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電廠技術改造要點及展望

時間:2022-06-01 11:20:02 點擊次數:

電廠技術改造要點及展望
【摘 要】市場環境的變化以及設備和技術的更新換代對電廠的運行和發展提出了新的要求。為滿足這些新要求,適應社會的發展規律,電廠需要對現有的工作方式和設備狀態進行升級改造。本文分析了火電廠的技術改造現狀和相關的技術改造評價指標,確定了應用分散控制系統對電廠設備和運行狀態進行自動化監控改造的方案,進而具體討論了熱工系統、集中控制系統、輔助車間監控系統、系統整體改造要求。
【關鍵字】火電廠;技術改造;分散控制系統;自動化受限于電廠建設年代所處的環境限制,多數電廠尤其是我們南方某些城星羅棋布熱電聯產企業的工作方式和設備狀態已經無法滿足當前的社會需求。這些面臨改造或者淘汰的火電廠的共同特性是,技術水平不高,設計思想和設備配置更注重當時的需求,沒有注重后續的持久發展,在電廠熱工自動化水平方面相對較為落后,對于重點設備和重點程的監控功能覆蓋不全面,系統維護量大,部分設備已經臨近淘汰,發電機組面臨改造更新。
隨著電網商業化運行的深入,電能上網競價環境日趨激勵,應用高新技術對電廠進行技術改造勢在必行。為適應電網自動發電控制的發展趨勢,對火電廠的技術改造的重點之一就是應用熱工自動化技術改造以及基于網絡的集中監控技術改造。
1.熱工自動化技術改造評價指標進行技術改造首先需要確定和分析改造技術能夠為電廠發展帶來的競爭優勢,評判改造方案是否有必要和是否可行。對電廠的熱工系統進行自動化改造具有以下幾方面的競爭優勢:
(1)機組穩定運行所帶來的經濟效益。對熱工系統進行自動化改造主要使用分散控制系統對機組運行時的狀態和參數進行實時監控,可以維持系統中各參數維持在額定參數附近運轉。若同時配合更新具有自動調節功能的現場設備,可以有效提升機組運行的品質和調整精度,
改善電廠的經濟效益
(2)安全生產所帶來的經濟效益。分散控制系統的優勢在于提高所控制設備的運行可靠性,降低錯誤操作發生概率,應用計算機進行故障分析,避免出現故障停機或者及時從故障中回復。通常,200MW機組一啟動需要耗費幾萬元甚至十幾萬元,停機時間為電廠帶來的經濟損
失則更大,因此進行熱工自動化改造所帶來的經濟效益還是非常明顯的。
(3)人力資源優化所來帶來的經濟效益。由于熱工自動化技術中的分散控制系統和數字電液控制系統能夠將機械設備、火爐、電氣設備等集中管理和控制,減少了人力資源的投入,降低了工作人員的工作強度,故障確定更加準確和快捷,減少了檢修方面的人力投入成本,可以幫助
企業實現資源配置優化,降低檢修和維護成本。2.熱工系統的自動化改造現狀及其功能對于熱工系統的改造主要是鋪設分散控制系統,利用該系統實現電廠各資源的整合。具體實現功能為:實現設備在遠程監控端的監控以及人機交互;將人工操作熱力系統的腹肌和相關設備變為系統按照預設順序和時間進行自動操作,提升了操作的速度和精度,避免了可能出現的誤操作;機爐協調控制系統可以控制機組主要參數維持在額定參數附近,自動發電控制系統增強了機組對電網的適應能力,系統的品質得到了提升。下面就分散控制系統中的主要系統和技術具體分析。
2.1爐機輔機順序控制系統(SCS)該系統利用計算機的邏輯控制功能對熱力系統和輔機的工作順序和步驟、工作動作等進行設定和規范,系統啟動后,爐機即可自動進行工作,遠程監控端只需要對爐機的工作狀態進行監視即可,這種方式大大降低了操作人員的工作強度。此外,SCS系統還引入了安全防護技術,該技術對設備工作時的工作狀態進行監控,一旦出現安全聯鎖條件不滿足的情況,則設備被閉鎖,停止工作,保證設備運行的安全。
通常,單元機組的SCS由三級組成,分別為機組級、功能組級和驅動級。其中機組級主要用于進行順序控制,但是該控制過程的實現步驟和條件非常多,尤其是舊機組,故很難實現新技術的應用,綜合各因素,重點在功能組級和驅動級進行順序控制。如設定控制程序控制投/切磨
煤機組或給粉機進行自動調節,以適應電網自動發電控制系統的運行負荷就是該系統的一個應用實例,實踐經驗表明,該技術的具有很強的實用性,經濟效益明顯。
2.2爐膛安全監控系統(FSSS)
為保障火電機組的運行安全,實現火電機組的自動控制,可以引入
FSSS系統進行技術改造。該系統主要對鍋爐爐膛的安全性能進行監
控,除此之外該系統還能夠實現對燃燒器的控制和管理。FSSS系統可
實現以下幾部分的功能:爐膛火焰的檢測;油槍的遠程電子控制;煤燃
燒器和脂粉系統的工作方式配置以及安全防護等。
鑒于FSSS系統是電廠的核心設備之一,故當前的電廠均具有FSSS
裝置。為實現電廠自動化,該部分設備也需要加裝離散控制系統,將
FSSS的功能納入到離散控制系統中,提升電廠的自動化程度,尤其是
火焰檢測裝置、油槍裝置等都可以根據改造需求重新進行改造。即便
不進行改造的部分,也應該在離散控制系統設計時預留出擴展空間,以
便于后期系統功能完善。
2.3汽輪機電液控制系統(DEH)
該系統相對較為獨立,硬件實現較為靈活,鑒于當前電廠一體化程
度較高,系統不斷在向集中控制方向發展,故也應該將該系統納入到離
散控制系統中。這種改造方式可以將DEH與離散控制系統的軟硬件進
行統一,實現人員和設備的共用,無需獨立配備的DEH操作員即在統
一系統中完成DEH的控制。此外,越來越多的離散控制系統制造商向
DEH和離散控制系統的一體化設備方向進行研發和設計,這種情況也
推動了DEH與自動離散控制系統的融合。
2.4電氣監控系統
傳統的電氣監控系統通過運行人員在工作現場對電氣設備的儀表
進行監控。但是這種方式具有多種不便,且工作效率低下。采用離散控
制系統和具有并網能力的儀表和控制設備將電氣監控系統集成到離散
控制系統中可以實現設備的遠程監控,提高機組監控的可靠性,對監控
數據進行記錄和存儲,若系統運行發生故障,可以對所存儲的監控數據
進行分析,確定解決方案。
電氣監控系統主要部分有:發電機-變壓器組和廠用的電源系統部
分;發電機勵磁系統中的電壓調整器部分;繼電保護裝置部分等。這三
部分中,第一部分在實際應用中已經完成了與DCS的集成,對于第二部
分和第三部分則需要考慮電廠當前的經濟情況,但是最低改造標準為
確保這兩部分都具有監控或者通信接口,以便于升級、并網或者其他功
能變化。
3.集中控制室的改造
應用離散控制系統對電廠進行自動化改造需要同時對集中控制室
進行改造,將納入監控范圍的設備功能進行集成。
3.1操作臺的改造
上述電廠自動化技術改造中將多個設備納入到離散控制系統中,
為實現對上述改造設備的控制應該按照監控標準對現有的操作臺進行
改造。特別是進行離散控制系統和DEH的統一后,可以將操作員工作站
設為監控中心,對原有的控制臺進行布置結構的調整。經過技術改造,
可以在更短的BTG盤內實現電廠各設備的監控。
3.2顯示器的改造
顯示器是集中監控系統的主要顯示設備,利用顯示器可以在集中
控制室實現人機之間的交互。由于電廠中被納入監控的設備和部件繁
多,且多數可以實現現場視頻信號的采集和顯示,故在集中監控室中使
用大屏幕顯示器改造是一種必然趨勢。大屏幕顯示器可以進行畫面分
王關木
紹興縣興亞熱電有限公司
信息技術
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割,實現多設備的同一屏幕顯示,便于操作員觀察和控制。此外,大屏幕
的應用還可以將多媒體技術應用到電廠日常工作中,使用該技術可以將
重點設備的工作畫面以視頻的方式進行采集和呈現,若電廠設備出現故
障,在傳統發出報警信號的基礎上,觀察各個監控點的畫面可以幫助操
作人員迅速確定故障位置,對故障進行處理,減小電廠經濟損失。
4.輔助車間監控改造
為提高企業運行效率和經濟收入,應用網絡技術和集中監控技術
對輔助車間進行監控改造勢在必行。
4.1監控范圍改造
應用網絡技術可以將化學水處理車間、除灰車間、煤處理車間等聯
網集中監控可管理。這種管理方式首先擴大了監控的范圍,實現了監控
功能的統一,從而減少了人員的配備。再次,對于這些車間中所進行的
操作和所涉及的工藝相對復雜,要求系統運行可靠性較高,但是具體工
藝過程相近,故為統一監控提供了便利的改造環境。
4.2輔助系統的集中控制改造
對輔助系統進行集中控制在保留監控點上位機作為備用監控設備
的基礎上能夠實現與離散控制系統中的各子系統進行信息共享或者傳
遞等功能,可以達到信息實時溝通的目的。應用集中控制技術對輔助系
統進行技術改造可以從兩個方面著手:單元控制和輔助車間控制。
其中,單元控制是按照不同系統的系統功能進行單元分類,然后對
各單元進行控制。這種控制可以進行離散控制系統集成也可以不進行離
散控制系統集成,但是相對而言,更適合當前電廠自動化系統方案的是
不與離散控制系統進行集成,而是采用單獨設立監控工作站的方式進
行單元監控。這種方式對于一些具有龐大信息量的監控單元可以快速
進行信號接入和處理,提高系統的實時性。
而輔助車間控制則是按照不同車間進行集中控制。這種改造方式
是將輔助車間組成監控網絡,通過統一控制室進行監控。這種監控方式
可以避免資源的浪費,減少人力成本。
4.3網絡結構改造
由上述控制方案確定輔助車間的監控網絡結構如下:
(1)控制層與I/O層由PLC網絡組網實現;控制層與監控層除了由
PLC網絡組網實現外還可以采用以太網結構;監控層與管理層由以太
網結構進行連接。(2)各網絡層的數據采集量和傳輸量大,大多會超過
2000點,故各層次的通信方式采用全雙工交換式工業控制用以太網。
(3)網絡拓撲結構的確定由網絡覆蓋范圍、PLC選型、網絡設備工作等綜
合確定。通常每個輔助車間單獨使用一個控制點,但是各控制系統使用
同型號PLC,為方便進行網絡鋪設和維護,可以采用總線型拓撲結構。
(4)為保證網絡傳輸信息的準確性,對網絡信息的編碼采用冗余編碼方
式。
4.4操作平臺和監控軟件改造
電廠自動控制系統的系統結構和設備屬性決定了操作平臺對多硬
件的兼容性要好,具有多任務多線程工作方式,兼具可靠性和安全性,
綜合考慮各因素可以選取Window NT核心的操作平臺。對于監控軟件
的選取要綜合考慮監控方式、網絡支撐、數據管理、對第三方應用的集
成或支持度等,iFIX軟件或者Intouch軟件均可以滿足上述需求。
4.5改造時所需注意問題分析
考慮到后續的升級或者并網需要,進行輔助車間監控網絡設計時
應該預留出一定的通信接口,以方便滿足與電廠總監控網絡進行對接或
者添加新輔助車間時的通信需求。在進行網絡建設時要同時考慮安全
性能方面的要求,設置適當的防護措施。在網絡硬件選取方面,由于電
廠的維護成本較高,重啟或者停機都會為電廠帶來嚴重的經濟損失,因
而應盡量選用優質的硬件設備,以減少因硬件引起的故障。
5.系統整體改造原則及要求
對于最高層次的監控系統應該采用分層分布式網絡結構,設置多
個網絡接口,便于將各子離散控制系統的數據進行傳輸或者共享,為電
廠后續發展可能出現的系統集成提供端口支持,增強系統的可擴展性。
系統應該具有完善的斷網隔離功能和自我診斷功能,以確保單一
故障出現時不會影響整個系統的工作。
系統整體運行中會產生龐大的數據信息,為保障監控的實時性,各
部分應該使用光纖作為通信媒介。而在數據存儲方面則應該使用大容量
存儲設備進行數據存儲,系統利用這些數據可以對電廠各設備的工作狀
態進行分析和判斷,保證全場各設備運行的魯棒性。
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作者簡介
陸青麗(1981-),女,廣西河池人,福建工業學校電氣科專業教
師。
在IPC與PLC之間的通信中,需要開發相應的通信軟件,以筆者所
在的學校擁有的數控系統設備來講,配備了成熟的串行通信程序編寫控
件MSComm,它能夠為絕大多數的串口通信模塊提供通信程序的編寫
工具。在Visual Basic環境中,利用該控件可以為各端口提供完備的輸
入輸出數據信號的能力,另外其優勢在于完善的中斷功能,中斷功能可
以幫助開發者開發出更加成熟穩定的通信工具。如上述所說,通信中斷
的方式主要有兩種,固定間隔的查詢功能與實施狀態變化發生的信息
傳送功能,如果數控系統涉及的器件不多,且結構簡單無任何嚴重的不
良后果,則可以采用定時查詢的方式進行監控,如果數控系統的中斷對
即時性要求較高,那么則必須采用串口通信的方式處理錯誤事件。也叫
做事件驅動方式。事件驅動方式的具體方法是當上位機決定好發送數
據時,事件的屬性定義為查詢式傳送數據時,系統將會以定時間間隔的
方式由PLC匯報系統運行狀態,而當事件的屬性定義為事件驅動方式
時,那么該通信會即時生效,開始處理程序,如果PLC匯報狀態改變的
信息時,上位機會立即作出處理。在處理的過程中,為了避免重復通信,
可以繼而轉換為定時查詢的方法向PLC發送信息處理狀態,保證在處
理過程中通信程序的暢通運行。
四、總結
總的來說,在數控機床等非標準機械的開發制造過程中,PLC的長
期穩定工作能夠為系統的運行帶來可靠性,但是自身帶有無法進行信息
管理的弱點,而且不能夠直接與使用者進行交流,所以在故障的發現與
排除、實時狀態的匯報等方面無法實現功能,在本文中利用了其與IPC
進行通信的方式,成功地解決了該弱點,PLC能夠實現數控系統前沿的
信息收集,由IPC進行信息處理和現實,對于用戶來說使用更方便,可靠
性更高,在實際的各類數控系統開發中都可以得到廣泛的應用。

淺析電廠的技術改造要點及展望
作者: 王關木
作者單位: 紹興縣興亞熱電有限公司

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