浅谈电厂热工自动化的现状及前景

浅谈电厂热工自动化的现状及前景

发表时间：2019-06-10T09:55:03.687Z 来源：《电力设备》2019年第3期作者：秦春

[导读] 摘要: 随着科学技术的不断发展，自动化技术在工业中的应用越来越多。

（大唐国际张家口发电厂热控车间河北张家口 075133）

摘要: 随着科学技术的不断发展，自动化技术在工业中的应用越来越多。在电力行业高速发展的势头下，热工自动化逐渐占据了重要的位置。通过热工自动化技术的应用，实现了真正意义上的机电炉集中控制，为电厂的安全可靠运行做出了重要贡献。本文主要对热工自动化在电厂的应用的发展现状做简要分析。

关键词：热工自动化；控制系统；电厂

1 前言

热工自动化技术作为发电厂发展中的重要元素，在近些年的应用中得到快速的发展。从相关的理论知识到相关的控制设备都有了极大的改进。通过对新理念、新设备不断引用和研发，由简单的热控技术应用到新控制理论技术体系的使用，我国的电厂热工自动化技术被广泛的应用到发电过程中的各个环节。

2 电厂热工自动化的现状

2.1 热工自动化的介绍

热工自动化是指通过自动化的仪表、传感器进行监测以及相关的自动控制装置来操作。简言之，热工自动化就是通过自动控制系统实现的，由起控制作用的自动控制装置和被控制的生产设备（被控对象）通过信号灯的传递、联系所构成。自动控制装置在电厂热力测量中，不经过工作人员的直接参与，直接进行自控控制、信息采集、信息处理、报警提示及自我保护。

2.2 热工测量技术

2.2.1温度测量

电厂的热工测量系统中，用来测温的传感器通常为热电偶和热电阻，在极少数的地方采用金属膜或水银包等热敏元件。在容量为125MW以下的机组中，变送器和二次仪表采用数字显示仪和无纸条记录仪器；在300MW以上的机组中，热电阻信号需要经过DCS系统中专用的转换器转换后进入电子间。热电偶类型的测温元件需要采用冷端补偿或其他方法来实现。

2.2.2 流量测量

流量测量在大多数的电厂中均采用差压原理进行，极少数的会使用涡轮流量或齿轮流量进行测量。在大机组的设备组合中，重要的蒸汽流量测量通常不会采用节流元件，而是通过调节级的压力和相应的公式计算而来。

2.3 自动控制及其系统

随着工业过程规模的不断扩大，所需要测量处理的参数和控制回路成倍增加，从而导致标记数量大增，运行人员监护难度增大，系统自动控制的难度也同步增大。在这样的情况下，产生了新型的集散控制系统（DCS）,它继承了常规模仪器仪表和直接数字控制的特点，大大提高了工业过程的安全性和可靠性，降低了运行成本，提高了生产效率。现阶段大多数电厂都采用DCS控制系统。

2.3.1 集散控制系统的特点

集散控制系统的设计原则和特点是操作管理集中但控制分散，从而保证运行人员能够及时、详尽的了解机组的运行工况，对需要控制的各种参数及时进行调整。集散控制系统的特点主要表现在系统的模块化和智能化、采用局域网络通信技术、软件功能丰富、具有很高的可靠性以及安装维修方便等方面。

2.3.2自动控制的流程

电厂的热工自动化技术主要包括自动检测技术、自动控制阶段、自动报警和自动保护阶段。自动检测主要由自动化的仪表来实现，通过对某个过程的压力、温度、流量、液位等系统参数进行测量来得出结果。自动检测系统对于热力学参数的测量，可以及时有效的反应电厂的运行情况，同时也是作为自动控制过程的可靠依据和事故分析及经济结算时的重要数据信息。自动控制阶段是指自动控制装置在电厂的自动化生产过程中，能有效调节设备的运行方式，进而保证电厂机组在热工自动化技术控制下良好运行。自动报警，即进行自动检测过程中，若发现有热工参数发生异常时，发出灯光报警或声音报警，提醒相关人员引起注意并及时处理设备异常。自动保护阶段是指由于热工参数发生异常或就地设备出现运行故障时，需要停某些设备或者联起其他设备，避免因设备异常造成机组非停或人员伤亡的动作方式。

2.4 电厂热工自动化现状中的不足

热工自动化控制技术需要结合智能仪表、热能工程、计算机及相关的控制理论，对热力学参数进行分析检测，达到安全可靠生产的目的。由于电厂的生产设备很多，热力系统庞大，生产过程复杂，现场环境对压力、温度有严格的要求，而现阶段热工设备和仪表的工艺不够精细、安全监视的覆盖面较窄、控制系统的功能不完善、机组自动调节投入率不高，对于电厂热工自动化技术有待于进一步提升。

3 电厂热工自动化的前景

随着人类社会的不断进步，科学技术日新月异的发展，电厂原有的热工自动化技术已经不能满足我们的需要，因而，热工自动化技术也伴随着人类的需求不断有新的进展。

3.1 电厂热工自动化技术的改良

3.1.1 控制工具的改良

现代社会，计算机技术、显示技术、通讯技术以及控制技术的不断发展，带动了电厂热工自动化技术的不断改良，通过建立更少的被控对象的模型，实现控制系统快速高效的调节参数。通过合理的计算机控制技术，采用状态变量观测器和模糊控制完成常规情况下难于控制的系统。模糊控制语言变量的应用，将工作人员的操作经验总结成相应的计算机语言，从而建立对应的关系，由此进行可靠的逻辑推理，进而实现对复杂控制系统的控制。运用神经网络非线性的映射能力和非线性函数逼近能力，及时准确的处理相关信息，使电厂自动化控制中的非线性控制和非线性建模成为现实。

3.1.2 控制系统的发展

目前热工自动化技术采用的控制系统主要为集散控制系统，随着集散控制系统的日益广泛和深入的应用，其在新技术、新器件，新方法等方面有了大幅进展，包括：向开放式系统方向发展，向智能化方向发展，基于PLC的分散控制系统与集散控制系统相互渗透相互融

合，在现场控制接口方面向想现场总线拓展和向管控一体化方向发展五大进展。集散控制系统将随着计算机技术、通信水平和控制理论与方法等相关领域高技术的发展而不断壮大，也将与其他新型的控制装置和系统不断融合，在新技术作为媒介的情况下向标准、开放、通用、专业发的方向发展。

3.2 电厂热工自动化技术的发展趋势

3.2.1 实现先进理念和算法打造的APS

为了解决在复变控制系统完成全部工况和实现完整过程的全自动运行，引入“交叉引用、条件自举”的理念。此理念是指模拟量自动调节回路将开关量顺序控制的设备启停工况用作转换工作方式的条件，而开关量顺序控制系统又把模拟量自动调节回路的工作方式当做启动条件，相互交叉引用。在条件满足的情况下，开关量的顺序控制或模拟量的自动调节自动作为控制层次，进行条件自举，从而实现后续任务的自主执行。

3.2.2 实现电气热工控制一体化

DCS是目前电厂机组的主流控制系统，但鉴于其检测和执行等现场仪表信号采用的模拟量信号无法满足工程师站对现场仪表诊断、维护和管理等要求，无法实现完整的控制。而现场总线作为完整的现场总线控制系统又无法直接应用到电厂中。随着科技的不段进步，现场总线需要借助DCS平台进行发展，DCS需要现场总线进行完善，技术互补，实现电气热工控制一体化，达到电厂热工自动化发的新高度。

3.2.3 实现FCS控制系统的开放

FCS控制系统是指现场控制系统，用FCS控制系统取代现有的DCS控制系统可以带来极大的经济效益和社会效益。采用FCS控制系统，可以大量减少电缆的使用，有效的避免了资源浪费降低了成本；可以使控制功能进入现场，使数据和信息及时准确传输，极大的提升数据传输的可靠性和时效性；在现场总线通信协议国际化后，不同厂家的产品可以交互使用，打破以往各自为营的壁垒；可以减少使用或不使用控制柜，简化系统，优化空间，降低维护调试费用。

4 总结

随着计算机技术和控制理论、方法的不断发展，热工自动化技术会紧跟时代脚步，不断向无线化、智能化、专业化和开放化的方向发展。新的控制理念、新的控制方法将不断融入电厂的生产实践中，保障机组运行参数更全面、更准确，获取速度更快，使机组的自动控制动作更快、性能更完善，实现真正意义上的自动化。