21世纪火电厂热工自动化展望

电力18讯：    21世纪火电厂热工自动化展望
Prospect of Thermal Process Automation of
Fossil Power Plantfor 21st Century

杨 庆 柏

【摘要】　在研究国内外自动化技术发展及其在火电厂工程中应用经验的基础上，从工程的观点出发，结合国内外实际应用业绩，论述了21世纪火电厂热工自动化的发展动向，以期快速提高我国火电厂热工自动化水平。

　　火力发电机组的热工自动化是保障设备安全、提高机组经济性、减轻劳动强度及改善劳动条件的重要技术措施。展望21世纪，火电厂热工自动化预计将会朝着下面几个方向发展。

1　电气控制将纳入DCS［1］

　　自从火电厂采用分散控制系统DCS(Distributed Control System)后，汽轮机和锅炉的控制水平有明显的提高。但作为单元机组中的重要一个环节，即发电机变压器组和厂用电系统的控制，大多数仍保留了传统的控制方式，控制盘台上装设很多模拟仪表光字牌和开关按钮，在一个控制室内与汽轮机和锅炉的DCS控制很不协调，严重影响了火电厂自动化水平。
　　电气控制纳入DCS的范围主要为发电机系统和主厂房内的厂用电系统，主要包括发电机变压器线路组、高压起动/备用变压器、高压厂用工作变压器、低压厂用工作变压器、低压厂用备用变压器及低压厂用公用变压器等的控制和信号测量。保安电源系统、直流系统和不停电电源系统也要纳入DCS进行监视。另外，发电机励磁系统、自动准同期和厂用电快速切换更要优先考虑纳入DCS。
　　电气控制纳入DCS，国际上已开始广泛采用，许多大的DCS公司都有这方面的应用业绩。大港电厂引进的2×320 MW机组上的电气控制就纳入了DCS，现在已成功运行达8 a。目前，国内大型火电厂主厂房内的电气开关也已基本实现了无油化，如中压开关采用真空开关与真空接触器，低压开关采用智能型空气开关等。电气设备的可控性及同计算机接口能力的提高，为电气控制纳入DCS打下了坚实基础。将部分电气控制纳入DCS，国内已有成功的经验，如东北电力集团公司直属的通辽发电厂在200 MW机组的热工自动化改造中，率先将部分电气控制纳入DCS，迈出了炉、机、电一体化的第一步。今后，一台单元机组仅设1位主值班员，因此电气控制必须与汽轮机、锅炉控制形成一个整体，只有做到这一点，才能使我国火电厂自动化水平跻身于国际先进水平行列。

2　FCS将取代DCS［3］

2.1　FCS的产生
　　FCS是现场总线控制系统(Fieldbus Control System)的简称。目前的DCS也称为传统的DCS，因DCS的检测、变送和执行等现场仪表仍采用模拟信号(4～20 mA DC)连接，无法满足上位机系统对现场仪表的信息要求，限制了控制过程视野，阻碍了上位机系统功能的发挥，因而产生了上位机与现场仪表进行数字通信的要求。从80年代起，出现了智能化的现场仪表，如智能变送器等。这些智能化的现场仪表的功能远远超过模拟现场仪表，如可对量程和零点进行远方设定，具有仪表工作状态自诊断功能，能进行多参数测量和对环境影响的自动补偿等，深受用户欢迎。智能化现场仪表的出现，也要求与上位机系统实现数字通信。正是在上述2方面因素的驱动下，要求建立一个标准的现场仪表与上位机系统的数字通信链路，这条通信链路就是现场总线，FCS也就应运而生了。

2.2　FCS的效益
　　采用FCS取代DCS比采用DCS取代模拟仪表具有更大的经济效益。如“变千百根电缆为一根”，可节约大量电缆；控制功能下放到现场，使控制信号传输的准确性、实时性、快速性和可靠性大为提高；现场总线通信协议国际标准化后，可使不同厂家的产品互相连接和操作，消除了目前自动化的孤岛现象；省去I/O端子柜和控制柜后，使控制室占地面积大大减少并使系统简化，带来了系统设计、安装、调试和维护费用的降低及工作量的大大减少；由于机组控制室(指2台机组共用1个控制室)只有2根同轴电缆或光缆和几根紧急停机开关的电缆进入，大大有利于控制室的防火和火电厂的安全运行。

2.3　FF及其产品
　　目前，尽管存在着多种现场总线模式，但最开放、功能最完备和最有应用前景的现场总线当属基金会现场总线FF(Foundation Fieldbus)。它除了具备一般总线的特点外，在客户服务、功能模块调用、设备描述、诊断和保护、通信方式、数据精确传递、本安供电、设备的即插即用等方面，最能体现国际先进水平，是受到国际大多数地区和国家赞赏的总线标准。FF的低速总线H1协议已于1996年发表；FF的物理层协议已被国际电工委员会IEC批准为国际标准(IEC1158-2)；FF的链路层协议于1998年3月在IEC TC/65工作组中表决通过，如果经IEC大会表决通过后也将成为国际标准。国外许多大公司都在按照FF已出台的标准开发各自的产品，如美国Smar公司的302系列现场总线控制系统就是其中之一。各大公司的FF产品已分别在美国的Monsanto化工厂和日本的Chubu电厂完成了试运行，收到了较好效果。从1996年开始，FF产品进入我国后，已在8家工厂投入运行，如用于滨洲化工厂自备电厂的锅<