中国能源建设集团天津电力建设有限公司 天津 300000
摘要：随着现代化科学技术的发展与进步，我国对电能的消耗也逐渐增高。目前来说，我国电力生产的主要支柱依旧是火力发电。所以，提高机组的参数，提高发电过程中的能量转换以及减少能量损耗尤为重要。以此为题，本文将从火电厂热工自动化的相关概念对火电厂热工自动化技术进行分析，希望能够对今后火力发电热工自动化技术有所帮助。
关键词：火力发电，热工自动化
1. 热工自动化的概述与作用
火力发电厂的生产过程就是通过高温燃烧把燃料的化学能转变成热能，从而将锅炉中的水加热成具有一定温度与压力的蒸汽，然后通过水蒸汽推动汽轮机做功将热能转化为机械能，最后通过汽轮发电机的电磁感应将机械能转化为我们生活中所用的电能输送出去。
在能源转换过程中需要一系列的控制与检测技术辅助系统稳定运行，根据火电厂的实际情况对其所用设备进行系统的控制，使其在进行能源转换过程中能够在无人值守的情况下对系统仪表进行自动监测、控制等。从而实现对火电厂的发电过程进行自动控制的目的，这一过程称为火电厂热工自动化。热工自动化技术不仅降低了工作人员的劳动量、节约了劳动成本，而且提高了火电厂运行的安全性、可靠性，对火电厂的运行起着至关重要的作用。
2. 热工自动化在火电厂中的应用
火电厂的热工自动化主要由仪表控制设备、DCS、FSSS、DEH以及PLC等系统组成。
2.1 仪表及控制设备
火力发电厂中的热工仪表有各式各样的温度表、压力表、流量表以及液位表等组成。电厂在运行的过程中通过计算机、热工控制技术对智能仪表的参数进行自动检测、采集、分析、对比、记录使得火电厂在无人的情况下也能够对运行中的生产信息作出处理。热工仪表参设自动化的实现降低了生产过程中每一个单位系统的生产能源消耗，提高了火电厂的经济生产效益。20世纪70年代大多以常规仪表组成监视控制系统，对主机、辅机的可控性较差。而到了80年代后期通过计算机完成DAS功能和组件组装仪表完成MCS功能，虽然增强了保护功能，但对主机、辅机的可控性依然没有明显的改善。直至90年代，自动调节采用了以微机为基础的DCS进行检测，有效的改善了对主、辅机的可控性。
2.2 DCS（Distributed Control System）控制系统
所谓的DCS（分布式控制系统）就是在生产过程中通过多台计算机分别控制多个回路，并且还能够自动采集数据，对采集到的数据进行集中存储、分析、控制的自动控制系统。
20世纪末期，伴随着DCS在火电厂中的广泛应用，一些机组改为由DCS系统，控制直接进入单元机组。DCS系统的成功运行，标志着DCS系统成为新的发展趋势。随着机组容量的增加，仪表控制装置数量的大幅提高，DCS系统也随之发生改变。DCS运用计算机的局域网对火电厂单位系统的运行进行集中控制，它的工作原理是通过模拟量控制系统、顺序控制系统和炉膛安全监控系统等对采集到的数据进行集中的处理。在火电厂的生产过程中DCS系统担当着至关重要的角色。
火电厂DCS控制系统应具备以下特点：
（1）DCS系统能够对火电机组单元进行一体化的控制，这样在减少信号传输过程中降低事故发生概率的同时也节省了大量的设备，降低了生产、维修成本。
（2）DCS系统过于集中。对计算机的微处理芯片进行分散控制任务，使其各个单位系统独立操控，这样即便部分芯片发生故障也不会影响整个系统的正常运行。
（3）DCS系统应建立独立的数据库。使其能够对热工系统进行实时和历史数据的管理，能够对设备的性能和使用情况进行整体上的监控和预测。
2.3 DEH（Digital Electric Hydraulic Control System）汽轮机数字电液控制系统
DEH全称为数字式功频电液调节系统，主要由控制柜、伺服放大器，电液转换器、油动机、LVDT（差动变压器式位移传感器）等组成。
其中，电液转换器是DEH最重要的环节，它主要将电信号转换为与之对应的液压信号，采用的DDV阀（直流力矩马达伺服阀）可以解决DEH的电液转换不稳定和卡涩的问题。DEH能够将现场的模拟量信号转换为计算机识别的数字量信号，通过计算机的运算实现对汽轮机的启动运行与故障保护。由于电网峰谷差的增加使得液压调节系统难以满足调峰要求，因此，DEH控制系统在国内火电生产机组的技术改造中得到了广泛的应用。
2.3.1 DEH的功能
1.操作方式具有选择性
（1）手动方式，计算机发生故障或其它特殊情况下（如炉熄火，快减负荷），可满足手动升降负荷的要求。
（2）操作员自动（OA），可实现机组的冲转、升速、暖机、并网、带负荷的整个阶段。
（3）汽轮机程序启动（ATC），实现机组从启动到运行的全部自动化管理。
2.启动方式与运行方式的选择
300MW机组可实现高、中压缸联合启动或中压缸启动。可选择机跟炉、炉跟机、协调运行等。
3.可实现“单阀”或“多阀”运行，并可以无扰切换。
4.超速保护功能（OPC），主要由103％超速保护及甩负荷预测功能。当转速超过停机值（110%额定转速）时，发出跳机信号，迅速关闭所有主汽门和调门。
5.可在线进行主汽门、调门的全行程关闭试验或松动试验。
2.3.2 DEH的优点
1.精度高，速度快，延迟性小（迟缓率＜0.06％），油动机快关时间＜0.2S（部颁规定0.5S）。
2.控制灵活、可靠性高
3.支持升速、巡检、监视、报警、保护、记录、事故追忆等。
4.可实现在线检修。
3. 热工自动化未来的展望
随着国家法律对环保日益严格的要求和计算机网络技术的进步，未来热工系统将围绕“节能增效，可持续发展”的主题，向智能化、网络化、透明化，保护、控制、测量和数据通信一体化的方向发展，使机组的运行操作和故障处理，像操作普通计算机一样方便。
3.1 单元机组系统智能化监控
新型组态软件与智能仪表的匹配优化，使操作人员能够远程在线对现场的智能传感器进行组态和参数设置。对由于安装位置等原因造成的零位飘移进行远程修正使其精度自动进行标定，计算现场实际的误差，自动采集并记录数据，通过对采集的历史数据、实时数据与给定参数形成对比，并以图像的形式呈现出曲线报告等。
3.2 现场总线技术的应用
现场总线是一种开放的、多点通信的低层控制网络，通过在智能化控制设备之间实行双向串行通信、多节点的数字通信，使得自控系统和设备有了通信的能力，它最主要的核心部分是总线协议。目前应用最为广泛的有DP与PA协议。应用现场总线带来的优势：
（1）可以简化控制系统的结构，减少I/O卡的使用，简化组态。
（2）能减少电缆的使用，节约成本。
（3）通过光缆与DCS通讯，提高了信息的可靠性。
（4）信息处理更系统，更专业化。
应用总线需要面对与解决的问题：
（1）如何有效解决冗余问题。
（2）随着科学发展更新换代问题等。