自动化技术在火力发电电气控制中的应用探讨

陈国伟

神华准格尔能源有限责任公司矸石发电公司 内蒙古 鄂尔多斯 010300

引言

自动化技术可以通过实现智能化管理，提升制造业运营能力。尤其是像火力发电这种具有一定危险性、电力控制要求较高的制作业，具有更大的自动化技术应用空间，现在已经逐渐成为火力发电重要工具。为让自动化技术和火力发电进行深度结合，需要对这方面应用展开更为详细的研究。

1 将自动化技术引入火力发电中的意义

1.1 稳定提高生产效率

将自动化技术应用在火力发电的电气控制中，可以取代人工控制方法，从而规避以往人工不精确、不到位问题，让电气控制可以达到精准定位，正确无误完成所有操作指令[1]。利用这种工作模式，可以大幅度降低在电气控制中不确定因素，有效提升电气控制工作效率，提高电气控制质量，让单位时间内的发电效率得到有效提升，并让生产环节中产生的余热可以得到更高效回收与使用，从而降低化石能源的过度消耗，提升发电各个环节能量利用率。而且，自动化技术也可以让发电方案和地区用电需求进行相互匹配。避免出现低效率发电，影响发电厂经济效益。

1.2 大幅度降低电力生产成本

火力发电是将富含高化学能的煤炭、石油作为生产原料，通过化学能转化为热能，再转化为电能。在过去发电模式中，生产原料大多是以定量模式进行生产供给，没有办法通过地区的用电波峰波谷对原料进行科学调节，导致波峰生产电量时常发生无法供应用电需求，而在波谷生产的电量又会造成过大浪费。而且，大量的原料送入火力发电装置中，也难以保证原料可以得到高效燃烧。在两种因素共同影响下，造成电力生产成本普遍较高。而应用自动化技术后，可以及时检测电网的波动情况，科学分析波峰波谷时间段，并利用电力控制对生产原料用量科学控制，提升燃料投入比例，确保燃料可以达到完全燃烧，降低原料的热量过度损耗。既能让发电厂降低能源消耗，提升原料利用效率，也能有效降低生产成本。

1.3 提升生产资源应用效率

自动化技术和电力控制相互结合，可以对发电厂所有应用设备、生产环节的运行参数展开科学编制，并对电力资源生产进行精确控制，极大提升燃料配比效率。尤其是自动化技术可以实现7d×24h的时刻待机，极大解决人力资源长时间在一线工作的带来的精神状态下滑，避免出现控制问题。也可以根据设备的机械强度设置工作强度，提升生产设备每天工作效率，提升生产资源的利用效率。如果生产设备出现故障，也可以做到快速定位，为维修人员提供最佳解决故障的技术方案，避免因设备故障，影响电力资源正常生产。

1.4 对现有生产技术起到革新作用

自动化技术可以把自动控制、信息技术等进行集中式处理，极大提升发电厂科技水平，并为电力生产提供扎实的技术保障。提升单位时间内的电力资源生产效率，也让发电获得更高的安全系数，极大降低一线工作人员安全风险，降低工作强度，这对火力发电的技术革新具有重要应用价值。

2 自动化技术在火力发电电气控制中的具体应用

2.1 建设具有通用价值的网络结构

自动化技术应用在火力发电的电力控制中，是将在各行业已经成熟应用的网络技术，通过技术优化，和火力发电进行有效融合，从而实现对发电厂工作进行网格化控制，并为发电厂建立起内部物联网建设的基础工作，可以让发电厂后续运行以自动化模式高效运转。而且，这种通用模式的网络运行结构，所有电气设备不再需要由一线员工进行手工操作，只需要在控制室中对各项设备运行状态进行监督，利用自动化处理流程控制生产设备，如图1所示。只要确保所有设备数据可以顺利传输，无信号中断即可。

图1 火力发电厂的自动化控制室

2.2 让生产锅炉、机械设备、电力系统实现一体化管理

把自动化技术和电气控制进行有效结合，可以让火力发电厂当前所有运行组件以统一模式进行集中控制，真正实现生产锅炉、机械设备、电力系统实现一体化管理。而且，这种管理模式还可以对发电厂的所有生产环节做到实时监控，对于所有运行组件进行高效的数据采集，配合科学数据分析，实现对生产设备的高效控制，确保整个火力发电系统可以安全运行。任何生产环节出现问题，系统都可以在第一时间通知维修人员，可以根据需求对故障进行人工或者自动修复，保证发电厂可以做到高效运行，大幅度提升发电质量[2]。而且，自动化技术也会以发电厂运行的所有工作环节当前运行需求，对于一些环节进行优化处理，避免在生产期间产生过多荷载，避免让能源损耗过多的组件投入到生产过程中，实现组件控制室的合理精简，让火力发电厂运行模式可以做到简洁化。

2.3 创新生产环节的保护工作

对于火力发电厂的常规保护模式，多是在生产设备出现超限报警时，立刻对报警部分进行连锁脱机，避免影响其他生产环节。可是，这种保护模式偏向事后保护，仅能对机组设备起到控制负面损害，并不能实现完全保护，对于发电厂运营还会起到一定的负面影响。而将自动化技术投入到应用后，可以让电气控制进入一个新的水平，对于生产机组和发电厂的其他设备起到有效监控作用，让设备的运行状态可以做到实时监控。通过对现场运行设备模式产生的工作数据进行有效采集，并由计算机对数据做对比、分析。如果发现设备当前数据和正常运行模式差别过大，则会将其认定为“运行不稳定”。但凡进入这种状态的设备，会立即向控制室管理人员进行报警，并对设备故障位置进行定位，让维修人员可以立刻到达现场，处理设备问题[3]。确保设备损害可以在未发生之前就得到有效防范，起到设备防护效果，避免让发电厂额外支出维修成本，实现生产环节的创新式保护。

2.4 科学控制电力资源生产过程中的故障

自动化技术通过火力发电厂的电力控制，对于所有设备当前运行模式展开全面监控，并对运行状态进行评估。如果发现安全故障，可以更具故障规模提供两种服务模式。第一种，故障范围大，影响较为严重。在这种模式下，会通过报警、提示故障位置，让维修人员处理问题；第二种，故障范围小，并不会对当前电力资源生产产生过大影响，可以利用系统预先设置的修复模式，对于故障进行自动处理。同时，为维修人员提供故障提示，并说明故障发生时间、位置、如何处理、当前运行状态等信息，维修人员可以根据故障情况，到故障发生点进行再次检查，并不需要对故障做过多处理。利用自动化技术，极大提升生产过程中各类设备故障处理效率，避免让设备出现损毁，对火力发电厂造成严重损失。

2.5 让生产设备可以做到自动化检测

通过自动化技术，可以对火力发电厂的电气控制起到升级效果，保证电网以及生产机组都可以得到自动化检测服务，进而实现对发电厂整个生产系统展开有效检测，对故障起到提前预警效果，由计算机负责对所有生产设备进行检测，并对设备的工作状态进行监控。通过对设备运行状态的实时对比，分析整个生产系统可能存在的安全隐患，并对系统做好运行评估工作。如果因为设备长期使用，出现内部零部件损耗，则会通知维修人员，及时更换设备部件，保证生产系统的所有设备都可以达到最佳运行状态。避免因设备长时间使用，提升系统的安全隐患。如果设备出现疑似问题，自动化技术也可以对设备近期运行模式做对比式处理，分析其在系统生产中是否产生和故障相似的信号，相较于人工检测，可以稳定提升设备故障检测的准确度。

3 自动化技术在火力发电电气控制配置模式

3.1 I/O集中监控

I/O集中监控，即把火力发电厂的所有生产设备，以直接连接模式，汇总到总控制设备I/O，并通过电缆，让其和DCS I/O构成一个结构完整，呈现闭合模式运行系统[4]。而AD处理的所有数据，将会传输给DCS，对设备运行数据做进一步内容分析，以发电厂运行状态为准，对于设备的运行进行命令控制，保证发电厂当前投入应用的生产设备可以在得到实时控制，并在电气控制中得到有效监督。相较于人工控制模式，I/O集中监控可以有效提升工作效率。如果生产系统中出现任何故障，都可以利用自动化技术对于系统高度敏感特性，迅速反应故障，提升故障处理速度。而且，该运行系统实际维护十分方便，并不会对过多生产设备产生关联性，处理较为简单。同时，系统使用应用难度不大，操作界面十分简洁，可以通过各种操作模块与文字介绍，迅速理解各种操作装置具体意义，对发电厂的电气控制并不会产生过多的成本支出。但是，这种配置模式有一个明显缺点，如果火力发电厂的规模较大，涉及许多生产设备，造成实际监控范围较大，各类设备交叉、重叠，导致线路在控制排列较为复杂，电缆拥有较大的铺设工作量，且设备电缆数量多，极容易让系统受到生产设备的电磁干扰，无法保证系统在电力资源生产期间保持良好的稳定性，也难以让系统维持较高的可靠性。

3.2 远程智能I/O

对于一些大型火力发电厂，一线生产区域和控制室拥有较大的距离，就可以应用远程智能I/O控制模式。在生产现场设置AD转换机柜，利用电缆，将其和后方的控制室进行有效连接，并通过网线、光纤等传输渠道，将生产设备当前运行产生的数据进行传输。既可以有效降低电缆实际投入量，避免在电缆支出方面产生过大资金浪费，也可以降低荷重，提升系统整体轻巧度。而且，这种模式操作相对简单，控制人员仅需要进行一些基础设备运行培训、控制系统的理论学习等，即可投入工作中。其他内容则由员工利用闲暇时间学习，可以处理大部分系统运行问题。

3.3 现场总线控制系统

现在投入到火力发电站电气控制有许多应用技术，例如通信技术、控制技术等，将自动化技术应用于电气控制中，可以把这种控制技术进行有效融合，形成现场总线控制模式，对于I/O集中监控的DCS，其不具备电磁干扰能力的缺点有效避开，可是实现对生产所有设备进行实时控制，并从整个火力发电厂角度，对设备群以分散模式进行控制，网络平台对控制系统科学优化处理。让生产设备可以形成拓扑管理，既可以做到高效管理，也不会因为其他设备出现故障，影响整个系统的正常运行。同时，现场总线控制系统实际能源支出相对较少，符合火力发电站的节能减排发展规划，是我国火力发电行业主要研究方向。

4 结束语

虽然本文内容具有一定的实操价值，而优化策略也可以为自动化技术和火力发电相互结合摸索新道路。但是在实际应用时不建议将本文内容大篇幅挪用，需要以火力发电电气控制实际情况为准，对于一些内容合理调整，让理论内容可以和电气控制有更好的融合，从而推动火力发电行业健康发展。