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1、本文格式为Word版，下载可任意编辑热控基础知识 一篇 热控根基学识 热工自动化概述 一、概述 国民经济的不断增长，增加了对电力的需求量，电力工业向大电网、大机组、高参数、高度自动化的方向进展。由于高参数、大容量机组进展急速，因此对机组自动化的要求日益提高，以“4C”（计算机、操纵、通信、CRT）技术为根基的现代火电机组热工自动化技术也相应得到了急速的进展。 电力工业作为国民经济的根基性产业，有别于其它工业过程的主要特征是：电能的“发、输、供、用”务必同时举行，并保持瞬时的平衡。与此同时，参与“发、输、供、用”的全体设备构成了部件众多、布局繁杂、分布广阔的动态大系统。在这个系统中发电机组处于系
2、统的最底层。 改革开放以来，我国电力工业不断跨上新的台阶。1987年全国发电装机容量突破1亿千瓦，1995年3月，装机容量突破2亿千瓦。这期间中国发电装机容量和发电量先后跃过法国、英国、加拿大、德国、俄罗斯和日本，到1996年居世界第2位。截至2022年5月底，我国发电装机容量突破4亿千瓦大关，达成40060万千瓦，年发电量超过1.9万亿千瓦时。与此同时，提高发电机组的容量和参数也成为我国电力工业进展的重要方向：单机容量从建国初期的50MW，逐步进展到70、80年头的125300MW，目前从300MW进展的600MW已经成为主流，现在持续向更大型化900MW，甚至超过1000MW进展。蒸汽参数
3、也由8MPa/535提高到17MPa/540，并随着超临界和超超临界技术的推广应用，最终可达成28MPa/580以上。机组的大容量和高参数带来的是过程参数测量点的大量增加，相应的操纵回路数和操纵的繁杂程度都大为提高，生产过程对操纵精度的要求更为严格。以一台600MW机组为例，其运行过程的监控点多达60007000个，各种操纵回路有500600个，用于操纵系统组态的各种图纸就有几千张，这些艰辛而繁重的操纵任务务必要有现代化的电站自动化技术作为支撑。 二、热工自动化的进展趋势 热工自动化的硬件主要是由检测传感器及仪表(包括显示仪表)、调理操纵装置或系统、执行器(包括执行机构和调理机构两片面)三大片
4、面构成。 检测传感器及仪表、执行器是热工自动化的根基，前者进展已体验了机械式、电子式、微处理器等层次。随着微电子、微机械、智能和集成等先进技术的迅猛进展，以及新材料和新工艺的察觉和采用，目前检测传感器与仪表正向着微型化、数字化、智能化、网络化和虚拟化等方向进一步进展。如德国Endress+Hauser公司推出的陶瓷电容式压力传感器，是一种无中介液的干式压力传感器，测量范围可为060MPa，其技术性能稳定，年漂移量小于0.1% F.S，抗过载强，可达量程的数百倍。 执行器采纳调理操纵装置或系统的操纵信号，变更操纵变量，使生产过程按预定要求正常运行。随着自动化、电子和计算机技术的进展，现在执行机构
5、也在向智能化方向进展，越来越多的执行机构已经带有通信和智能操纵功能，如Emerson和Smar等公司均推出了智能阀门定位器，内装有高集成度的微处理器，采用数字平衡原理代替传统力平衡原理，将电操纵信号转换成气动定位增量来实现阀位操纵，具备对死区、正反作用、行程范围等的组态功能， 可实现分程操纵、等百分比、快开特性等修正功能，具有自校正、自诊断等智能特点。 调理操纵装置或系统是过程自动化的中枢，其进展从较早的基地式调理器(变送、指示、调理一体化的仪表)开头，体验了气动、电动单元组合仪表到计算机直接数字操纵系统(DDC)，直到今日得到广泛应用的分散操纵系统(DCS)和可编程操纵器(PLC)。DCS体
6、验了初创(19751980年)、成熟(19801985年)、扩展(1985年以后)几个进展时期，在系统的稳当性及可维护性、操纵功能算法的丰富性及完善性、信息处理的才能及速度、组态软件的便捷性及友好性、系统联网才能和开放性等方面得到急速进展，取得了令人瞩目的成就，已成为过程自动化操纵系统的主流。PLC以其布局紧凑、功能干脆、速度快、稳当性高、价格低等优点，也急速获得广泛应用，已成为与DCS并驾齐驱的另一种主流工业操纵系统。目前以PLC为根基的DCS进展很快，PLC与DCS相互渗透、相互融合、相互竞争，已成为当前工业操纵系统的进展趋势。由于计算机稳当性和性能价格比的进一步提高，以及在开放性和集成性
7、、软件与硬件的产品和技术支持率、市场占有率等方面无以伦比的优势，近年来以个人计算机(PC)为根基的工业PC操纵系统呈现良好的进展态势。另外，后起的现场总线操纵系统(FCS)也以其优良的互操作性和功能分散性、更强大的系统功能(如单一仪表或设备可供给多变量I/O才能、网络化的设备管理、更宽的诊断范围、丰富的状态信息等)、安装及组态的简易性、更高的测量和操纵精确度、较低的工程及运行维护本金和规模生动性等诸多特点逐步显示出其强大生命力。近年来，国外一些大公司正在推出更大规模、更高层次的全面自动化体系布局(如艾默生过程管理的PlantWeb、Honeywell的TotalPlant、Siemens的TI
8、A)，这些系统不再仅仅是单纯的自动化硬件和软件(系统软件、中间件及各种应用软件)的集成，还包含有各种服务，乃至从现场到企业的信息系统集成。总之，操纵系统正向着网络化、智能化、集成化、分布化、信息化和开放化方向进一步进展。 操纵方法及策略是过程自动化的灵魂。20世纪末以来，自动操纵理论和方法的主要进展方向是人工智能技术的应用。过程自动化操纵方法已从传统经典操纵(包括PID操纵、比值操纵、串级操纵、前馈操纵等)进展到了最优操纵、自适应与自整定操纵、自学习操纵、非线性操纵、多级递阶智能操纵、专家操纵、模糊规律操纵、神经网络操纵、仿人智能操纵、基于模式识别的智能操纵、多模变布局智能操纵、混沌操纵、鲁棒
9、操纵及基于可拓规律的智能操纵、H操纵和综合等。例如，大型发电机组作为过程操纵对象特别繁杂，发电过程存在着大延迟、强耦合、本质非线性和大量的未知干扰，使得锅炉燃烧过程操纵、磨煤机操纵、大范围变工况时的过热汽温及再热汽温的操纵等等，用传统操纵策略难于解决，因而国内外对发电过程操纵策略举行了深入研究，目前大量先进操纵理论和方法已逐步开头在过程操纵中应用。如ABB和SULZER公司建立了带状态查看器的SCO数学模型用于对主蒸汽和再热蒸汽的温度操纵；西门子公司建立了凝聚水节流的COT(controlled Condensate Throttling)数学模型、采用模糊算法的NUC(New coordin
10、ated Unit Control)等，针对不同发电机组、不同运行工况研究出各种优化操纵方案，业已在国内发电厂的应用中取得明显的效果。又如德国KruppHoesch钢铁公司的Westfaien钢厂应用神经网络提升数学模型取得显著的经济效益，所制造的产品尺寸偏差裁减12%。此外，大量自动化产品供给商也相继推出了商业化的智能操纵器，如CyboSoft推出的无模型自适应(MFA)操纵器Cybocon和Cybocon CE，针对不同过程可采用相应的算法(标准法、反时滞算法、非线性MFA算法、鲁棒MFA算法)等，可在相当程度上提升过程操纵的效果。从操纵目标启程，综合运用各种操纵方法是构成先进操纵系统的有
11、效途径。 热工自动化技术进展的主流趋势是：检测操纵智能化、测量信息数字化、操纵管理集成化。 三、大型火力发电机组主要特点 1.监视点多（600MW机组IO点多达30005000个，随着发电机-变压器组和厂用电源等电气片面监视纳入DCS之后，IO点已超过7000个）。 2.参数变化速度快和操纵对象数量大（600W机组超过1300个）。 3.各个操纵对象特性时变、时滞、相互间关联耦合、环境强干扰。 4.由高度计算机化的单元机组集控取代传统的机、炉、电分别人工监控。自动化系统的功能也已从单台辅机和局部热力系统进展到整个单元机组的检测与操纵。 5.随着整个单元机组自动化的不断完善以及电网进展的需要，火
12、电厂热工自动化的功能必然会和调度自动化系统（automatic dispatch system，ADS）相协调而实现电网的自动发电操纵（AGC）。 6.厂级实时监控信息系统（Supervisory Information System in Plant Level，简称SIS），是集过程实时监测、优化操纵及生产过程管理为一体的厂级自动化信息系统,实现机组的安好经济运行的有效手段。 传统的炉、机、电分别监控方式，已不能适应像600MW这样大型单元机组监控的要求。假设将大机组的监视与操纵操作任务仅交给运行人员去完成，不仅体力和脑力劳动强度大，而且很难做到实时调整和制止人为的操作失误，因此务必由高度
13、计算机化的机组集控取而代之。自动化技术对于提高机组的安好经济运行水平是行之有效的；大型火电机组离开了高度的自动化，就不成能做到安好经济运行。 四、火力发电机组实现自动化功能的意义 大容量火电机组实现高度自动化,在机组启动和运行的各个阶段，对于实现安好、稳定、经济运行具有重要意义: 1.正常运行 在机组正常运行过程中，自动化系统能根据机组运行要求，自动将运行参数维持在要求值，以期取得较高的效率（如热效率）和较低的消耗（如煤耗、厂用电率等）。 2.奇怪工况 在机组运行工况展现奇怪，如参数越限、辅机跳闸时，自动化设备除实时报警外，还能急速、实时地按预定的规律举行处理。这样，既能保证机组设备的安好，又
14、能保证机组尽快恢复正常运行，裁减机组的停运次数。例如，RUN BACK（自动快速减负荷）、RUN UP（强增负荷），RUN DOWN（强减负荷）、FAST CUT BACK（FCB，负荷快速切回或称快速甩负荷）等功能。 当机组从运行奇怪进展到可能危及设备安好或人身安好时，自动化设备能适时采取决断措施举行处理，以保证设备及人身的安好。如锅炉主燃料跳闸（master fuel trip，MFT）、汽轮机监测系统（TSI）和汽轮机紧急跳闸系统（ETS）等。 3.启停过程 在机组启停过程中，自动化设备又能根据机组启动时的热状态举行相应的操纵，以制止机组产生不允许的热应力而影响机组的运行寿命，即延长机组
15、的服役期。如汽轮机的计算机应力估算和寿命管理系统，汽轮机自启停系统(turbine automatic system，TAS)。 4.发电操纵 随着电网的进展，对自动发电操纵（automatic generation control，AGC）的要求日趋严格。AGC是现代电网操纵中心的一项根本和重要的功能，是电网现代化管理的需要，也是电网商业化运营的需要。而要实现AGC，单元机组务必有较高的自动化水平，单元机组协调操纵系统务必能投入稳定运行。 随着机组容量的增大、参数的提高，对于机组安好经济运行的要求不断提高，火电厂的自动化水平也不断得到提高，从传统的机、炉、电分别人工监控进展到今天的单元机组集
16、控， 自动化系统的功能也已从单台辅机和局部热力系统进展到整个单元机组的检测与操纵。而随着整个单元机组自动化的不断完善以及电网进展的需要，火电厂热工自动化的功能必然会和调度自动化系统（automatic dispatch system，ADS）相协调而实现电网的自动发电操纵（AGC）。但务必指出的是，自动化系统终究只能按照人们预先制定的规律举行工作，而机组运行过程中的处境却是繁杂、随机的。因此，自动化系统在一般处境下虽不需要人工干预，但在特定处境下却要求人工给以提示或协调。无人值班的火电厂或火电机组虽经尝试，却迄今未获告成，也就是说高度自动化的火电机组并非不需要人的干预，而是需要人的更高层次的干预。由此可见，自动化水平高的机组，要求运行人员也具有更高的技术和文化水平
