自動化新技術在火電廠的應用

發(fā)布：2018-12-18 | 點擊：人次

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隨著電力行業(yè)改革不斷深化和廠網(wǎng)分開、競價上網(wǎng)政策的進一步實施，能否保證火力發(fā)電機組安全穩(wěn)定和經(jīng)濟運行，已經(jīng)成為各個火電廠的首要任務。自動化是實現(xiàn)火電機組安全經(jīng)濟運行的重要技術措施，因此各個火電廠都非常關注自動化新技術的發(fā)展，并不斷地應用自動化新技術，以期達到降低發(fā)電成本、提高勞動生產(chǎn)率、增強出廠電價競爭能力之目的。

近幾年來，自動化技術的發(fā)展可以說是日新月異，新的科技成果不斷涌現(xiàn)?？偨Y起來，自動化新技術在火電廠的應用，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

一、應用

（一）自動檢測

1火焰圖像檢測器

目前，火電廠大型鍋爐的單個燃燒器容量都非常大，因此，能否正確檢測燃燒器火焰，將直接影響爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）動作的可靠性。為了防止鍋爐爆燃事故的發(fā)生，必須對爐膛內(nèi)的火焰進行切實有效地檢測。普通光學檢測器（如紫外光火焰檢測器、可見光火焰檢測器和紅外光火焰檢測器）僅依靠一個光敏元件收集火焰特征區(qū)的平均光強，所獲信息量的局限性經(jīng)常導致作為前景的火焰和背景無法有效分辨。普通光學檢測器探頭的視野范圍很小，在火焰波動較大（鍋爐低負荷運行）時會誤報爐膛滅火。因此，在今后，火焰圖像檢測器將取代普通光學檢測器，這是鍋爐火焰檢測系統(tǒng)發(fā)展的新動向。

火焰圖像檢測器不同于以往的工業(yè)電視，它有如下特點：

（1）火焰圖像檢測器采用了多個微型攝像機（CCD）檢測每一只燃燒器或每一層或每一角的燃燒工況，它比普通光學檢測器的視野范圍大，采集的信息量多。

（2）火焰圖像檢測器采用微處理器對火焰信息進行處理，將其轉換成數(shù)值形式，進行分析運算，并在數(shù)字式圖像顯示器上顯示出來，同時將數(shù)據(jù)存放在計算機存儲器中，以便進一步處理。而工業(yè)電視僅是直觀的圖像顯示，沒有信

息處理和記憶功能。

（3）火焰圖像檢測器通過顯示多個處理過的火焰圖像，使運行操作人員了解每個火焰的亮度分布、著火點及整個爐膛燃燒狀況，從而進行燃燒zui佳調(diào)整，并減少NOX排放量。而工業(yè)電視沒有這個功能。

目前，國外的火焰圖像檢測器產(chǎn)品主要有日本三菱公司的DPTIS型和芬蘭的DIMAC型。國內(nèi)的幾家科研單位也相繼推出了火焰圖像檢測器的產(chǎn)品，并已在多臺國產(chǎn)燃煤機組上運行，基本上實現(xiàn)了無誤報，并且提高了報警速度。

2光纖傳感器

（1）半導體光纖溫度計

半導體光纖溫度計是利用半導體材料的光吸收隨著溫度的變化而變化的原理測溫的。例如，當溫度升高時，透過半導體材料的光能減小，用光電元件來測量光能的這一變化，即可獲得被測量的溫度值。半導體光纖溫度計主要應用在超高壓變壓器熱點溫度的直接測量上，這種測量對變壓器的安全經(jīng)濟運行和使用壽命有著決定性的作用。變壓器線圈zui熱點的絕緣會因為過熱而老化，輕則變壓器損壞，重則釀成重大事故。反之，若線圈zui熱點的溫度過低，變壓器的能力就沒得到充分利用，降低了經(jīng)濟效益。因此，為了使變壓器處于zui佳運行狀態(tài)，對其熱點溫度的測量是十分必要的。過去由于高電壓的隔離問題不能很好解決，所以直接測量很困難。采用半導體光纖溫度計后，可以進行遠距離遙測，隔離問題得到了很好的解決。

（2）光纖轉速表

火電廠汽輪發(fā)電機組的轉速是3000r／min，它是一個決定電網(wǎng)頻率穩(wěn)定與否的重要參數(shù)。常規(guī)的電和磁的測量方法，由于電信號及其信號傳輸線路容易受發(fā)電機強電磁場的干擾，儀表不能正常工作。使用光纖測量轉速就不存在這一問題，光纖轉速表由轉速-光脈沖轉換、光纖光路和信號處理裝置三部分組成。

在汽輪發(fā)電機轉軸上固定一個測速齒輪盤，齒輪盤的邊緣有60個齒，齒輪盤每轉動一圈，就產(chǎn)生60個光脈沖，這些光脈沖經(jīng)光纖送給信號處理裝置，信號處理裝置將光脈沖轉換成電脈沖，然后將電脈沖送給數(shù)字頻率計。由于光纖不受電磁場干擾，從而保證了轉速表的可靠性。

3軟測量技術

所謂軟測量技術是從能夠測量的數(shù)據(jù)來推斷出不能測量的數(shù)據(jù)信息的軟件技術。儀表技術已經(jīng)歷了模擬儀表、電子儀表、數(shù)字儀表、智能儀表和軟儀表五個發(fā)展階段，軟測量就是軟儀表，它是目前儀表技術發(fā)展的zui高階段。

火電廠對鍋爐煙氣含氧量的檢測和控制，都要求氧量計具有準確、穩(wěn)定、響應迅速和經(jīng)久耐用等基本性能。然而，目前在火電廠廣泛使用的熱磁性氧量計和氧化鋯氧量計的性能還不能滿足上述要求。因此，對煙氣含氧量軟測量的研究正在進行。在火電廠鍋爐煙氣含氧量軟測量模型中，可選擇主蒸汽流量、給水流量、燃料量、排煙溫度、送風量、送風機電流、引風量、引風機電流等工藝參數(shù)，作為軟測量模型的輸入，由這些輸入通過模型來估算或推斷煙氣含氧量，以供監(jiān)視和控制之用。

（二）自動控制

1智能控制

火電廠有些熱工控制對象的數(shù)學模型是很復雜的，而且很難測量準確，若繼續(xù)沿用經(jīng)典和現(xiàn)代控制理論往往很難奏效，這就促使人們不得不去探索智能控制。

（1）模糊控制

模糊控制是模仿人的控制過程，與傳統(tǒng)控制相比，模糊控制具有實時性好、超調(diào)量小、抗干擾能力和適應能力強、穩(wěn)態(tài)誤差小等特點。模糊控制基于模糊控制理論，它包含了人的控制經(jīng)驗和知識，因此，它屬于智能控制范疇。

在我國火電廠中，模糊控制已經(jīng)取得了很多的應用業(yè)績。在協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)、鍋爐燃燒控制系統(tǒng)、過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)、再熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)、中儲式磨煤機控制系統(tǒng)、汽輪機控制系統(tǒng)和循環(huán)流化床鍋爐燃燒控制系統(tǒng)中，均有模糊控制的成功應用實例。

（2）專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)是利用具有相當數(shù)量的權威性知識來解決特定領域中實際問題的計算機程序系統(tǒng)，根據(jù)用戶提供的數(shù)據(jù)、信息和事實，運用系統(tǒng)中存儲的專家經(jīng)驗或知識進行推理判斷，zui后得出結論及結論的可信度，以供用戶決策之用。

工業(yè)發(fā)達國家的電力公司已經(jīng)研制出火電廠故障診斷專家系統(tǒng)。例如，美國的一家火電廠進行了專家系統(tǒng)應用實驗，該專家系統(tǒng)僅用幾秒鐘的時間就正確診斷出造成這家火電廠停機事故的原因，而該火電廠的專家們經(jīng)過了好幾天的討論，竟然還未找到正確診斷故障的思路。由此可見，專家系統(tǒng)已經(jīng)明顯地超過了人類專家的能力。

專家系統(tǒng)在國內(nèi)火電廠的應用研究已經(jīng)開始，現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出了火電廠水汽循環(huán)故障診斷系統(tǒng)、火電機組運行指導專家系統(tǒng)和大型轉動機械（汽輪機）故障診斷系統(tǒng)。

專家系統(tǒng)可以不知疲倦地工作，它不像人那樣，容易受到周圍環(huán)境的影響，它也不受時間和地點的限制。因此，專家系統(tǒng)一經(jīng)推出，就受到現(xiàn)場人員的歡迎，它是火電廠熱工自動化發(fā)展的一個重要方向。

2MATLAB仿真

火電廠是高度重視安全生產(chǎn)的企業(yè)之一，控制系統(tǒng)一旦投入運行，是不允許無關人員隨便亂動的。因此，對控制系統(tǒng)的分析研究和自動化人員生產(chǎn)技能的培訓只能在仿真控制系統(tǒng)上進行。以往的仿真控制系統(tǒng)主要是物理和半物理仿真，建立這樣的仿真控制系統(tǒng)投資大，安裝和維護費用也大。尤其是自動化儀表發(fā)展如此之快，使這些仿真控制系統(tǒng)不得不進行設備的更新改造，其經(jīng)濟損失是顯而易見的。

MATLAB是Mathworks公司于1982年推出的一套高性能的數(shù)值計算和可視化軟件，它集數(shù)值分析、矩陣運算、信號處理和圖形顯示于一體，構成了一個方便的、界面友好的用戶環(huán)境。利用MATLAB軟件中的SIMULINK功能可對自動控制系統(tǒng)進行仿真研究，它的仿真結果將會對自動控制系統(tǒng)的設計、安裝調(diào)試和運行維護有著重要的指導意義。

在火電廠中，DEH（汽輪機數(shù)字電液控制系統(tǒng)）是汽輪機運轉的神經(jīng)中樞，該系統(tǒng)性能只能通過動態(tài)過程才能反映出來。為此，利用MATLAB仿真工具和VB開發(fā)界面，建立DEH仿真平臺，在不干擾生產(chǎn)的情況下，對DEH系統(tǒng)動態(tài)過程進行分析研究，從而避免了對系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整的盲目性，使DEH系統(tǒng)各部分的動態(tài)過程完整的呈現(xiàn)出來。這對DEH系統(tǒng)優(yōu)化運行中參數(shù)的整定、修改起到了預測和指導作用。

實踐證明，利用MATLAB對自動控制系統(tǒng)進行仿真，具有安全、可靠、節(jié)省人力、物力和財力等優(yōu)點，它為加快大型火電機組熱工自動控制系統(tǒng)的調(diào)試速度，提高火電廠熱工自動控制系統(tǒng)投入率，又提供了一個新的方法和手段。

3高壓變頻器

目前，國內(nèi)火電廠中有大量的6KV風機和水泵需要進行節(jié)能改造，節(jié)能改造zui有效的技術手段就是采用高壓變頻器。高壓變頻器在國內(nèi)還沒有合適的產(chǎn)品，而在國外，工業(yè)發(fā)達國家的高壓變頻器技術已趨于成熟，已推出了一系列高壓變頻器產(chǎn)品。如：美國GE公司的INNOVATIONMV、AB公司的1157MV、羅賓康公司的HARMONY、ROSSHILL公司的VFD；歐洲西門子公司的SIMOVERTMV、ABB公司的ACSl000、ANSALOD公司的VFD：日本FUJI公司的FRENIC4600FM4。這些高壓變頻器已開始在我國火電廠的高壓電動機上應用，如在送風機、引風機、給水泵、循環(huán)水泵和灰漿泵上都有成功的應用，收到了顯著的經(jīng)濟效益。

（三）順序控制

順序控制是指根據(jù)預先擬訂的步驟、條件或時間，對生產(chǎn)過程中的機組設備和系統(tǒng)自動地依次進行一系列操作，以改變設備和系統(tǒng)的工作狀態(tài)（如風機的啟停、閥門的開關等）。

順序控制是火電廠熱工自動化的一個重要方面，在大型火電機組上采用的順序控制系統(tǒng)主要是FSSS（爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)）。除此之外，順序控制還廣泛地應用于機組的輔機（如磨煤機、給煤機等）及其輔助設備（如潤滑油泵、擋板、風門）啟動停止操作的控制和保護上。

在PLC（可編程序控制器）問世以前，繼電器在順序控制系統(tǒng)中占主導地位。這種由繼電器構成的控制系統(tǒng)有著明顯地缺點：體積大、耗電多、壽命短、可靠性差、運行速度低。尤其是對生產(chǎn)工藝多變化的系統(tǒng)適應性更差，如果生產(chǎn)任務或生產(chǎn)工藝發(fā)生變化就必須重新設計，并改變硬件結構，造成了時間和資金的嚴重浪費。而用PLC替換繼電器后，使順序控制系統(tǒng)不但體積小、功能強、設計簡單、靈活通用、維護方便，而且還具有高可靠性和較強的適應惡劣環(huán)境的能力。正因為PLC具有如此優(yōu)點，使得用PLC替換繼電器的改造工程在火電廠不斷地展開。目前，在火電廠成功應用PLC實現(xiàn)的順序控制系統(tǒng)，主要有鍋爐補給水處理順序控制系統(tǒng)、鍋爐吹灰順序控制系統(tǒng)、鍋爐定期排污順序控制系統(tǒng)、輸煤順序控制系統(tǒng)、汽輪機跳閘保護控制系統(tǒng)、磨煤機啟?？刂葡到y(tǒng)、給煤機啟?？刂葡到y(tǒng)、給水泵啟?？刂葡到y(tǒng)和凝汽器膠球清洗順序控制系統(tǒng)?？梢灶A言，隨著PLC控制技術的不斷進步，PLC在火電廠的應用還將繼續(xù)增多。

機組自啟停順序控制系統(tǒng)對減輕運行人員腦力和體力勞動、避免誤操作有著重要意義。但是，該系統(tǒng)投資大，日常維護工作量也大，在機組啟停不頻繁的情況下，其優(yōu)勢并不明顯。因此，現(xiàn)行的技術政策尚不提倡推廣使用機組啟停順序控制系統(tǒng)，但是，隨著火電廠自動化水平的不斷提高，機組自啟停順序控制系統(tǒng)的應用也將增多。

（四）自動監(jiān)視與信號

1大屏幕技術

隨著DCS（分散控制系統(tǒng)）可靠性的增加，火電廠單元控制室已經(jīng)開始采用大屏幕替換BTG（鍋爐—汽輪機—發(fā)電機）控制盤。由于CRT屏幕面積較小，它顯示給運行值班人員的只是過程的一部分信息，運行值班人員必須頻繁地調(diào)出各個變量的顯示畫面，來觀察過程的每個部分，當畫面顯示不完善或運行值班人員稍有疏忽時，就可能引起誤判。如果運行值班人員長期監(jiān)視CRT，還易造成視覺上的疲勞，導致注意力下降，影響機組的安全與經(jīng)濟運行。因此，大屏幕技術將會在火電廠廣泛地應用起來。

2多媒體技術

當人—機接口使用語音、攝像、動畫這些資源時，就可以為運行值班人員提供大量的后備支持手段。

語音是多媒體功能的擴展，可以用于報警提示和指導。在報警信息產(chǎn)生時，及時用語音提醒有關人員（他們可能不在同一地點）以保證運行值班人員盡快采取措施，控制事態(tài)發(fā)展。語音報警軟件現(xiàn)已在火電廠成功投運，它在提高運行質量方面的作用已經(jīng)得到公認，尤其是機組在夜間運行時，其重要性更為突出。

攝像功能可以使MMI（人—機接口）站切入工業(yè)電視攝到的鏡頭，使運行值班人員能看到現(xiàn)場，動畫和位圖的使用可以使運行值班人員形象地理解或體會現(xiàn)場發(fā)生的情況。因此，應用多媒體技術，是能切實提高運行操作與故障處理質量的。

目前，在新近投產(chǎn)的大型火力發(fā)電機組中，運行值班人員在單元控制室，通過大屏幕、CRT和鼠標操作，即可實現(xiàn)對機組啟停和正常的監(jiān)視與控制，自動監(jiān)視水平又有了很大提高。

二、結束語

自動化技術是當今世界上發(fā)展zui快、生命力zui旺盛的技術和zui活躍的生力之一，世界上許多先進國家均投入大量資金用于自動化，以求在激烈的市場競爭中占有一席之地。每位從事火電廠熱工自動化的技術人員，都應密切注視國內(nèi)外自動化技術的zui新發(fā)展，時刻準備著，為提高我國火電廠的自動化水平貢獻力量。

以上就是本文全部內(nèi)容，歡迎您來電咨詢我廠家流量計選型、報價等內(nèi)容。

自動化新技術在火電廠的應用