探讨火电厂热工自动化及控制

探讨火电厂热工自动化及控制

一.热工自动化的内容

热工过程自动化主要包含自动检测、自动调节、顺序控制、自动保护4个主要方面。

自動地检查和测量反映生产过程运行情况的各种物理量、化学量以及生产设备的工作状态，以监视生产过程的进行情况和趋势，称为自动检测。锅炉汽轮机装有大量的热工检测仪表，包括测量仪表、变送器、显示仪表和记录仪表等，它们随时显示、记录、积算和变送机组运行的各种参数，如温度、压力、流量、水位、转速等，以便进行必要的操作和控制，保障机组安全、经济地运行。

目前，大型汽轮机的自动检测项目包括：蒸汽压力和温度、真空度、监视段抽汽压力、润滑油压、调速油压、转速、转子轴向位移、转子与汽缸的相对热膨胀、汽轮机振动、主轴挠度、轴承温度与润滑油温度、推力瓦温度等许多项目。在建新机组均设置汽机本体安全监视系统，配备完整的汽轮机监视仪表。汽机监视仪表能连续测量汽轮发电机组轴承及汽轮机本体的运行机械参数，显示机组运行状态；当参数超出定值时，输出信号作为记录和报警；重要参数超限时输出停机信号至汽轮机紧急跳闸系统装置，立即关闭汽机自动主汽门实现紧急停机。

自动维持生产过程在规定的工况下进行，称为自动调节。电力用户要求汽轮机发电设备提供足够数量的电力和保证供电质量。电的频率是供电质量的主要指标之一。为了使电频率维持在一定的精度范围内，就要求汽轮机具备高性能的转速自动调节系统。锅炉运行中，必须使一些能够反映锅炉工作状况的重要参数维持在规定范围内或按一定的规律变化，如维持汽包水位给定值和保证锅炉的出力满足外界的要求。

根据预先拟定的步骤和条件，自动地对设备进行一系列的操作，

称为顺序控制。顺序控制主要用于机组启停、运行和事故处理。每项顺序控制的内容和步骤是根据生产设备的具体情况和运行要求决定的，而顺序控制的流程则是根据操作次序和条件编制出来，并用自动装置来实现，这种装置称为顺序控制装置。顺序控制装置必须具备逻辑判断能力和联锁保护功能；在进行每一项操作后，必须判明这一步操作已实现，并为下一步操作创造好条件，方可自动进入下一步操作，否则，应中断顺序，同时进行报警。

当设备运行情况发生异常或参数超过允许值时，及时发出报警或进行必要的自动联锁动作，以免发生设备事故和危及人身安全，称为自动保护。随着机组容量的增大，热力系统变得复杂起来，操作控制也日益复杂，对自动保护的要求也愈来愈高。锅炉的自动保护主要有：灭火自动保护；高、低水位自动保护；超温、超压自动保护；辅机启停、事故状态的联锁保护等。汽轮机自动保护主要有：超速保护；低油压保护；轴向位移保护；差胀保护；低真空保护；振动保护等。对特定的保护项目，采用多路测量；跳闸回路采用二取二或三取二的逻辑，每个独立通道具有在线试验的设施，但不会导致失去保护功能；每个测量通道均有独立的变送器和仪表回路，同一过程变量的多通道测量值不应取自共同的测量仪表。

二.热工自动化中控制模块

计算机监视系统在分散控制系统中用于数据采集，在中型火电机组中用于安全监视。电子计算机有很强的信息处理能力，运算速度快，且具有记忆、比较、判断等逻辑功能。

如果配备合适的外部设备和过程输入、输出通道，再加上软件系统支持并配以CRT监视器，则计算机有下述功能：对各种运行参数及主辅设备的运行状态进行巡回检测，并对相应数据进行必要的处理；屏幕显示，即显示各种参数、表格、曲线、棒状图、趋势图和模拟图等画面；以屏幕显示和打印的方式提供完整的热工报警信息；打印制表和完成事件顺序记录，指定参数的定时制表、随机打印、事故追忆打印；在线性能计算和经济分析；提供运行操作指导等。

模拟量控制系统曾称为自动调节系统，由调节对象、调节器和调节机构三大部分组成。调节器是实现闭环控制（反馈控制）中自动控制某个被控变量的仪表，在这里是指起调节作用的全套控制仪表，包括变送、给定、调节、操作、执行等部件。在火电厂中，模拟量控制曾广泛使用全套的单元组合仪表和组件组装仪表。

目前，除分散控制系统已包括模拟量控制功能外，多采用可编程序调节器和基地式调节仪表来实现控制功能。调节对象是指为调节器所控制的设备或系统。调节机构是由执行机构（将变化的信号变为相应运动的机构）驱动，直接改变被控变量的机构。自动调节通常是利用反馈的方法，将被控变量与给定值进行比较，再根据比较的结果进行必要的控制，最终使被控变量维持在要求值或者克服外来干扰保持在原来的值上。

开关量控制是开环控制，是实现锅炉、汽轮机及其辅助设备启、停或开、关操作的总称，如顺序控制、选线控制、单独控制、连锁控制等。

从数量上来讲，大型火电站的自动控制系统大部分属于开关量控制系统，同时，很多控制系统是由模拟量控制和开关量控制密切配合、共同完成的。从规模上来讲，大型火电站的开关量控制系统，可从只有几个控制点的局部辅机程控、保护，到成百上千个点的主机顺控与保护，无所不在。

按照火电站的主体设备的划分，可以把火电站规模较大的开关量自动控制系统作以下的划分：①锅炉机组及其辅机的保护与程控系统。具体包括：FSSS炉膛安全监控系统、给水泵保护与程控系统、风烟系统顺序控制、炉膛吹扫程控系统、锅炉定期排污程控系统等。②汽轮机组及其辅机的保护与监控系统。具体包括：汽轮机安全监测系统、高低压加热器的保护与程控系统、除氧器的保护与控制系统、凝汽器射水抽汽系统程序控制、汽轮机功率调节及电液调速系统等。③ 电厂辅助系统的自动控制。包括：输煤系统程序控制、化学水处理系统的程序控制、除灰系统的程序控制。

协调控制系统是通过控制回路来协调锅炉和汽轮机的工作状态和能量供需关系，该控制系统能以下列四种方式运行：①协调方式：锅炉和汽机之间有机地建立适当的关系，同时响应机组负荷指令。②锅炉跟随方式：此时锅炉主控保持主汽压力，汽机响应机组负荷指令。

③汽机跟随方式：汽机主控控制主汽压力，锅炉接受负荷指令。运行人员也可以选择以上三种控制方式，在控制方式改变时，不会有任何系统扰动。在机组遇到受限制的工况时，控制系统能平稳地将运行方式自动转换到合适的运行方式，当锅炉响应负荷指令受到限制时，系统切换至汽机跟随方式。当限制取消时，再回到协调方式，当系统不能实现运行人员所选择的运行方式时，将向运行人员报警。

以重庆能源松藻电力有限公司2*150MW机组为例共设置了根据全厂控制系统的职能分为单元模块部分和公用模块部分。单元模块按照工艺系统并结合各工艺系统物理位置相近放在一个模块中的原则进行划分，如整个汽机DCS、DEH、等归于汽机控制模块；锅炉控制分为二个模块。公用模块中的单元机组公用系统和全厂性辅助（车间）系统，根据具体的工艺系统及物理位置的设置。

结束语

为了实现机组自动化的任务，除了其核心是自动控制装置，还应有向自动化装置提供信息的测量仪表和执行自动装置控制指令的执行器。被控对象既接收自动装置的控制，又向自动装置提供信息，是整个自动化系统中的一个重要环节。

自动控制被控量的仪表或装置也称控制仪表。由各种不同的、相互关联的控制仪表构成的控制系统，操纵一个或几个变量以达到预定状态的系统。随着热工自动化水平的提高和计算机技术的发展，在火力发电厂中，测量系统的显示仪表和控制系统的控制装置的配置，对新建机组选用分散控制系统，实现全厂的生产及控制。