包龍卿 馮勝華 馮興銀 潘文佩 冷風(fēng)芹

摘 要：智能化控制技術(shù)與工業(yè)生產(chǎn)活動的深度融合是目前產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的重點(diǎn)方向，其可被看做普通自動化控制技術(shù)的升級，在功能全面性及控制精度上均得到明顯提升。本文以1750MW級核電站封閉母線產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目為例，介紹常見的智能化控制技術(shù)，分析智能化控制技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用，用以搭建系統(tǒng)、完善的智能化控制技術(shù)實(shí)踐理論體系，促進(jìn)其在核電產(chǎn)業(yè)中的融合。

關(guān)鍵詞：智能化控制技術(shù);核電項(xiàng)目;封閉母線

0引言

相較于自動化控制技術(shù)，智能化控制技術(shù)進(jìn)一步明確了控制對象模型，并提供更加順暢、高效的數(shù)據(jù)交換方式，能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)活動中多個復(fù)雜任務(wù)的同時控制。智能化控制系統(tǒng)在自適應(yīng)性、自我診斷、自主學(xué)習(xí)等方面均較之前的控制技術(shù)有了顯著提升，能夠被順利應(yīng)用至工業(yè)、軍事、建筑等多個領(lǐng)域，為推動智能化控制技術(shù)發(fā)展普及，需要對其開發(fā)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)做總結(jié)性分析。

1智能化控制技術(shù)開發(fā)運(yùn)用

1.1技術(shù)分類

1.1.1神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)分為生物和人工兩部分，其中，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種類人腦的神經(jīng)突觸連接模型。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)能夠逼近任何非線性函數(shù)，且具備極強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力和容錯性能，可進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，非常適用于多變量的控制系統(tǒng)中，如圖1為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的發(fā)展時間并不長，以此為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)在穩(wěn)定性、實(shí)時性等方面還存在一定不足。

1.1.2模糊控制技術(shù)

模糊控制首先對輸入對象做模糊處理，然后利用系統(tǒng)自帶的知識庫進(jìn)行對比分析和模糊推理，將結(jié)果清晰化處理后再傳輸給控制對象。模糊控制技術(shù)控制過程不借助數(shù)學(xué)模型，其信息處理過程與人的思維發(fā)展規(guī)律相似，且具備魯棒性強(qiáng)、實(shí)時性高等優(yōu)勢，但在控制精度及控制目標(biāo)自定義上要略遜于其他智能化控制技術(shù)[1]。

1.1.3專家控制系統(tǒng)

專家控制系統(tǒng)將專家理論與控制理論有機(jī)結(jié)合，可在未知條件下通過專家智能模擬，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的智能化控制，以達(dá)到專家親臨現(xiàn)場進(jìn)行問題剖析的處理效果，因此在經(jīng)濟(jì)性、便捷化程度方面獨(dú)具優(yōu)勢。專家控制系統(tǒng)中的專家理論具備較高的共享性，可實(shí)現(xiàn)專家資源的最優(yōu)配置，通過信息共享提高專家系統(tǒng)的控制性能。另外，專家控制系統(tǒng)還具備信息處理能力強(qiáng)、靈活性高、可逐級提升智能程度等特點(diǎn)。專家?guī)熳鳛閷＜铱刂葡到y(tǒng)的核心，其中知識、信息的全面性幾乎決定了專家控制系統(tǒng)的最優(yōu)性能，因此在系統(tǒng)構(gòu)建過程中，專家知識獲取及專家?guī)斓母?、擴(kuò)充是關(guān)鍵。

1.2技術(shù)應(yīng)用

1.2.1神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的應(yīng)用

在電力行業(yè)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)在傳統(tǒng)電力控制系統(tǒng)中植入數(shù)學(xué)模型，該模型能夠高效處理各類復(fù)雜的電力系統(tǒng)運(yùn)行信息，可應(yīng)對多種自動控制環(huán)境。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)在電力行業(yè)中的應(yīng)用得到國家及有關(guān)部門的高度關(guān)注，目前，故障智能化診斷及控制已經(jīng)可通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。例如，以人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的神經(jīng)元模擬電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)，通過神經(jīng)元的系統(tǒng)化銜接搭建電力系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對整個系統(tǒng)中各個節(jié)點(diǎn)、模塊的運(yùn)行狀態(tài)做實(shí)時監(jiān)控，并采集有效的數(shù)據(jù)、圖像或視頻信息，以此為基礎(chǔ)開展信息分析、挖掘工作，以準(zhǔn)確定位電力系統(tǒng)異常點(diǎn)，幫助優(yōu)化電力系統(tǒng)運(yùn)行方案，提高供電能力。

1.2.2模糊控制技術(shù)的應(yīng)用

電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，產(chǎn)生大量實(shí)時數(shù)據(jù)，且這些數(shù)據(jù)處于不斷更新、變化的狀態(tài)，數(shù)據(jù)分析、描述難度高，給傳統(tǒng)自動化控制系統(tǒng)運(yùn)行帶來巨大壓力，易發(fā)生信息獲取不全面、故障診斷失誤、數(shù)據(jù)更新時效性不足等問題。在引入模糊控制算法后，自動化控制系統(tǒng)得到全面升級，在系統(tǒng)設(shè)計及后期運(yùn)維管理難度上都明顯降低，以模糊控制及數(shù)據(jù)綜合分析取代以往的數(shù)學(xué)算法分析過程，各變量之間的關(guān)系更加明確，由此產(chǎn)生的控制效果也得到顯著提升。如圖2為模糊控制器的運(yùn)行原理示意圖。

1.2.3專家控制系統(tǒng)的應(yīng)用

專家控制系統(tǒng)可被視為一種智能化計算機(jī)程序，該程序中存儲大量與電力領(lǐng)域有關(guān)的專家知識，包括標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)、研究成果、實(shí)驗(yàn)案例等，借助強(qiáng)大的專家數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)可自動完成故障診斷工作，并向電力管理人員提供相應(yīng)的問題處理意見。在專家控制系統(tǒng)運(yùn)行過程中，自動化控制系統(tǒng)可自行切換運(yùn)行狀態(tài)及模式，并開展故障診斷、定位、排查等活動，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的智能化管理[2]。例如當(dāng)系統(tǒng)某一元件突發(fā)異常時，系統(tǒng)終端采集異常信號并傳輸至控制中心，經(jīng)分析確認(rèn)后，系統(tǒng)第一時間給出報警提示，提醒相關(guān)人員介入，同時對故障位置、原因等進(jìn)行判斷，給出故障排除的具體措施，運(yùn)維管理人員結(jié)合系統(tǒng)信息提示，即可快速、準(zhǔn)確完成故障排除工作，以免影響系統(tǒng)其他模塊的正常運(yùn)行。

2智能化控制技術(shù)開發(fā)運(yùn)用案例分析

2.1 1750MW級核電封閉母線簡介

1750MW級核電為目前單機(jī)容量最大的核能發(fā)電機(jī)，其屬于半轉(zhuǎn)速三相同步發(fā)電機(jī)類型，并采用水氫氫冷卻方式，冷卻效果非常突出。該級別核電發(fā)電機(jī)的鉆子直徑達(dá)到2040mm，約為常規(guī)火電發(fā)電機(jī)的2倍，鉆子自重超過800t。1750MW級核電發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量高、技術(shù)難度大，且內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造精密，在日常運(yùn)行過程中，發(fā)電機(jī)監(jiān)管工作難度也要遠(yuǎn)高于一般火電。

2.2封閉母線智能化控制需求分析

封閉母線為1750MW級核電發(fā)電機(jī)組的重要元件，常規(guī)封閉母線并未安裝自封閉系統(tǒng)，在發(fā)電機(jī)組停機(jī)維護(hù)過程中，外部環(huán)境中的灰塵、水分等進(jìn)入母線外殼，給母線清潔工作帶來較大難度。離相封閉母線相較于常規(guī)母線，封閉性更高，在運(yùn)行過程中，受灰塵、雨水的影響程度較低，且具備安全性高的優(yōu)勢，因此近年來在核電機(jī)組中得到廣泛應(yīng)用。但當(dāng)環(huán)境溫度或負(fù)荷電流降低時，封閉母線的電壓隨之降低，因內(nèi)外壓力差的產(chǎn)生導(dǎo)致外部空氣進(jìn)入母線外殼，空氣中的灰塵、水分等導(dǎo)致母線受潮或結(jié)露，影響其絕緣性能，進(jìn)而嚴(yán)重威脅到1750MW級核電發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性。尤其在風(fēng)沙降雨天氣，或氣候潮濕的區(qū)域，以上問題發(fā)生的程度更高。

針對1750MW級核電封閉母線的特點(diǎn)和與運(yùn)行缺陷，行業(yè)一般會選擇安裝微增壓系統(tǒng)的方式，向母線外殼內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)壓，以達(dá)到平衡內(nèi)外壓強(qiáng)的作用，避免外部空氣進(jìn)入母線外殼。具體原理為：通過微增壓系統(tǒng)賦予封閉母線自封閉屬性，在核電發(fā)電機(jī)停機(jī)檢修或遭遇極端天氣時，微增壓裝置向母線外殼內(nèi)填充經(jīng)干燥及過濾處理的空氣，促使母線外殼內(nèi)的氣壓穩(wěn)定在300～2500Pa，以免水分、灰塵等隨空氣進(jìn)入外殼[3]。微增壓裝置可自動控制進(jìn)入母線外殼空氣的壓力及溫度，裝置運(yùn)行過程中若控制回路出現(xiàn)異常，就會引發(fā)母線微增壓裝置壓力異?，F(xiàn)象，影響其保護(hù)性能的發(fā)揮。因此，行業(yè)希望找到一種穩(wěn)定性更高、控制精度更好的控制方式，確保微增壓系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3封閉母線微增壓系統(tǒng)控制方案優(yōu)化

2.3.1數(shù)據(jù)采集模塊

封閉母線微增壓系統(tǒng)智能化控制指標(biāo)主要為溫度和壓力，其中，1750MW核電系統(tǒng)中封閉母線的合理運(yùn)行溫度應(yīng)不超過120℃，母線外殼內(nèi)氣壓應(yīng)保持在300～2500Pa。因此現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集模塊由溫控表及壓力控制表構(gòu)成。安裝過程中，確保溫控表接線可靠，接通電源調(diào)整面板上的波動開關(guān)，完成溫度上下限設(shè)置。若現(xiàn)場測得的溫度值低于溫度下限，設(shè)備綠燈亮起，若溫度高于溫度上限，設(shè)備紅燈亮起。微增壓設(shè)備正常運(yùn)行時，溫控表指示燈為常閉狀態(tài)。壓力表自帶顯示盤，顯示壓力實(shí)測值及設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)值，可利用SET按鍵及上下鍵完成標(biāo)準(zhǔn)壓力范圍設(shè)定。

2.3.2智能化控制邏輯

封閉母線微增壓智能化控制系統(tǒng)包括氣壓系統(tǒng)及閥門控制邏輯兩部分，對空氣做加壓、過濾處理，得到壓力值在0.8MPa的干燥、清潔空氣后，系統(tǒng)自動調(diào)整減壓閥、進(jìn)氣閥、電磁補(bǔ)氣閥等閥門的狀態(tài)，向母線外殼內(nèi)注入清潔空氣，以調(diào)整其壓力值到合理范圍，確保母線絕緣不受影響?？刂七壿嫷木唧w內(nèi)容包括：第一，當(dāng)壓力值降至300Pa以下時，壓力開關(guān)被觸發(fā)，改變常閉接點(diǎn)狀態(tài)，開啟電磁補(bǔ)氣閥向母線外殼內(nèi)注入清潔空氣。第二，當(dāng)壓力值達(dá)到300Pa之后，壓力開關(guān)被觸發(fā)，將常閉接點(diǎn)斷開，形成自保持回路繼續(xù)向外殼內(nèi)注入空氣。第三，當(dāng)外殼內(nèi)壓力值達(dá)到2500Pa后，補(bǔ)氣回路自動斷開。同時在時間繼電器設(shè)置延時，若持續(xù)補(bǔ)氣時間達(dá)到延時指標(biāo)壓力開關(guān)未發(fā)生關(guān)閉動作，自動開啟報警指示燈，將母線外殼低壓信息傳輸至控制中心，提示相關(guān)人員進(jìn)行現(xiàn)場查看。注意在實(shí)際應(yīng)用中，易發(fā)生封閉母線微增壓裝置低壓、高壓報警信號同時發(fā)出的現(xiàn)象，其原因主要是微增壓壓力上限值設(shè)定失誤。因此在使用智能化控制技術(shù)對封閉母線微增壓設(shè)備進(jìn)行控制時，需結(jié)合1750MW核電機(jī)組運(yùn)行特點(diǎn)合理選擇壓力上限。

3結(jié)論

智能化控制技術(shù)在電力行業(yè)的應(yīng)用已成為行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，分析智能化控制技術(shù)的類型及開發(fā)運(yùn)用，有利于電力智能化控制系統(tǒng)的開發(fā)和升級。加強(qiáng)智能化控制技術(shù)研究，并做好技術(shù)引進(jìn)工作，促使電力行業(yè)健康化發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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