电厂电气自动控制的发展趋势

摘要：在现代电力市场改革背景下，电厂自动化技术应用成为了影响电厂经济效益、影响电厂市场竞争力的关键。在现代工控自动化技术不断发展的今天，电厂电子自动化系统应用成为了提高电厂生产效率、降低电厂综合成本的关键。为了实现我国电厂电气自动化系统的有效运用，现对现代电厂电气自动化系统应用现状与发展趋势进行了简要论述。

关键词：电厂；电气自动化；应用；现状；发展趋势

中图分类号： S972.7+4 文献标识码： A 文章编号：

一、电厂电气自动化概述

电气自动化(automation)是指采用检测与控制系统, 对生产过程进行生产作朴, 代替人工直接操作的措施二对于火电厂, 是热力生产过程与电力发供电过程控制的总称, 在一些国家中称“仪表与控制”( instrumenL& control, 简称I&C) 。

二、电厂电气自动化系统应用的意义

运用电气自动化系统及其技术优势能够使电厂生产过程中的各个环节处于自动系统的监控下，有效降低了系统故障的发生、提高了企业的经济效益。而且，电气自动化系统的应用还能够通过机组运行信息的收集、归档等工作为机组养护及维修提供详实数据。根据机组运行情况及运行信息分析机组状态，为保障电厂机组的安全稳定运行奠定了基础。电厂电气自动化系统的应用促进了我国电力系统技术水平的提供、促进了我国电力市场化进程的加快。同时电气自动化系统的运用还为现代电力企业提供了技术潜力挖掘的切入点，为电力企业综合技术能力的提升奠定了基础。

三、现代电厂电气自动化系统应用现状分析

随着近年来现场总线、工业以太网网络通信技术在电厂电气自动化系统应用的不断增加，传统硬接线方式的缺点日渐突出。为了满足现代电力企业生产过程中电气自动化系统需求，新的电气自动化系统技改成为了现代电厂面临的首要问题。为了实现我国电厂电气自动化系统的有效运用、实现电气自动化系统应用目标，现代电厂应对电气自动化系统应用现状进行分析。结合电厂电气自动化系统应用需求以及未来电厂发展规划确定电气自动化系统解决方案的选择，以此为基础促进电厂电气自动化系统应用目标的实现。利用现代工控软件及现场总线技术将电厂电气自动化各功能模块及控制点进行连接。同时根据电厂设备要求以及系统可靠性需求对电气自动化系统的相关组件进行了规范化，以统一的标准以及行业规范使系统组成具有较高的可靠性，为电厂安全稳定运行奠定了基础。另外，针对电厂设备维修需求，电气自动化系统还集成了机组运行信息收集、整理及备份功能。以机组运行数据为基础为设备维修工作提供详实、准确的系统运行数据。根据现代电厂电气自动化系统功能需求，现代电厂所采用的电气自动化系统也不断地进行着更新与完善。

四、发展趋势

随着数字化时代的到来, DCS+FCS( 现场总线控制系统) 是今后发展的方向。

1、新时代对发电厂电气控制的新要求

近期我国火电厂必将步入数字化和信息化时代。火电厂控制和管理系统分为三级:

(1)厂级( SIS、MIS、BPS) ;

(2)机组级( DCS、PLC) ;

(3)现场设备级。

近几年一、二级的建设初见成效, 但现场级的落后, 制约了上两级的作用发挥。而电气设备有许多都在第三级, 因此对它的数字化、信息化要求日益迫切。随着计算机的快速发展和控制技术的不断提高, 随着分散控制系统( DCS) 在火电厂应用的广泛和成熟, 现代化大型火电厂运行和管理水平不断提高, DCS 在火力发电厂运行的可靠性得到普遍的肯定, 运行人员越来越习惯于利用CRT 和键盘进行操作, 后备监视和手段日益减少或全部取消, 火电厂大型单元机组监控方式正走向全CRT监控。机炉控制与电气控制日益显得不协调, 控制水平也逐渐拉大。为了解决这一矛盾, 目前最有效的办法就是将电气控制设备纳入DCS 系统控制之中, 这样既利用DCS 系统已成熟的分散控制技术, 又能提高电气设备的控制水平和管理水平。

2、分散控制系统的成熟和数字时代技术显现

目前大容量机组电气控制模式主要有: DCS+ 电气现场远程I/ O 模式、DCS+ 集控楼电子室I/O模式、以常规DCS为主体电气某些子系统采用现场总线控制( FCS) 模式、采用独立的电气微机监控系统。

2.1 DCS+ 集控楼电子室I/O 柜模式

这种模式将用于处理各类电气设备信息和控制用的I/O与处理器/控制器柜集中布置在集控室, 绝大部分电气操作是通过集控室的人机界面完成。现场各电气设备先通过分散的控制电缆或低电平电缆与集控室的转接柜连接, 转接柜负责把现场信息分配给相应的I/ O 柜和把控制命令传给现场。I/O 和处理器/控制器柜与操作员站之间通过数据高速公路连接。

2.2 DCS+ 电气现场远程I/O 模式

国内外各主要DCS 厂商, 均开发了专用的远程I/O产品。远程I/O主要由数据采集、A/D( D/A) 转换、数据存储、越限报警、事件记录、自检和自诊断等功能。远程I/O柜分散布置在相关电气设备附近, 各电气设备的信息通过电缆接到电气现场I/O柜。经处理后, 采用串行通信方式, 由数据通信电缆, 送达集控室内相应控制柜。

2.3 以常规DCS 为主体部分电气子系统采用现场总线控制( FCS) 模式

IEC1158 对FCS 的定义为安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。从电气控制看, FCS 具有以下优点:

(1)FCS 功能下放比较彻底, 数字智能现场装置应用后, 大量信息现场处理, 使控制器功能和重要性相对减少, 且易于扩建和分布调试。

(2)DCS 是封闭式系统, 不同厂家的产品基本不兼容。而FCS 是开放式系统, 只要遵循统一的总线协议,用户原则上可以选用不同厂家的产品。

(3)DCS 的信息全是二进制或模拟信号形成的, 必须具有A/D、D/A转换。而FCS 是全数字化, 不需要转换, 其精度可从0.5%提高到0.1%

(4)FCS 采用全数字化技术, 具备检测信息差错的功能, 可以对现场装置进行远方诊断、维护和组态。而DCS 无法在工程师站上对现场装置进行远方诊断、维护和组态。

(5)FCS 控制周期为10 - 120 次 , 而目前DCS是2 次- 15 次

(6)FCS 信息处理现场化, 可省去相当数量的隔离器、端子柜、I/O柜。

5 电气纳入DCS

5.1 集控室及主厂房内电气控制系统集控室及主厂房内电气控制系统都可以加入DCS系统, 它们主要包括:

(1)发变组系统( 不包括变压器本身的通风系统) ;

(2)励磁调节的系统( 指原控制台部分) ;

(3)高压厂用电系统:

(4)低压厂用电系统;

(5)公用系统;

(6)自动同期系统;

(7)直流系统。

5.2 电气系统保留部分

(1)发变组厂高变保护装置;

(2)自动准同期装置( ASS) ;

(3)自动电压调整装置( AVR) ; d、厂用电备自投装置;

(4)低周切机装置;

(5)故障录波装置;

(6)应急柴油机和保安电源。

5.3 主厂房外辅助系统的电气系统

主厂房外辅助系统的电气系统如输煤、化水、除灰、电除尘等可不加入DCS 系统。但目前也有厂商开发一体化设计加入DCS, 采用电气现场远程I/ O 模式,I/ O 柜安装在相关电气设备附近, 各安装单元的现场信息通过电缆接到电气现场远程I/ O 柜。处理后信息以串行通信方式, 由数据电缆传到集控室DCS。

结束语

综上所述，现阶段老电厂电气控制模式的改造方向为结合自身实际, 以DCS+ 电气现场远程I/O模式和DCS+ 集控楼电子室I/O模式相结合为主体。为适应数字化时代的到来, FCS(现场总线控制系统) 是今后数字化管理发展的必然方向, 所以部分有条件实现FCS的应使用, 以积累经验。

参考文献

[1] 宋伟军.电厂电气自动化系统概论[J].电力科技，2010（2）.

[2] 常志鹏.电厂电气自动化系统应用现状及发展[J].工控资讯，2011（2）.