试述热电厂仪表自动化技术的应用

王书祺

（大唐陕西发电有限公司渭河热电厂，陕西咸阳 712038）

火电厂的热工仪器智能化科技是伴随着中国仪器科技和热工智能化科技的进一步发展而出现的，随着中国电气科学技术的进一步发展，热工仪器智能化科技也因此得到了日益深入的运用，有效地提升了火电厂产品的工作效率，提高了产品质量和使用安全性。由于近年来中国发电体制改革的不断深入，以及火电厂规模的不断扩大，火力发电厂热工仪表自动化科技也得到了更大的发展空间。本文从工作内容、仪器配置以及故障排除方法等多个方面，对火力发电机组的热工仪表自动化技术进行具体阐述。

1.热工自动化系统现状

中国电力工业在随着中国经济社会蓬勃发展的近20年间也实现了飞速的发展变化，目前在世界上已经处于行业领先水平，自动化控制系统也由最初的就地自动化，实现了到现在的分散性控制系统（DCS）的发展。

火力发电厂在实际的运行过程中，已经将对单元机组和车间设备进行了现场监视和管理的数字化控制系统，使得电厂的信息管理系统操作技术越来越偏向于以经济效益为主要目标的市场经济操作模型，在一定程度上也使企业在发电过程中的经营成本实现了减少，提高了电厂企业对于在工业生产过程中的技术水平，也提高了在激烈的市场竞争中的生存能力。

2.火电厂热工仪表自动化技术简介与组成

2.1 自动化技术简介

火力发电厂的热工仪表智能化技术，融了智能仪表科学技术、电气信息技术、热工智能化技术、控制技术等于一身，在完成了火力发电厂的热工智能后，火电厂在发电过程中的检测、智能化管理、报警和数据处理，均能够利用自动控制仪器仪表来完成，节约了大部分的人力操作。火力发电厂热工智能的实施，通过利用各种管路仪器、就地表计、电缆等设备构成的智能控制技术回路，对火力发电厂内各种热力参数、电气一二次设备等进行了检测、监视和自动控制。一方面，增强了装置的管理和调控能力，更进一步增强了装置工作的安全性；另一方面，更加促进了火力发电厂效率的提高，一步减轻了火力发电厂运行人员的工作劳动强度，优化了运行条件与管理环境，从而更进一步为机组的安全、经济运行创造了有利条件，提高了企业的自动化与智能化水平。

火力发电厂自动化、智能化的技术特点主要表现在以下2个方面：（1）科学技术进步，融入了包含计算机信息技术、热能技术、控制技术等多种信息技术在内的高新科技，并始终处于持续的技术更新换代状态。（2）仪器的信息化与智能管理，借助各种先进热工仪器的配套与前沿技术的辅助，完成了对火电厂全厂设备的智能化控制和管理[1]。

2.2 自动化技术组成

2.2.1 分布式控制系统的组成

在火电厂热工仪表的控制过程中，自动化技术占据了主要位置。自动化技术在应用过程中主要起到分散控制和过程监控的作用，保证电厂生产工作的顺利进行。局域网是火电厂运行的基础，分散控制系统是局域网的基础。火电厂需要在特定的局域网环境中运行，在这个局域网的支持下，分散控制系统可以通过计算机系统对整个火电厂进行自动管理。在火电厂中，各个工作部分的局域网就像一个“网络窗口”，可以起到控制数据的作用。分散控制系统实现对火电厂工作数据的采集和分析，实现“窗口”监管。在热控仪表研究中，经常使用分散控制系统，它可以帮助电厂进行集中和分散管理，即控制全局，精确控制各热力系统节点。在火电厂热控仪表自动化研究中，分散控制系统占有较为重要的地位，应用能力是其他系统无法比拟的。

2.2.2 火电厂热工仪表自动化技术

对于整个火电厂来说，生产数据控制和人员管理都离不开监控信息系统。作为电厂主管，自动化技术监控信息系统可以实时采集、分析和记录生产数据。监控信息系统的核心是分布式控制系统技术。该技术是监控信息系统的重要组成部分，决定了电厂系统能否正常工作，以及整个电厂生产运行数据的准确性和稳定性。在自动化技术快速迭代的今天，热工仪表在电厂领域的应用更加广泛，技术更加先进，系统更加稳定。

3.火电厂热工仪表自动化设备

伴随着中国火电自动化技术的发展，热工仪表智能化装置在生产工艺和技术水平上均得到了提高，完成了由传统仪表向智能化控制仪表的转变，效果和性能均得到了大幅改善。

3.1 火电站热工仪器设备的安装

3.1.1 热工设备和仪表的安装

在进行火电厂热工仪器的配置时，首先，必须了解自动化仪器的总体特性和运行指标，达到心中有数，要在配置之前对施工仪器进行数量清查和性能校验，确定仪器无损伤、工作正常、性能符合要求后再进行安装配置。对于热工自动仪表中某些特定的信号仪表，应该做好适当的定值测试，在保证定值达到工程设计值要求的范围内和火电厂热工控制系统条件后再进行安装。在安装时还应当注意施工工艺，保证装配后系统正常使用[2]。

3.1.2 热工管路和配线的安装

由于在热工自动仪表工作中，包括了信息收集、参数检测、电源管理等诸多环节，各类设备需要根据设备自身检测特性完成配套的管线敷设与配线安装。在进行热工管道敷设与配线设置工作时，应当根据情况和工程设计施工特点选取合适的安装位置，注意避免磁场和干扰源，以减少热力管路和高压电缆及周边环境等可能对仪表设备测量数据产生的干扰及设备损坏，保证接地的准确性和管路敷设的合理性以及对于汽体、液体测量时管路上下方位布置的设计要求，以尽量减少返工现象。

进行管线敷设时，要及时完成管线的清扫、焊口检查和试压作业，保证相应的管线在工作中数据的准确性，确保设备运行后系统正常准确测量数据。另外，除刮扫和现场测试以外，根据管道工作中存在的高温和高压等条件，必须完成独立试压工作，在进行了仪表的测试之后，再根据施工的工艺，对施工设备进行测试，在系统通过各种类型的带工质传动试验，来校验在仪器仪表工作中数值的准确性和可靠性。

3.2 火电厂热工仪表自动化的调试

当完成了火力发电厂热工仪表及自动装置的安装后，随即进入调试阶段。调试阶段主要是对火力发电厂热工仪器所开展的各种工艺试验、二次联校等各项测试。通过传动试验检查单体控制系统仪表的数据值。而对于火力发电厂内大型的运行机组装置，不但要对配置后的仪表进行校验及数据合理性分析，还应做好对其连锁装置进行传动试验，使得热工控制系统在远方控制时数据可靠且联动设备可靠动作。一般而言，在开展联动检测和实验时都需要先将自动控制系统投入自动模式，并在保证厂内各主要系统设备单体工作满足设备说明书要求后，再启动系统对运行状态及各主要参数进行分析加以测试。

3.3 火电厂热工仪器自动化现场故障调查及处理

火力发电厂热工仪表在工作过程中，存在着相当复杂的外部环境，工作条件十分严苛，自动控制系统也相当繁杂，热工测点遍布全厂各系统之中，工作环境因所安装位置及系统高温高压、磨损等客观条件导致了火力发电厂的热工仪表在投入工作后很容易发生各种复杂的现场故障。

火电厂的热工仪器在系统使用过程中发生故障后，可从如下几个方面来进一步考虑处理对策。

3.3.1 热工仪器故障分析

故障分析是指通过对事故产生前的有关统计特点加以分析与对比，再结合统计分析的成果对火力发电厂内热工仪表的有关特性、使用方法等进行了全面分析。并核对系统的常规工作时间，以及各项技术参数变化是否在合理范围内，以及事故产生后，通过火力发电厂内各设备的负载变动、温度变化、压力变化、系统扰动等多种趋势分析，分析查明事故的根本原因以及相应的解决对策。

防止热工仪表故障是确保火力发电机组安全稳定运行的重要手段，热工仪表的故障研究便是将故障原因及处理方法进行系统分析，结合现场实际案例进行总结，在本质上有效防范热工仪表导致的保护误动。在火电厂的正常运行过程中，各系统参数是在运行人员设定的参数范围内有规律地进行变化的。如果热工仪器采集和记录的数据曲线出现了很大的改变，甚至发生了无序改变，则很有可能是出现了需要排查的问题。此时，就应该根据参数的相应改变做合理的根据，找出潜在的问题，详加检测并排除故障。

通常情形下，热工仪器本身存在问题多以外部环境影响为主，有不少其他原因导致的测量异常情况，比如，因为DCS卡件的运行不正常引起仪器显示和采集错误、采集通道的异常等。所以，在开展设备故障的分析与排除工作时，应当根据仪器系统的特性与工艺运行特点，做出更全面的考虑。

3.3.2 仪表控制系统故障分析

热工仪表作为现场控制系统最前端测量设备，服务于各系统的控制回路之中，又有自己的特点。首先，火电厂热工仪器的检测和管理已基本达到自动化。其次，由于热工仪器的检测一般存在时间的滞后性，即数据改变一定时间后，热工仪器的测量信号才会发生变化，变化的趋势是连续成规律线性的。所以，如果仪器检测到的数据出现了很大变化，比如突然减小或者增加等，就极有可能是系统内部发生问题，但这种问题还需结合运行系统状态的稳定性做特殊判断。

系统的故障因素也有许多，通常对于系统参数突然出现的较大幅度的变化，很有可能是因为温度元件、中间电缆、变送器等元件的失效造成的，而对于参数的变化幅度很大且速度十分缓慢的变动，通常由于控制工艺所造成的[3]。

以温度控制系统故障的分析方法为例，假如气动调节阀通过自动回路进行了指令的调整、而调整阀却未能动作，则很有可能是气动阀的膜片或气缸产生了故障。

如果单项气动阀的指令信号并未改变、但阀门反馈却有大的改变，则很可能是电磁阀故障。

4.火电厂热工仪表自动化维护

在自动化仪器投入使用之前，应当先全面掌握其工作原理及其校准方法，并进行日常保养操作，具体内容如下。

4.1 应保持电源电压的稳定性

如果电流、电压波动较大，则会导致相关的电子元件遭到破坏，使用寿命因而减少。较严重状况下，异常的电压及电流还会造成装置断电以及系统故障，甚至导致自动化的热工仪器以及有关装置也无法维持正常工作。这就必须对供电系统进行相应的改造优化，增加了电压稳定性。此外在选择就地仪表产品时应充分考虑电源稳定性，选择可支持宽电压的设备，设计双路冗余供电，或冗余设备接入不同卡件、电源系统以保证重要设备不因电源故障导致保护误动或拒动情况发生。

4.2 运行环境的温度控制应保持稳定

长时间的高温工作将会导致零部件老化速度变快，因此故障率也很高，若工作温度较低则会大大地降低系统设备活性也将影响其正常运行。故在电子设备间应配备可靠的制冷系统确保温度在18℃～24℃范围内工作，地表计如在室外布置的应选取通风情况良好处，如工艺原因设备无法保证良好的运行环境应增设遮阳棚、保温柜或增加通风冷却设备进行一次测量设备运行稳定性。

4.3 落实定期维护修理工作

检测类仪表应具备准确测量的功能，故根据机组等级检修或设备重要性安排设备的定检工作，压力容器类应保证半年进行检验以保证设备测量准确可靠，贸易结算类表计应委托具有响应资质的单位进行校验工作并出具国家市场监管部门认可的校验报告。对于设备保护、自动类设备校验时应增加三级验收环节，确保设备校验完毕安全稳定性能可控在控[4]。

5.结语

目前火电企业仪表控制自动化已较多年前相对完善，各企业完全具备自动控制生产的功能，但现场测量的问题仍然存在各类问题影响着实时数据准确性及可靠性，并因技术及工艺质量问题延缓国产化设备全覆盖的脚步，存在较多技术壁垒。热工人员通过自身生产经验也为各类型设备提供较多的生产实际经验供各研发人员提高其设备准确性，通过实际使用及维护过程共同推进数字化火电企业发展。