隨著電力行業(yè)改革不斷深化和廠網(wǎng)分開(kāi)、競(jìng)價(jià)上網(wǎng)政策的進(jìn)一步實(shí)施，能否保證火力發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，已經(jīng)成為各個(gè)火電廠的首要任務(wù)。自動(dòng)化是實(shí)現(xiàn)火電機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要技術(shù)措施，因此各個(gè)火電廠都非常關(guān)注自動(dòng)化新技術(shù)的發(fā)展，并不斷地應(yīng)用自動(dòng)化新技術(shù)，以期達(dá)到降低發(fā)電成本、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、增強(qiáng)出廠電價(jià)競(jìng)爭(zhēng)能力之目的。近幾年來(lái)，自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展可以說(shuō)是日新月異，新的科技成果不斷涌現(xiàn)。總結(jié)起來(lái)，自動(dòng)化新技術(shù)在火電廠的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
一 自動(dòng)檢測(cè)
1. 火焰圖像檢測(cè)器
目前，火電廠大型鍋爐的單個(gè)燃燒器容量都非常大，因此，能否正確檢測(cè)燃燒器火焰，將直接影響爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)(FSSS)動(dòng)作的可靠性。為了防止鍋爐爆燃事故的發(fā)生，必須對(duì)爐膛內(nèi)的火焰進(jìn)行切實(shí)有效地檢測(cè)。普通光學(xué)檢測(cè)器(如紫外光火焰檢測(cè)器、可見(jiàn)光火焰檢測(cè)器和紅外光火焰檢測(cè)器)僅依靠一個(gè)光敏元件收集火焰特征區(qū)的平均光強(qiáng)，所獲信息量的局限性經(jīng)常導(dǎo)致作為前景的火焰和背景無(wú)法有效分辨。普通光學(xué)檢測(cè)器探頭的視野范圍很小，在火焰波動(dòng)較大(鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行)時(shí)會(huì)誤報(bào)爐膛滅火。因此，在今后，火焰圖像檢測(cè)器將取代普通光學(xué)檢測(cè)器，這是鍋爐火焰檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)展的新動(dòng)向。火焰圖像檢測(cè)器不同于以往的工業(yè)電視，它有如下特點(diǎn)：(1)火焰圖像檢測(cè)器采用了多個(gè)微型攝像機(jī)(CCD)檢測(cè)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(xué)檢測(cè)器的視野范圍大，采集的信息量多。(2)火焰圖像檢測(cè)器采用微處理器對(duì)火焰信息進(jìn)行處理，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)值形式，進(jìn)行分析運(yùn)算，并在數(shù)字式圖像顯示器上顯示出來(lái)，同時(shí)將數(shù)據(jù)存放在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中，以便作進(jìn)一步處理。而工業(yè)電視僅是直觀的圖像顯示，沒(méi)有信息處理和記憶功能。(3)火焰圖像檢測(cè)器通過(guò)顯示多個(gè)處理過(guò)的火焰圖像，使運(yùn)行操作人員了解每個(gè)火焰的亮度分布、著火點(diǎn)及整個(gè)爐膛燃燒狀況，從而進(jìn)行燃燒最佳調(diào)整，并減少NOX排放量。而工業(yè)電視沒(méi)有這個(gè)功能。目前，國(guó)外的火焰圖像檢測(cè)器產(chǎn)品主要有日本三菱公司的DPTIS型和芬蘭的DIMAC型。國(guó)內(nèi)的幾家科研單位也相繼推出了火焰圖像檢測(cè)器的產(chǎn)品，并已在多臺(tái)國(guó)產(chǎn)燃煤機(jī)組上運(yùn)行，基本上實(shí)現(xiàn)了無(wú)誤報(bào)，而且提高了報(bào)警速度。
2. 光纖傳感器
(1)半導(dǎo)體光纖溫度計(jì)半導(dǎo)體光纖溫度計(jì)是利用半導(dǎo)體材料的光吸收隨著溫度的變化而變化的原理測(cè)溫的。例如，當(dāng)溫度升高時(shí)，透過(guò)半導(dǎo)體材料的光能減小，用光電元件來(lái)測(cè)量光能的這一變化，即可獲得被測(cè)量的溫度值。半導(dǎo)體光纖溫度計(jì)主要應(yīng)用在超高壓變壓器熱點(diǎn)溫度的直接測(cè)量上，這種測(cè)量對(duì)變壓器的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和使用壽命有著決定性的作用。變壓器線圈最熱點(diǎn)的絕緣會(huì)因?yàn)檫^(guò)熱而老化，輕則變壓器損壞，重則釀成重大事故。反之，若線圈最熱點(diǎn)的溫度過(guò)低，變壓器的能力就沒(méi)得到充分利用，降低了經(jīng)濟(jì)效益。因此，為了使變壓器處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)其熱點(diǎn)溫度的測(cè)量是十分必要的。過(guò)去由于高電壓的隔離問(wèn)題不能得到很好解決，所以直接測(cè)量很困難。采用半導(dǎo)體光纖溫度計(jì)后，可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離遙測(cè)，隔離問(wèn)題得到了很好的解決。(2)光纖轉(zhuǎn)速表 火電廠汽輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速是3000r/min，它是一個(gè)決定電網(wǎng)頻率穩(wěn)定與否的重要參數(shù)。由于電信號(hào)及其信號(hào)傳輸線路容易受發(fā)電機(jī)強(qiáng)電磁場(chǎng)的干擾，采用常規(guī)的電和磁的測(cè)量方法，儀表不能正常工作。使用光纖測(cè)量轉(zhuǎn)速就不存在這一問(wèn)題，光纖轉(zhuǎn)速表由轉(zhuǎn)速—光脈沖轉(zhuǎn)換、光纖光路和信號(hào)處理裝置3部分組成。在汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上固定一個(gè)測(cè)速齒輪盤(pán)，齒輪盤(pán)的邊緣有60個(gè)齒，齒輪盤(pán)每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，就產(chǎn)生60個(gè)光脈沖，這些光脈沖經(jīng)光纖傳送給信號(hào)處理裝置，后者將光脈沖轉(zhuǎn)換成電脈沖，然后將電脈沖送給數(shù)字頻率計(jì)。由于光纖不受電磁場(chǎng)干擾，從而保證了轉(zhuǎn)速表的可靠性。
3. 軟測(cè)量技術(shù)
所謂軟測(cè)量技術(shù)是從能夠測(cè)量的數(shù)據(jù)來(lái)推斷出不能測(cè)量的數(shù)據(jù)信息的軟件技術(shù)。儀表技術(shù)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5個(gè)發(fā)展階段，軟測(cè)量就是軟儀表，它是目前儀表技術(shù)發(fā)展的最高階段。火電廠對(duì)鍋爐煙氣含氧量的檢測(cè)和控制，都要求氧量計(jì)具有準(zhǔn)確、穩(wěn)定、響應(yīng)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(jì)和氧化鋯氧量計(jì)的性能還不能滿足上述要求。因此，對(duì)煙氣含氧量軟測(cè)量的研究正在進(jìn)行。在火電廠鍋爐煙氣含氧量軟測(cè)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(fēng)量、送風(fēng)機(jī)電流、引風(fēng)量、引風(fēng)機(jī)電流等工藝參數(shù)，作為軟測(cè)量模型的輸入，由這些輸入通過(guò)模型來(lái)估算或推斷煙氣含氧量，以供監(jiān)視和控制之用。
二 自動(dòng)控制
1. 智能控制 火電廠有些熱工控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型是很復(fù)雜的，而且很難測(cè)量準(zhǔn)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(guò)程，與傳統(tǒng)控制相比，模糊控制具有實(shí)時(shí)性好、超調(diào)量小、抗干擾能力和適應(yīng)能力強(qiáng)、穩(wěn)態(tài)誤差小等特點(diǎn)。模糊控制基于模糊控制理論，它包含了人的控制經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，因此，它屬于智能控制范疇。在我國(guó)火電廠中，模糊控制已經(jīng)取得了很多的應(yīng)用業(yè)績(jī)。在協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)、鍋爐燃燒控制系統(tǒng)、過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)、再熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)、中儲(chǔ)式磨煤機(jī)控制系統(tǒng)、汽輪機(jī)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(yīng)用實(shí)例。(2)專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)是利用具有相當(dāng)數(shù)量的權(quán)威性知識(shí)來(lái)解決特定領(lǐng)域中實(shí)際問(wèn)題的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，根據(jù)用戶提供的數(shù)據(jù)、信息和事實(shí)，運(yùn)用系統(tǒng)中存儲(chǔ)的專家經(jīng)驗(yàn)或知識(shí)進(jìn)行推理判斷，最后得出結(jié)論及結(jié)論的可信度，以供用戶決策之用。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)的一家火電廠進(jìn)行了專家系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，該專家系統(tǒng)僅用幾秒鐘的時(shí)間就正確診斷出造成這家火電廠停機(jī)事故的原因，而該火電廠的專家們經(jīng)過(guò)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(jiàn)，專家系統(tǒng)已經(jīng)明顯地超過(guò)了人類(lèi)專家的能力。專家系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)火電廠的應(yīng)用研究已經(jīng)開(kāi)始，現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了火電廠水汽循環(huán)故障診斷系統(tǒng)、火電機(jī)組運(yùn)行指導(dǎo)專家系統(tǒng)和大型轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械(汽輪機(jī))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?chē)h(huán)境的影響，它也不受時(shí)間和地點(diǎn)的限制。因此，專家系統(tǒng)一經(jīng)推出，就受到現(xiàn)場(chǎng)人員的歡迎，它是火電廠熱工自動(dòng)化發(fā)展的一個(gè)重要方向。
2. MATLAB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(yùn)行，是不允許無(wú)關(guān)人員隨便亂動(dòng)的。因此，對(duì)控制系統(tǒng)的分析研究和自動(dòng)化人員生產(chǎn)技能的培訓(xùn)只能在仿真控制系統(tǒng)上進(jìn)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(hù)費(fèi)用也大。尤其是自動(dòng)化儀表發(fā)展如此之快，使這些仿真控制系統(tǒng)不得不進(jìn)行設(shè)備的更新改造，其經(jīng)濟(jì)損失是顯而易見(jiàn)的。MATLAB是Mathworks公司于1982年推出的一套高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化軟件，它集數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號(hào)處理和圖形顯示于一體，構(gòu)成了一個(gè)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(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究，它的仿真結(jié)果將會(huì)對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)有著重要的指導(dǎo)意義。在火電廠中，DEH(汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng))是汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的神經(jīng)中樞，該系統(tǒng)性能只能通過(guò)動(dòng)態(tài)過(guò)程才能反映出來(lái)。為此，利用MATLAB仿真工具和VB開(kāi)發(fā)界面，建立DEH仿真平臺(tái)，在不干擾生產(chǎn)的情況下，對(duì)DEH系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行分析研究，從而避免了對(duì)系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整的盲目性，使DEH系統(tǒng)各部分的動(dòng)態(tài)過(guò)程完整地呈現(xiàn)出來(lái)。這對(duì)DEH系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行中參數(shù)的整定、修改起到了預(yù)測(cè)和指導(dǎo)作用。實(shí)踐證明，利用MATLAB對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，具有安全、可靠、節(jié)省人力、物力和財(cái)力等優(yōu)點(diǎn)，它為加快大型火電機(jī)組熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)的調(diào)試速度，提高火電廠熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)的投入率，又提供了一個(gè)新的方法和手段。
3. 高壓變頻器
目前，國(guó)內(nèi)火電廠中有大量的6kV風(fēng)機(jī)和水泵需要進(jìn)行節(jié)能改造，節(jié)能改造最有效的技術(shù)手段就是采用高壓變頻器。高壓變頻器在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有合適的產(chǎn)品，而在國(guó)外，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的高壓變頻器技術(shù)已趨于成熟，已推出了一系列高壓變頻器產(chǎn)品。如：美國(guó)GE公司的Innovation MV、AB公司的1157MV、羅賓康公司的Harmony、Ross Hill公司的VFD；歐洲西門(mén)子公司的SIMOVERT MV、ABB公司的ACS1000、ANSALOD公司的VFD；日本FUJI公司的FRENIC 4600 FM4。這些高壓變頻器已開(kāi)始在我國(guó)火電廠的高壓電動(dòng)機(jī)上應(yīng)用，如在送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、給水泵、循環(huán)水泵和灰漿泵上都有成功的應(yīng)用，收到了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
三 順序控制
順序控制是指根據(jù)預(yù)先擬訂的步驟、條件或時(shí)間，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的機(jī)組設(shè)備和系統(tǒng)自動(dòng)地依次進(jìn)行一系列操作，以改變?cè)O(shè)備和系統(tǒng)的工作狀態(tài)(如風(fēng)機(jī)的啟停、閥門(mén)的開(kāi)關(guān)等)。順序控制是火電廠熱工自動(dòng)化的一個(gè)重要方面，在大型火電機(jī)組上采用的順序控制系統(tǒng)主要是FSSS。除此之外，順序控制還廣泛地應(yīng)用于機(jī)組的輔機(jī)(如磨煤機(jī)、給煤機(jī)等)及其輔助設(shè)備(如潤(rùn)滑油泵、擋板、風(fēng)門(mén))啟動(dòng)停止操作的控制和保護(hù)上。在PLC(可編程序控制器)問(wèn)世以前，繼電器在順序控制系統(tǒng)中占主導(dǎo)地位。這種由繼電器構(gòu)成的控制系統(tǒng)有著明顯地缺點(diǎn)：體積大、耗電多、壽命短、可靠性差、運(yùn)行速度低。尤其是對(duì)生產(chǎn)工藝多變化的系統(tǒng)適應(yīng)性更差，如果生產(chǎn)任務(wù)或生產(chǎn)工藝發(fā)生變化就必須重新設(shè)計(jì)，并改變硬件結(jié)構(gòu)，造成了時(shí)間和資金的嚴(yán)重浪費(fèi)。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(qiáng)、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、靈活通用、維護(hù)方便，而且還具有高可靠性和較強(qiáng)的適應(yīng)惡劣環(huán)境的能力。正因?yàn)镻LC具有如此優(yōu)點(diǎn)，使得用PLC替換繼電器的改造工程在火電廠不斷地展開(kāi)。目前，在火電廠成功應(yīng)用PLC實(shí)現(xiàn)的順序控制系統(tǒng)，主要有鍋爐補(bǔ)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(jī)跳閘保護(hù)控制系統(tǒng)、磨煤機(jī)啟停控制系統(tǒng)、給煤機(jī)啟停控制系統(tǒng)、給水泵啟停控制系統(tǒng)和凝汽器膠球清洗順序控制系統(tǒng)。可以預(yù)言，隨著PLC控制技術(shù)的不斷進(jìn)步，PLC在火電廠的應(yīng)用還將繼續(xù)增多。機(jī)組自啟停順序控制系統(tǒng)對(duì)減輕運(yùn)行人員腦力和體力勞動(dòng)、避免誤操作有著重要意義。但是，該系統(tǒng)投資大，日常維護(hù)工作量也大，在機(jī)組啟停不頻繁的情況下，其優(yōu)勢(shì)并不明顯。因此，現(xiàn)行的技術(shù)政策尚不提倡推廣使用機(jī)組啟停順序控制系統(tǒng)，但是，隨著火電廠自動(dòng)化水平的不斷提高，機(jī)組自啟停順序控制系統(tǒng)的應(yīng)用也將增多。
四 自動(dòng)監(jiān)視與信號(hào)
1. 大屏幕技術(shù) 隨著DCS可靠性的增加，火電廠單元控制室已經(jīng)開(kāi)始采用大屏幕替換BTG (鍋爐—汽輪機(jī)—發(fā)電機(jī))控制盤(pán)。由于CRT屏幕面積較小，它顯示給運(yùn)行值班人員的只是過(guò)程的一部分信息，運(yùn)行值班人員必須頻繁地調(diào)出各個(gè)變量的顯示畫(huà)面，來(lái)觀察過(guò)程的每個(gè)部分，當(dāng)畫(huà)面顯示不完善或運(yùn)行值班人員稍有疏忽時(shí)，就可能引起誤判。如果運(yùn)行值班人員長(zhǎng)期監(jiān)視CRT，還易造成視覺(jué)上的疲勞，導(dǎo)致注意力下降，影響機(jī)組的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此，大屏幕技術(shù)將會(huì)在火電廠得到廣泛地應(yīng)用。
2. 多媒體技術(shù) 當(dāng)人—機(jī)接口使用語(yǔ)音、攝像、動(dòng)畫(huà)這些資源時(shí)，就可以為運(yùn)行值班人員提供大量的后備支持手段。語(yǔ)音是多媒體功能的擴(kuò)展，可以用于報(bào)警提示和指導(dǎo)。在報(bào)警信息產(chǎn)生時(shí)，及時(shí)用語(yǔ)音提醒有關(guān)人員(他們可能不在同一地點(diǎn))以保證運(yùn)行值班人員盡快采取措施，控制事態(tài)發(fā)展。語(yǔ)音報(bào)警軟件現(xiàn)已在火電廠成功投運(yùn)，它在提高運(yùn)行質(zhì)量方面的作用已經(jīng)得到公認(rèn)，尤其是機(jī)組在夜間運(yùn)行時(shí)，其重要性更為突出。攝像功能可以使MMI(人—機(jī)接口)站切入工業(yè)電視攝到的鏡頭，使運(yùn)行值班人員能看到現(xiàn)場(chǎng)，動(dòng)畫(huà)和位圖的使用可以使運(yùn)行值班人員形象地理解或體會(huì)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的情況。因此，應(yīng)用多媒體技術(shù)是能切實(shí)提高運(yùn)行操作與故障處理質(zhì)量的。目前，在新近投產(chǎn)的大型火力發(fā)電機(jī)組中，運(yùn)行值班人員在單元控制室，通過(guò)大屏幕、CRT和鼠標(biāo)操作，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組啟停和正常的監(jiān)視與控制，自動(dòng)監(jiān)視水平又有了很大提高。
五 結(jié)束語(yǔ)
自動(dòng)化技術(shù)是當(dāng)今世界上發(fā)展最快、生命力最旺盛的技術(shù)和最活躍的生力之一，世界上許多先進(jìn)工廠均投入大量資金用于自動(dòng)化，以求在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占有一席之地。每位從事火電廠熱工自動(dòng)化的技術(shù)人員，都應(yīng)密切注視國(guó)內(nèi)外自動(dòng)化技術(shù)的最新發(fā)展，時(shí)刻準(zhǔn)備著，為提高我國(guó)火電廠的自動(dòng)化水平貢獻(xiàn)力量。