探究火电厂热工自动化的安全配置与技术改造

宋晓峰 黄明明

摘 要：本文对火电厂热工自动化的基本概念、发展现状、技术特征等内容进行了简要分析，深入探究了热工自动化的安全配置状况，重点阐述火电厂热工自动化技术改造方法，以此增强火电厂发电系统运行的稳定性、可靠性与安全性。现代科学技术十分发达普及，将热工自动化安全要求与自动化、智能化等技术相结合，能够有效提高信息处理效率、增强测量数据的准确性，有利于规避安全事故发生。

关键词：火电厂;安全技术;热工自动化

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）19-0145-02

0 引言

我国电力事业在各项先进技术的支持下得到快速发展，但由于经济水平与生活水平相较于过去有所提高，故而机组容量不断增大。为了在满足用户用电需求的基础上不断提升火电厂热工自动化程度，企业应结合实际情况适当扩大监控范围，发挥自动化技术与智能化技术优势，提高火电机组运行的经济性与安全性。

1 火电厂热工自动化概述

1.1 基本概念

火电厂热工自动化是指以热功率测量、自动控制、信息处理、故障报警、自动保护等数据为基础实现无人操作的控制过程。在火电厂整体工作环节中充分发挥热工自动化技术的应用价值，有利于增强发电设备的安全性，对规避重大安全事故具有积极影响，因此发电企业必须重视改造热工自动化技术的必要性。

1.2 发展现状

我国火电厂自动化技术在现代科学技术的支持下得到快速发展，分布式控制系统、可视化技术、计算机技术、智能化技术与自动化技术等被广泛应用于安全技术改造中，不仅提高了发电质量与效率，还增强了通信接口的识别与数据共享管理能力。其中，分布式控制系统的主要作用是自动分散处理信息数据，智能化技术有效节约了资金成本与人力资源损耗。

1.3 技术特征

第一，使用温度测量传感器对火电厂环境温度进行检测，该设备主要由热电偶热电阻、热敏感组件（如双金属薄膜）、汞灯泡等元件组成;第二，利用应变传感器膜片对压力进行测量，此类传感器遵循位移监测原则，在工作时需要搭配弹簧管、电阻电容传感器、二次仪表数字显示仪等设备;第三，对液体水平进行测量，必须严格按照压差原理要求，由于此类材料测量呈现出较明显的加权性与电容性，故而也可以使用超声进行检测;第四，在对流量进行测量时，应以标准节流部件测量原则为基础，采用齿轮流量计、涡轮流量计等仪器进行检测[1]。

2 火电厂热工自动化的安全配置

2.1 提高控制系统电磁兼容性

现阶段，分布式控制系统已经覆盖了火电厂热工自动化多方面功能，尤其是电气监控，在该技术的支持下后备监控设备基本全部取消，极大程度上提高了火力发电的安全性与控制系统电磁的兼容性，但在应用分布式控制系统时，若是该系统出现故障，便会导致发电机组非计划停运，使得火电厂停电事故爆发率明显增加。对此，为了保证火电厂机组运行安全与降低电能损失，企业应结合現代先进技术与《火力发电厂热工自动化安全技术指南》对分布控制系统进行优化，通过开发并安装安全控制器等方法增强其可靠性与应用性，以此提高热工自动化相关配置的安全性。

2.2 保证控制系统与监控设备配置的合理性

通过分析《火力发电厂热工自动化安全技术指南》对分布式控制系统提出的要求，发电企业应遵循“系统故障时最大限度减小对火电机组运行安全的影响”指导思想制定配置方案。例如，某火力发电厂将循环水泵、空冷机的冷却水泵等公用系统，按照固定分组与单元纳入分布式控制系统中，有效解决了系统故障时全厂或多台机组同时停止运行的问题，切实降低了不必要损失。

2.2.1 冗余辅助设备的配置原则

在对冗余辅助设备进行配置时，为了进一步强化热工自动化整体运行情况的安全性，需要遵循以下配置原则：第一，将送风机、引风机、一次风机、循环水泵、凝结水泵等辅助设备分别配置在不同控制器中，同时允许送风机、引风机等纵向组合设备作用于同一控制器，如此可以避免当控制器出现故障时火电机组被迫停止运行的问题。

第二，将给水泵、油燃烧器、磨煤机等冗余设备适当分配到几个控制器中，同时对模拟量控制回路进行分散配置，将会对同一重要参数造成影响的控制回路配置在不同控制器中。比如一级见闻控制系统、二级减温控制系统、再热蒸汽摆动火嘴、喷水控制系统、引风控制系统、送风控制系统等不能被配置在同一控制器中，否则会造成模拟量控制系统失灵的现象[2]。

第三，在配置汽包水位控制器时必须遵循重要保护与控制分开配置的独立性原则;错误检测与处理控制器需要按照故障安全原则进行配置;炉膛安全系统与汽轮机紧急跳闸系统控制器的继电器执行回路同样要遵循故障安全原则，而跳闸输出则需要符合带电动作原则配置要求。

第四，为了确保热工自动化程序中的控制器能够在发生故障后的短时间内恢复，且确保在恢复期间火电机组可以在稳定负荷的情况下安全运行，针对汽包水位、主蒸汽温度、再蒸汽温度、主蒸汽压力、炉膛压力等重要安全参数，需要在两对控制器中同时配置。

2.2.2 后备监控设备的配置要求

尽管在分布式控制系统的作用下，后备监控设备基本被取消，但是出于安全考虑，在实现热工自动化时，仍需要对融合了自动化技术与智能化技术的后备监控设备进行配置。过往配置后备监控设备时，总会在分布式控制系统局部故障时无法维持短时稳定运行、分布式控制系统紧急停机时无法确保火电机组安全等问题，主要原因是当出现上述两种现象时，后备监控设备会发出停机、打开真空破坏门的指令，同时启动直流润滑油泵、交流润滑油泵，然而停止机组运行是一个相对复杂的操作过程，因此分布式控制系统的保护回路与联锁回路在执行时便受到了极大阻碍。

基于上述问题，在配置后备监控仪表、报警装置等设备时，需要严格按照以下配置要求开展工作：第一，对于后备监视仪表，可以采用经过实践证明可靠性与安全性较强的锅炉汽包电接点水位表，有利于提高热工自动化全程测量数据的准确度，此外还可以选择凝汽器真空表、汽轮机等设备。第二，对于后备报警装置，发电企业若想切实保证热工自动化配置安全，需要对一些重要参数进行实时监控，确保其始终处于允许范围呃逆，尤其是跳闸、联锁、保护等回路的动作是否正确，同时适当增加报警装置数量，尽量以最小代价换取火电机组运行的安全性，以此避免出现短时停运或紧急停机的现象。

3 火电厂热工自动化技术改造

3.1 发挥分布式控制系统的作用

在对火电厂热工自动化技术进行改造时，充分发挥分布式控制系统的作用，能够确保火电机组在额定参数运行状态下带来的经济效益，主要根据是分散控制系统既可以对火电机组运行参数进行在线自动监测调整，又支持热工现场设备更新，有利于提高机组的调节品质，具体构成与运行如图1所示[3]。

3.2 优化单元机组分散控制系统配置

对于单元机组分散控制系统配置，发电企业首先要明确实时数据服务器、操作员站、通讯网络之间的功能划分，秉承可靠性与安全性原则对冗余设备进行配置，同时为了能够照顾到后期检修工作，热动自动化运行线上的工作人员都应具备一定检查与维修能力。其次，在优化单元机组分散控制系统配置时，可以适当增加单元机组集控室内操作员的数量，严格遵循独立性原则开展配置工作，禁止为了操作方便而减少控制其数量，使得分散系统的保护性能未能真正发挥，导致热工自动化机组因突发性停运问题给发电企业造成严重损失。再者，工作人员需要注重配置细节，比如送风机、引风机、水泵等设备应配置在不同控制器中，给煤机、风门、磨煤机等设备应配置在同一控制器中，冗余設备必须采用纵向组合，在完成配置工作之后，还需要对参数的精准度进行再次确认，以此避免出现监控信号因为故障而断开的问题。最后，要将IO信号配置在相应模件上，根据实际情况选择采用三重或双重冗余变送器测量关键参数，保证回路输出与输入信号布置在同一控制器的模件机柜中，同时将二者相互隔离，如图2，确保两种信号互不干扰，此举的主要作用是增强模件信号输出与输入的稳定性。

3.3 提高安全设备自动化水平

3.3.1 改良系统设备

当前，多数发电企业在改造热工自动化系统时秉承着“杜绝拒动、防止误动”的配置理念，一定程度上提高了系统运行的安全性，但若想进一步加大热工系统保护力度，企业必须对安全设备进行改良，通过增加证实信号、报警程序等方法提高自动化水平。另外，还可以对触发停机停炉保护信号的开关量仪表、模拟量变送器进行单独设置，在控制或调整指令时应遵循有效保护原则，并且按照一定控制逻辑启动跳闸继电器，如此方能确保减少因信号瞬时干扰造成的错误动作，有效增强输入与输出信号的可靠性、逻辑控制与设备的稳定性。

3.3.2 优化自动增益控制程序

热控自动增益控制是负荷调节的中枢系统，主要由汽轮机、锅炉等调节装置组成，然而仅依靠控制技术并无法确保程序充分发挥负荷控制效果，尤其是在面对二次调峰需求、三次调峰需求、调度系统的自动增益控制考核需求时。当前，大部分火力发电企业采取的自动增益控制策略是利用PID（比例、积分、微分）反馈调节法，这种调控方法要求与前馈控制回路相关的参数必须十分精确且火电机组设备运行稳定、机组运行方式成熟、调节系统准确且高效，由此可见若是自动增益控制程序的控制能力比较差，整个控制程序都会因为扰动能力差被消除而出现参数大幅度波动的问题，降低发电质量、浪费燃料资源。

4 结语

综上所述，我国火电厂热工自动化安全技术水平在现代科学技术与先进经验的之下得到快速发展，为提高居民用电质量与满足其需求提供了有力支持。在进一步增强热工自动化安全的要求下，企业应提高控制系统电磁兼容性、强化控制系统与监控设备配置的合理性，同时发挥分布式控制系统的作用，对单元机组分散控制系统配置进行优化，有利于提高热工自动化系统运行的经济性。

参考文献

[1] 李宁.浅谈如何提高电厂热工自动化水平[J].科技与创新，2018（17）：132-133.

[2] 李小康.关于电厂热工自动化技术的优化改造研究[J].科技风，2018（04）：158.

[3] 徐宝禄.热工自动化技术改造分析[J].城市建设理论研究（电子版），2017（08）：83-84.