火电厂热工自动化控制系统探讨

摘要：目前随同整套大型火电机组同时引进的和国产的DCS系统的普遍使用，以及单元机组协调控制系统（CCS）和自动发电控制系统（AGC）的研制与投运，使我国电网自动化的进程大大向前迈进了一步。本文主要阐述了热工控制系统的主要内容，并且研究了此控制系统可能出现的事故及预防措施，为以后的工作提供了有力的理论依据。

关键词：火电厂；热工自动化；热工控制

1热工控制系统概述

火力发电是一个经化学能热能一势能一动能机械能电能的多层次能量转换的过程。其中涉及的热力设备众多，热力系统庞大，生产过程复杂，并且多数生产设备长期处于高温、高压、高速、易燃、易爆等恶劣条件或某种极限状态下运行，所以对其生产过程进行有效的控制是电力安全经济生产的一项基本任务。

热工控制系统就是控制各种热工过程的参数，包括温度、压力、流量、液位（或料位）等，使其处于最佳状态，以达到火电厂的安全、经济运行。热工控制系统一般由感受件或变送

单元、连接单元（或中间单元）、调节单元、执行单元组成，包括自动检测（遥测）、自动报警、远方操作（遥控）、自动操作（程控）、自动调节、自动保护和连锁等环节。

2火力发电机组热工自动化的主要内容

火电发电机组的热工自动化的主要内容包括热工检测、自动控制、顺序控制、自动保护四个方面。

2.1热工控制

利用检测仪表自动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，已监视生产过程的进行情况和趋势，称为热工检测。

锅炉、汽轮机装有大量的热工仪表，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、计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、经济运行。

2.2自动控制

利用自动控制装置自动地维持生产过程在规定工况下进行，称为自动控制。自动控制的目的就是为了使表征生产过程的一些物理量，如温度、压力、流量等保持规定的数值。电力用户要求汽轮机发电设备提供足够数量的电力，并保证供电质量。电力频率是供电质量的主要指标之一，为了使电哦频率维持在一定的准确度范围内，就要求汽轮机具备高性能的转速自动控制系统。锅炉运行中必须使一些重要参数维持在规定范围内或按一定规律变化，如维持汽包水位为给定值，以及保持锅炉的出力满足外界要求。

2.3顺序控制

根据生产工艺要求预先拟定的程序，使工艺系统中各个被控对象按时间、条件或顺序有条不紊地、有步骤地自动进行一系列的操作，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的次序和条件编制出来，并用具体装置来实现的，这种装置称为顺序控制装置。顺序控制装置必须具备必要的逻辑判断能力和连锁保护功能。在进行每一步操作后，必须判明该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，否则中断顺序，同时进行报警。

2.4自动保护

当设备运行情况异常或参数超过允许值时，及时发出警报并进行必要的动作，以免发生危及设备和人身安全事故，自动化装置的这种功能称为自动保护。

随着机组容量的增加，生产系统变得复杂起来，操作控制也日益复杂，对自动保护的要求也越来越高。锅炉的自动保护主要由：灭火自动保护，汽包高低水位自动保护，超温、超压自动保护、再热汽保护、主蒸汽压力保护、辅机启停及其事故状态的联锁保护。汽轮机自动保护主要由：超速保护、轴向位移保护、胀差保护、低真空保护、振动保护、给水加热器保护等。

3热工事故防范

（1）应定期对DCS运行情况进行统计分析，对运行年久，模件损坏率上升、抗干扰能力下降或不明原因误发信号时应及时对系统进行测试和评估，进行更换、改造或采取其它适当措施。应定期检查DCS电源回路和重要控制回路接线螺丝有无松动和过热现象，现场导线应无擦痕、磨损迹象，电源熔断器容量正确，DI通道熔断器无开路，冗余系统处于正常的工作和热备用状态。大小修期间应对冗余设备进行切换试验，以确保备用设备始终处于良好状态。

（2）机组大修时，应在解开总接地母线连接的情况下，进行DCS接地、屏蔽电缆屏蔽层接地、电源中性线接地、机柜外壳安全接地等四种接地系统对地的绝缘电阻测试，以及接地电极接地电阻值测试。各项数值应满足有关规程、规范技术要求。

（3）应定期备份数据，定期检查系统中存在的强制点，与批准工作票核对，并做记录。控制器经长期运行后应定期复位重启，以清除垃圾文件。有主时钟和备用时钟的系统，应定期分别重启（关电源法）主时钟和备用时钟站。

（4）应定期进行保护定值（包括现场元件的整定值）的核实检查和保护动作试验。当工艺系统有改造时，应重新进行试验和修改保护定值。

（5）锅炉炉膛灭火、汽包水位和汽机超速、润滑油压、一次油压和安全油压保护必须定期进行从现场发讯仪表到保护逻辑的全过程的实际动态试验。 锅炉灭火保护的实际动态试验可利用停炉时进行，间隔时间不超过三年。 汽机润滑油压、一次油压降低和安全油压消失保护的实际动态试验可采用在仪表管路上安装专用泄压阀的方法进行。

（6）发生保护系统（包括一次检测装置）故障时，必须开具工作票，办理保护退出工作申请单，经主管生产的副厂长（或总工程师）批准后迅速处理，执行过程中应实行监护人制度。锅炉炉膛压力、全炉膛灭火、汽包水位（直流炉断水）和汽机超速、轴向位移、振动、油压低等重要保护装置不能可靠投入时，严禁机组启动。在机组运行中严禁随意退出，当其故障被迫退出运行时，必须在8小时内恢复。确因缺陷无法处理而导致一项主保护需长期退出运行时需报上级主管单位（部门）批准。否则应立即停机、停炉处理。其它保护装置被迫退出运行时，必须在24小时内恢复。在保护退出期间应有安全措施。

（7）当部分操作员显示器出现“黑屏”或“死机”时，应由可用操作员站和后备监控设备继续承担监控任务，同时迅速排除故障。如果从可用操作员站以及后备监视和报警装置显示伴有主要控制器也工作异常，且无法加以控制（如切手动），则应果断地立即停机、停炉。

（8）当一对冗余控制器（或电源装置）发生故障时（除6.1.16规定外），应借助该控制器的主要参数在其它控制器中冗余配置以及后备监控设备短时维持机组正常运行（此时应停止重大操作），同时迅速排除故障。

（9）当全部操作员站显示器出现“黑屏”或“死机”现象时，如仅仅由于操作员站电源引起，应立即强送一次该电源，或重启操作员站，以尽快恢复操作员站正常工作。

（10）当采用设备管理系统（专用设备或DCS）管理现场总线智能设备时，应提供智能设备写保护或严格的安全复审制度。 在任何情况下绝不可强行挂闸。

（11）对新投产的机组或汽轮机控制系统经重大改造后的机组必须进行甩负荷试验。对已投产尚未进行甩负荷试验的机组，应积极创造条件进行甩负荷试验。

（12）坚持按规程要求进行危急保安器试验、汽门严密性试验、门杆活动试验、汽门关闭时间测试、抽汽逆止门关闭时间测试。

4总结

随着国家能源政策的转轨和电力体制的改革，国家电力结构不断调整优化，但就现在和今后较长时期而言，火力发电机组仍然是现代电力生产中的主要形式，并且现场技术装备水平不断提高，是中国电力工业进入了大机组、大电厂、大电网、超高压、自动化、信息化的时代，也使火电厂热工过程自动化在现场的地位日益重要。