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1、一火电厂热工自动化的现状1.仪表和控制装置80年代初，在引进300、600MW机组制造技术推动下，同时对仪表和控制装置采取技贸结合方式引进技术，或与国外公司合资生产具有80年代世界先进水平的仪表，克服了过去仪表和控制装置品种不全、可靠性低、稳定性差的局面，基本满足了火电厂的要求。2.分散控制系统70年代中后期，随着电子技术和集成电路的发展，国外仪表公司开始推出以微处理器为基础的控制功能分散、管理监视集中的分散控制系统(Distributed Control System, DCS)，并在生产过程中应用。80年代中后期，为适应国内技术的发展，我国仪表制造部门相继与国外厂商合作，在电站自动化系统中
2、推出相应的DCS。“七五”期间成套进口的电站又随主机进口了DCS，据统计当时进入我国电站的DCS已达13种，它们是N-90(infi-90)、WDPF、HIACS-3000、MAX-1000、TDC-3000、Midas-8000、Procontrol-P、T-ME、T-20、Contronic-E、MOD-300、Centum、I/A系列等。3.锅炉炉膛安全保护(FSSS)FSSS装置一般包括炉膛压力、火焰检测、逻辑运算部件和输出控制元件如电磁阀等，与汽包水位构成炉膛安全保护系统(FSS)，继而发展为根据负荷和炉膛安全的要求切投燃烧器的控制系统，即燃烧器管理系统(BMS)，由“FSS”与“B
3、MS”组合成FSSS。80年代中后期的600t/h及以下锅炉一般装有简易FSSS装置(即只包括火焰检测、炉膛压力保护和吹扫功能)，在成套进口电站中开始应用包括燃烧器管理的FSSS。在大规模集成电路技术发展的今天，用可编程控制器(PLC)替代固态元件或继电器组成的逻辑部件，可以进一步提高FSSS的可靠性；但要注意设计好通信接口，以便与DCS进行通信，形成一个有机的整体。4.汽轮机电液控制系统(EHC)50年代后期，我国在200MW机 组上开始研究电调系统，经历了一个漫长的过程，概括起来可分为两个阶段，即电液并存与纯电调两个阶段。实际运行中电液并存的控制系统使用电调的时间是很短 的，甚至弃而不用，
4、仍以机械液调维持运行。随着电气元件、电液转换器可靠性的提高，再加上动力油源采用了独立的抗燃油系统，使得电调系统的可靠性大为提 高，出现了不依靠机械液压式控制系统作后备的纯电调系统。初期采用的电调是以模拟电路组成，称为模拟式电气液压控制系统，简称模拟电调或AEH(Analog Electro-Hydraulic Control)。以后随着数字计算技术的发展及其在过程自动化领域中的应用，发展了以计算机为基础组成的数字式电气液压控制系统(Digital Electro-Hydraulic Control)，也称数字电调或DEH，并在一些进口机组上应用。5.计算机在火电厂的应用我国火电厂应用计算机大致
5、可分为两个阶段，一为计算机监视系统(DAS)；二为计算机监控系统，即采用以微机为基础的分散控制系统(DCS)。前者只有数据采集与处理功能，但起到“铺路开道”的作用；后者兼有控制功能，正在使计算机应用向纵深发展，对提高电厂的自动化水平起着决定性的作用。a. 计算机监视系统的应用80年 代初，我国计算机的制造业还处在主机开发阶段，主要用于计算。我们在总结进口电站应用计算机经验的基础上，确定要以工程建设带动计算机的应用，主要目标是 计算机要与机组同时投产，在机组试运和投产后发挥作用。因此，工程中应用的计算机必须是一个完整的计算机系统，其硬件除主机外，还必须有采集过程参数的I/O(输入/输出)通道和人
6、机接口设备。当时陡河电站四期工程(2200MW)正在设计。考虑到陡河电厂有日本计算机的应用经验，电厂领导重视，有一定的管理经验等因素，确定选择其为国产计算机的试点工程。与此同时，国产计算机的研究开发工作迅速发展，先后完善了PDP11系统和以微机为主机的其它系统。在引进美国300MW、600MW机组的石横电站和平圩电站中，又进口了美国Foxboro公司的FOX 1/A计算机，实现数据采集和处理功能(简称DAS)。b. DCS的应用80年代，各先进工业国家相继推出以微机为基础的DCS。在改革开放政策的推动下，进口国外先进设备为我所用也是大势所趋，电站自动化自然也不例外。因此在采用国产计算机进行试点
7、之后，是否要进行分散控制系统的应用已成为人们关注的问题。经过充分的论证后，1985年，确定以管理好、领导重视，又有计算机应用经验的望亭电厂14号机组(1300MW)扩建工程作为DCS的应用试点。在此同时，华能国际电力开发公司从国外成套进口电站设备。这是一个引进先进自动化技术的好机会，因此在电站的招标中也提出了应用DCS的要求。以微机为基础的DCS集四大技术计算机、通信、屏幕显示(CRT)和控制技术之大成，具有运算能力强、可靠、高速、实时和精度高等特点，能很方便地完成数据采集与处理(DAS)、闭环控制(CCS)、顺序控制(SCS)和保护联锁功能。但从发展来看，各DCS制造厂商都是先从CCS入手，
8、逐步发展DAS、SCS功能；然后根据各厂与主机厂的关系，有的完成了FSSS、BMS功能，如西门子、日立、贝利公司等；有的完成了汽轮机控制(DEH)功能，如西屋、日立、ABB和贝利的ETSI公司等。在具体工程中应用DCS完成的功能，应根据工程情况和DCS厂家的实践经验，经技术、经济比较后确定。据某工程公司分析认为：因SCS、FSSS(BMS)主要为开关量输入/输出实现逻辑运算功能，采用可编程控制器(PLC)完全可以满足要求，且其可靠性并不比DCS低；而与全部采用DCS的控制器(DPU)比，硬件费用却可降低约30%。c. 计算机的可靠性与常规仪表自 动化的目的是为机组安全经济运行服务。计算机只是自
9、动化系统的一种工具，自然不能因为采用计算机而降低机组的安全经济运行。而计算机的可靠性又是随着电子 技术特别是大规模集成电路的发展逐步提高。所以，在火电厂应用计算机中基于对计算机可靠性的认识，其主导思想是不同的。60年代研试阶段，在高井电厂采用计算机，当时的计算机是由晶体管构成，体质庞大，线路复杂。厂家提供的计算机平均无故障时间(MTBF)为50h。基于这种情况，采取的设计原则是保留常规仪表和控制系统，计算机只作为“锦上添花”，不会因计算机应用中的问题影响机组的投产和正常运行。事实证明当时的设计原则是正确的。70年代继续在已运行机组上进行科研试点，同样保留了全部常规仪表，因而没有因计算机问题影响
10、机组运行，但其生命力也不长。80年代初，在陡河电站计算机试点工程中，计算机的可靠性已有提高，系统的MTBF可提高到2160h，主机的MTBF为4320h。设计中采取了减少部分次要仪表的原则，使得：(1)某些启动参数只进入计算机，迫使计算机与机组同时投产；(2)不因计算机故障影响机组运行；(3)因某些参数只能在CRT上 观看，在不投计算机时使运行不方便，此时计算机与运行的关系是不紧密的。通过试点，采用计算机的优越性逐步被人们认识而受到欢迎，成为工程建设的热门话 题。凡是在应用中贯彻了节减部分常规仪表的工程，计算机的应用都坚持下来了。但是从现在来看，当时所用计算机的容量、速度和功能都已显得陈旧，可
11、靠性也 低，将进入更新改造阶段。80年代中后期，对DCS的可靠性认识也是逐步提高的。开始试用时，也是担心DCS故障会影响机组的运行。因此除了节减部分次要常规仪表外，全部手、自动操作器和操作开关仍然保留，保护系统仍由继电器和逻辑元件来完成，DCS的功能主要是DAS、CCS功能。在成套进口的电站中，也是CRT控制台与以常规仪表为主的模拟仪表控制盘同时存在。实践证明，DCS的可靠性很高，是可以信赖的，运行人员也逐步适应CRT监视和键盘操作。因此将DCS推上生产第一线，大量节减常规仪表和手操设备，成为已应用DCS的电厂特别是具有先进管理水平和人员素质高的电厂的共识。从而在设计上提出大量减少模拟仪表和硬
12、手操的规定。从80年代初至现在，随着计算机技术的进步，可靠性的提高，由计算机与模拟仪表构成的机组控制模式可分为以下三种：(1)以常规仪表为主；(2)常规仪表与CRT并存；(3)以CRT为主体。三种模式的基本格局和技术特色见表1。二几个问题1.自动化水平电厂的自动化水平，主要应根据以下条件决定：(1)机组在电网中的地位及电网对机组提出的运行要求；(2)机组本身适应负荷变化的能力及具有的可控性；(3)可能供应的仪表及控制装置的质量和品种；(4)自动化系统设计能力；(5)安装、调试质量。最终运行时能否达到预期的效果，又取决于电厂的管理体制和运行维护水平。根据自动化系统所能完成的功能，我国大容量火电机
13、组的自动化水平大体可分为三类，详见表2。自动化水平是一项综合性的技术指标，是主辅机设备制造质量及可控性、自动化仪表及控制设备质量、自动化系统设计的完善程度和安装调试质量和电厂运行维修管理水平的综合体现。根据表2分类，我国80年代初及以前建设的国产机组的电站属I类水平；少数成套进口的电站已达到II类水平，如唐山陡河电站的日本2250MW机组，姚孟电厂比利时的2300MW机组，元宝山电厂的法国1300MW机组；80年代中后期建设的国产机组的电站部分达到了II类水平，少数电站达到III类水平，如深圳妈湾电厂2300MW机组，华能进口的大连电厂2350MW机组和石洞口第二电厂的2600MW超临界机组等
14、。它们的主要特点是主辅机可控性好，人员素质高，其中管理模式适应了生产力的发展是至关重要的。2.单元机组的整体控制与DCS的一体化单元机组的技术特点是炉机电融为一个统一整体，原部颁的“新厂新办法”要求配置单元值班员并制定了相应的政策，这是适应这一技术特点的改革措施。采用DCS后，由于它具有的高可靠性，有条件将自动化系统有机地结合起来，实现按“新厂新办法”制定的单元机组运行格局。a. 炉机电整体控制历 年来成套进口的电站，没有专设的发电机变压器组控制盘，将炉机电的监测与控制融为有机的整体，由单元值班员统一管理。这种控制模式是符合单元机组发展要求 的。过去国内电站建设中，发电机变压器组、厂用电系统的
15、监视自成一套独立系统，多年来在集中控制上常常要求与炉机脱离，另设电气主控制室。造成这种状况 的原因是在电站运行上实行了炉机电分别管理的模式。吸收国外设计经验，将电气的数据采集处理、监视和开关操作，纳入统一的自动化系统，将有利于管理和调 度。b. DCS的功能覆盖面的一体化DCS的一体化的含义可称为以DCS为主体，通过网络通信实现数据共享，显示终端(CRT及键盘等)共用，以达到简化系统，减少监视和操作设备，从而缩小运行值班员的监视面，以利于满足一人监视单元机组的要求。实现DCS一体化的方式有二：一是由同一个DCS实现五大功能，即DAS、CCS、SCS、FSSS和DEH，这种作法的优点是硬件型号统
16、一，相互通信接口方便，但价格较贵，且要求制造厂家具有FSSS及DEH的设计运行经验；从目前看，具有五大功能设计运行经验的DCS厂家是很少的。二是由DCS实现DAS、CCS或DAS、CCS及SCS的功能，FSSS及DEH由专业生产厂配套，或者用可编程控制器(PLC)实现SCS、FSSS功能，通过通信实现数据共享和监视设备共用。它的优点是可以降低造价，但在通信规约未统一前，还要认真解决接口问题或继续保留硬接线方式。我国现已建成的采用DCS完成五大功能的电站，其间的信息交换大部分是采用硬接线方式，并未实现数据共享、监视设备共用。因此，在工程建设中，不宜超越技术发展的步伐，强调由DCS实现五大功能在硬件上的一体化；而宜根据DCS厂家的经验和技术进步的进程，经技术经济比较后确定。3.自动化的效益自动化系统效益可分为三方面：
