员应该通过在各个发电机组上安装时钟的方式，满足设备运行的时间控制要求。根据火力发电厂发电机组自动化控制系统构建的要求，发电厂应该针对各个发电机组采取相同的频率模式，保证时钟设备在动作过程中，发电机组设备频率保持一致，才能达到有效提升发电机组运行效率的目的。DCS技术在发电机组电气控制系统中的推广和应用，主要是通过开展分散单元集中管理的方式，实现统一控制发电机组运行状态的目的。为了提高发电机组统一控制与运行的效率，发电厂应该在电气设备操作的过程中，分别在各个机组中安装时钟，运用DCS系统准确读取各个时钟的数值，以便于工作人员统一的进行各个机组运行时间的调整和优化，确保发电机组的安全稳定运行不受影响。此外，火力发电厂在生产过程中，在电气控制系统中安装时钟，采集、整理和分析发电机组运行过程中产生的数据隐性，以便于及时发现和解决发电机组运行过程中存在的各种问题，提高发电机组运行的稳定性与可靠性。

(4)单元通信监控

通信监控作为DCS系统的核心组成部分之一，为了有效提升DCS系统控制的效果，火力发电厂必须进一步加强DCS技术在通信内容监控中应用研究的力度。通常情况下，安装于主控室中的DCS系统主要包括了LCD、中控计算机以及其他外围设备等。在这其中LCD在整个DCS系统中，主要是通过显示器，向工作人员及时准确反馈发电机组电气系统运行过程中出现的数据变化、故障状态等信息，为操作人员调整发电机组运行状态提供数据依据。DCS系统在火力发电厂电气生产现场中的应用，主要是利用ECS装置实现的，借助ECS对发电机组运行现场环境进行全方位监测，然后将断路器、接触器、显示面板等设备的监测数据反馈至控制系统中，实现了实时监测发电系统运行电流、电压的目的。

4.结束语

总之，集散式控制系统作为一种应用成熟且先进的控制系统已经被广泛应用于火力发电厂的日常生产中。火力发电厂应该根据自身发展的实际情况，深入研究和探讨DCS控制系统在火力发电厂中应用研究的力度，从总体上开展集散式控制系统设计策略的研究，充分发挥集散式控制系统的优势，远程控制火力发电厂各个发电机组的实时运行状态，为火力发电厂的长期可持续发展保驾护航。