王書祺

（大唐陜西發(fā)電有限公司渭河熱電廠，陜西咸陽(yáng) 712038）

火電廠的熱工儀器智能化科技是伴隨著中國(guó)儀器科技和熱工智能化科技的進(jìn)一步發(fā)展而出現(xiàn)的，隨著中國(guó)電氣科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，熱工儀器智能化科技也因此得到了日益深入的運(yùn)用，有效地提升了火電廠產(chǎn)品的工作效率，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和使用安全性。由于近年來中國(guó)發(fā)電體制改革的不斷深入，以及火電廠規(guī)模的不斷擴(kuò)大，火力發(fā)電廠熱工儀表自動(dòng)化科技也得到了更大的發(fā)展空間。本文從工作內(nèi)容、儀器配置以及故障排除方法等多個(gè)方面，對(duì)火力發(fā)電機(jī)組的熱工儀表自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行具體闡述。

1.熱工自動(dòng)化系統(tǒng)現(xiàn)狀

中國(guó)電力工業(yè)在隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)蓬勃發(fā)展的近20年間也實(shí)現(xiàn)了飛速的發(fā)展變化，目前在世界上已經(jīng)處于行業(yè)領(lǐng)先水平，自動(dòng)化控制系統(tǒng)也由最初的就地自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)了到現(xiàn)在的分散性控制系統(tǒng)（DCS）的發(fā)展。

火力發(fā)電廠在實(shí)際的運(yùn)行過程中，已經(jīng)將對(duì)單元機(jī)組和車間設(shè)備進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視和管理的數(shù)字化控制系統(tǒng)，使得電廠的信息管理系統(tǒng)操作技術(shù)越來越偏向于以經(jīng)濟(jì)效益為主要目標(biāo)的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)操作模型，在一定程度上也使企業(yè)在發(fā)電過程中的經(jīng)營(yíng)成本實(shí)現(xiàn)了減少，提高了電廠企業(yè)對(duì)于在工業(yè)生產(chǎn)過程中的技術(shù)水平，也提高了在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的生存能力。

2.火電廠熱工儀表自動(dòng)化技術(shù)簡(jiǎn)介與組成

2.1 自動(dòng)化技術(shù)簡(jiǎn)介

火力發(fā)電廠的熱工儀表智能化技術(shù)，融了智能儀表科學(xué)技術(shù)、電氣信息技術(shù)、熱工智能化技術(shù)、控制技術(shù)等于一身，在完成了火力發(fā)電廠的熱工智能后，火電廠在發(fā)電過程中的檢測(cè)、智能化管理、報(bào)警和數(shù)據(jù)處理，均能夠利用自動(dòng)控制儀器儀表來完成，節(jié)約了大部分的人力操作。火力發(fā)電廠熱工智能的實(shí)施，通過利用各種管路儀器、就地表計(jì)、電纜等設(shè)備構(gòu)成的智能控制技術(shù)回路，對(duì)火力發(fā)電廠內(nèi)各種熱力參數(shù)、電氣一二次設(shè)備等進(jìn)行了檢測(cè)、監(jiān)視和自動(dòng)控制。一方面，增強(qiáng)了裝置的管理和調(diào)控能力，更進(jìn)一步增強(qiáng)了裝置工作的安全性；另一方面，更加促進(jìn)了火力發(fā)電廠效率的提高，一步減輕了火力發(fā)電廠運(yùn)行人員的工作勞動(dòng)強(qiáng)度，優(yōu)化了運(yùn)行條件與管理環(huán)境，從而更進(jìn)一步為機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行創(chuàng)造了有利條件，提高了企業(yè)的自動(dòng)化與智能化水平。

火力發(fā)電廠自動(dòng)化、智能化的技術(shù)特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下2個(gè)方面：（1）科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，融入了包含計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、熱能技術(shù)、控制技術(shù)等多種信息技術(shù)在內(nèi)的高新科技，并始終處于持續(xù)的技術(shù)更新?lián)Q代狀態(tài)。（2）儀器的信息化與智能管理，借助各種先進(jìn)熱工儀器的配套與前沿技術(shù)的輔助，完成了對(duì)火電廠全廠設(shè)備的智能化控制和管理[1]。

2.2 自動(dòng)化技術(shù)組成

2.2.1 分布式控制系統(tǒng)的組成

在火電廠熱工儀表的控制過程中，自動(dòng)化技術(shù)占據(jù)了主要位置。自動(dòng)化技術(shù)在應(yīng)用過程中主要起到分散控制和過程監(jiān)控的作用，保證電廠生產(chǎn)工作的順利進(jìn)行。局域網(wǎng)是火電廠運(yùn)行的基礎(chǔ)，分散控制系統(tǒng)是局域網(wǎng)的基礎(chǔ)。火電廠需要在特定的局域網(wǎng)環(huán)境中運(yùn)行，在這個(gè)局域網(wǎng)的支持下，分散控制系統(tǒng)可以通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)整個(gè)火電廠進(jìn)行自動(dòng)管理。在火電廠中，各個(gè)工作部分的局域網(wǎng)就像一個(gè)“網(wǎng)絡(luò)窗口”，可以起到控制數(shù)據(jù)的作用。分散控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)火電廠工作數(shù)據(jù)的采集和分析，實(shí)現(xiàn)“窗口”監(jiān)管。在熱控儀表研究中，經(jīng)常使用分散控制系統(tǒng)，它可以幫助電廠進(jìn)行集中和分散管理，即控制全局，精確控制各熱力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)。在火電廠熱控儀表自動(dòng)化研究中，分散控制系統(tǒng)占有較為重要的地位，應(yīng)用能力是其他系統(tǒng)無法比擬的。

2.2.2 火電廠熱工儀表自動(dòng)化技術(shù)

對(duì)于整個(gè)火電廠來說，生產(chǎn)數(shù)據(jù)控制和人員管理都離不開監(jiān)控信息系統(tǒng)。作為電廠主管，自動(dòng)化技術(shù)監(jiān)控信息系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)采集、分析和記錄生產(chǎn)數(shù)據(jù)。監(jiān)控信息系統(tǒng)的核心是分布式控制系統(tǒng)技術(shù)。該技術(shù)是監(jiān)控信息系統(tǒng)的重要組成部分，決定了電廠系統(tǒng)能否正常工作，以及整個(gè)電廠生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。在自動(dòng)化技術(shù)快速迭代的今天，熱工儀表在電廠領(lǐng)域的應(yīng)用更加廣泛，技術(shù)更加先進(jìn)，系統(tǒng)更加穩(wěn)定。

3.火電廠熱工儀表自動(dòng)化設(shè)備

伴隨著中國(guó)火電自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，熱工儀表智能化裝置在生產(chǎn)工藝和技術(shù)水平上均得到了提高，完成了由傳統(tǒng)儀表向智能化控制儀表的轉(zhuǎn)變，效果和性能均得到了大幅改善。

3.1 火電站熱工儀器設(shè)備的安裝

3.1.1 熱工設(shè)備和儀表的安裝

在進(jìn)行火電廠熱工儀器的配置時(shí)，首先，必須了解自動(dòng)化儀器的總體特性和運(yùn)行指標(biāo)，達(dá)到心中有數(shù)，要在配置之前對(duì)施工儀器進(jìn)行數(shù)量清查和性能校驗(yàn)，確定儀器無損傷、工作正常、性能符合要求后再進(jìn)行安裝配置。對(duì)于熱工自動(dòng)儀表中某些特定的信號(hào)儀表，應(yīng)該做好適當(dāng)?shù)亩ㄖ禍y(cè)試，在保證定值達(dá)到工程設(shè)計(jì)值要求的范圍內(nèi)和火電廠熱工控制系統(tǒng)條件后再進(jìn)行安裝。在安裝時(shí)還應(yīng)當(dāng)注意施工工藝，保證裝配后系統(tǒng)正常使用[2]。

3.1.2 熱工管路和配線的安裝

由于在熱工自動(dòng)儀表工作中，包括了信息收集、參數(shù)檢測(cè)、電源管理等諸多環(huán)節(jié)，各類設(shè)備需要根據(jù)設(shè)備自身檢測(cè)特性完成配套的管線敷設(shè)與配線安裝。在進(jìn)行熱工管道敷設(shè)與配線設(shè)置工作時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)情況和工程設(shè)計(jì)施工特點(diǎn)選取合適的安裝位置，注意避免磁場(chǎng)和干擾源，以減少熱力管路和高壓電纜及周邊環(huán)境等可能對(duì)儀表設(shè)備測(cè)量數(shù)據(jù)產(chǎn)生的干擾及設(shè)備損壞，保證接地的準(zhǔn)確性和管路敷設(shè)的合理性以及對(duì)于汽體、液體測(cè)量時(shí)管路上下方位布置的設(shè)計(jì)要求，以盡量減少返工現(xiàn)象。

進(jìn)行管線敷設(shè)時(shí)，要及時(shí)完成管線的清掃、焊口檢查和試壓作業(yè)，保證相應(yīng)的管線在工作中數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，確保設(shè)備運(yùn)行后系統(tǒng)正常準(zhǔn)確測(cè)量數(shù)據(jù)。另外，除刮掃和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試以外，根據(jù)管道工作中存在的高溫和高壓等條件，必須完成獨(dú)立試壓工作，在進(jìn)行了儀表的測(cè)試之后，再根據(jù)施工的工藝，對(duì)施工設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，在系統(tǒng)通過各種類型的帶工質(zhì)傳動(dòng)試驗(yàn)，來校驗(yàn)在儀器儀表工作中數(shù)值的準(zhǔn)確性和可靠性。

3.2 火電廠熱工儀表自動(dòng)化的調(diào)試

當(dāng)完成了火力發(fā)電廠熱工儀表及自動(dòng)裝置的安裝后，隨即進(jìn)入調(diào)試階段。調(diào)試階段主要是對(duì)火力發(fā)電廠熱工儀器所開展的各種工藝試驗(yàn)、二次聯(lián)校等各項(xiàng)測(cè)試。通過傳動(dòng)試驗(yàn)檢查單體控制系統(tǒng)儀表的數(shù)據(jù)值。而對(duì)于火力發(fā)電廠內(nèi)大型的運(yùn)行機(jī)組裝置，不但要對(duì)配置后的儀表進(jìn)行校驗(yàn)及數(shù)據(jù)合理性分析，還應(yīng)做好對(duì)其連鎖裝置進(jìn)行傳動(dòng)試驗(yàn)，使得熱工控制系統(tǒng)在遠(yuǎn)方控制時(shí)數(shù)據(jù)可靠且聯(lián)動(dòng)設(shè)備可靠動(dòng)作。一般而言，在開展聯(lián)動(dòng)檢測(cè)和實(shí)驗(yàn)時(shí)都需要先將自動(dòng)控制系統(tǒng)投入自動(dòng)模式，并在保證廠內(nèi)各主要系統(tǒng)設(shè)備單體工作滿足設(shè)備說明書要求后，再啟動(dòng)系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行狀態(tài)及各主要參數(shù)進(jìn)行分析加以測(cè)試。

3.3 火電廠熱工儀器自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)故障調(diào)查及處理

火力發(fā)電廠熱工儀表在工作過程中，存在著相當(dāng)復(fù)雜的外部環(huán)境，工作條件十分嚴(yán)苛，自動(dòng)控制系統(tǒng)也相當(dāng)繁雜，熱工測(cè)點(diǎn)遍布全廠各系統(tǒng)之中，工作環(huán)境因所安裝位置及系統(tǒng)高溫高壓、磨損等客觀條件導(dǎo)致了火力發(fā)電廠的熱工儀表在投入工作后很容易發(fā)生各種復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)故障。

火電廠的熱工儀器在系統(tǒng)使用過程中發(fā)生故障后，可從如下幾個(gè)方面來進(jìn)一步考慮處理對(duì)策。

3.3.1 熱工儀器故障分析

故障分析是指通過對(duì)事故產(chǎn)生前的有關(guān)統(tǒng)計(jì)特點(diǎn)加以分析與對(duì)比，再結(jié)合統(tǒng)計(jì)分析的成果對(duì)火力發(fā)電廠內(nèi)熱工儀表的有關(guān)特性、使用方法等進(jìn)行了全面分析。并核對(duì)系統(tǒng)的常規(guī)工作時(shí)間，以及各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)變化是否在合理范圍內(nèi)，以及事故產(chǎn)生后，通過火力發(fā)電廠內(nèi)各設(shè)備的負(fù)載變動(dòng)、溫度變化、壓力變化、系統(tǒng)擾動(dòng)等多種趨勢(shì)分析，分析查明事故的根本原因以及相應(yīng)的解決對(duì)策。

防止熱工儀表故障是確?；鹆Πl(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要手段，熱工儀表的故障研究便是將故障原因及處理方法進(jìn)行系統(tǒng)分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際案例進(jìn)行總結(jié)，在本質(zhì)上有效防范熱工儀表導(dǎo)致的保護(hù)誤動(dòng)。在火電廠的正常運(yùn)行過程中，各系統(tǒng)參數(shù)是在運(yùn)行人員設(shè)定的參數(shù)范圍內(nèi)有規(guī)律地進(jìn)行變化的。如果熱工儀器采集和記錄的數(shù)據(jù)曲線出現(xiàn)了很大的改變，甚至發(fā)生了無序改變，則很有可能是出現(xiàn)了需要排查的問題。此時(shí)，就應(yīng)該根據(jù)參數(shù)的相應(yīng)改變做合理的根據(jù)，找出潛在的問題，詳加檢測(cè)并排除故障。

通常情形下，熱工儀器本身存在問題多以外部環(huán)境影響為主，有不少其他原因?qū)е碌臏y(cè)量異常情況，比如，因?yàn)镈CS卡件的運(yùn)行不正常引起儀器顯示和采集錯(cuò)誤、采集通道的異常等。所以，在開展設(shè)備故障的分析與排除工作時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)儀器系統(tǒng)的特性與工藝運(yùn)行特點(diǎn)，做出更全面的考慮。

3.3.2 儀表控制系統(tǒng)故障分析

熱工儀表作為現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)最前端測(cè)量設(shè)備，服務(wù)于各系統(tǒng)的控制回路之中，又有自己的特點(diǎn)。首先，火電廠熱工儀器的檢測(cè)和管理已基本達(dá)到自動(dòng)化。其次，由于熱工儀器的檢測(cè)一般存在時(shí)間的滯后性，即數(shù)據(jù)改變一定時(shí)間后，熱工儀器的測(cè)量信號(hào)才會(huì)發(fā)生變化，變化的趨勢(shì)是連續(xù)成規(guī)律線性的。所以，如果儀器檢測(cè)到的數(shù)據(jù)出現(xiàn)了很大變化，比如突然減小或者增加等，就極有可能是系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生問題，但這種問題還需結(jié)合運(yùn)行系統(tǒng)狀態(tài)的穩(wěn)定性做特殊判斷。

系統(tǒng)的故障因素也有許多，通常對(duì)于系統(tǒng)參數(shù)突然出現(xiàn)的較大幅度的變化，很有可能是因?yàn)闇囟仍⒅虚g電纜、變送器等元件的失效造成的，而對(duì)于參數(shù)的變化幅度很大且速度十分緩慢的變動(dòng)，通常由于控制工藝所造成的[3]。

以溫度控制系統(tǒng)故障的分析方法為例，假如氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥通過自動(dòng)回路進(jìn)行了指令的調(diào)整、而調(diào)整閥卻未能動(dòng)作，則很有可能是氣動(dòng)閥的膜片或氣缸產(chǎn)生了故障。

如果單項(xiàng)氣動(dòng)閥的指令信號(hào)并未改變、但閥門反饋卻有大的改變，則很可能是電磁閥故障。

4.火電廠熱工儀表自動(dòng)化維護(hù)

在自動(dòng)化儀器投入使用之前，應(yīng)當(dāng)先全面掌握其工作原理及其校準(zhǔn)方法，并進(jìn)行日常保養(yǎng)操作，具體內(nèi)容如下。

4.1 應(yīng)保持電源電壓的穩(wěn)定性

如果電流、電壓波動(dòng)較大，則會(huì)導(dǎo)致相關(guān)的電子元件遭到破壞，使用壽命因而減少。較嚴(yán)重狀況下，異常的電壓及電流還會(huì)造成裝置斷電以及系統(tǒng)故障，甚至導(dǎo)致自動(dòng)化的熱工儀器以及有關(guān)裝置也無法維持正常工作。這就必須對(duì)供電系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的改造優(yōu)化，增加了電壓穩(wěn)定性。此外在選擇就地儀表產(chǎn)品時(shí)應(yīng)充分考慮電源穩(wěn)定性，選擇可支持寬電壓的設(shè)備，設(shè)計(jì)雙路冗余供電，或冗余設(shè)備接入不同卡件、電源系統(tǒng)以保證重要設(shè)備不因電源故障導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)情況發(fā)生。

4.2 運(yùn)行環(huán)境的溫度控制應(yīng)保持穩(wěn)定

長(zhǎng)時(shí)間的高溫工作將會(huì)導(dǎo)致零部件老化速度變快，因此故障率也很高，若工作溫度較低則會(huì)大大地降低系統(tǒng)設(shè)備活性也將影響其正常運(yùn)行。故在電子設(shè)備間應(yīng)配備可靠的制冷系統(tǒng)確保溫度在18℃～24℃范圍內(nèi)工作，地表計(jì)如在室外布置的應(yīng)選取通風(fēng)情況良好處，如工藝原因設(shè)備無法保證良好的運(yùn)行環(huán)境應(yīng)增設(shè)遮陽(yáng)棚、保溫柜或增加通風(fēng)冷卻設(shè)備進(jìn)行一次測(cè)量設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性。

4.3 落實(shí)定期維護(hù)修理工作

檢測(cè)類儀表應(yīng)具備準(zhǔn)確測(cè)量的功能，故根據(jù)機(jī)組等級(jí)檢修或設(shè)備重要性安排設(shè)備的定檢工作，壓力容器類應(yīng)保證半年進(jìn)行檢驗(yàn)以保證設(shè)備測(cè)量準(zhǔn)確可靠，貿(mào)易結(jié)算類表計(jì)應(yīng)委托具有響應(yīng)資質(zhì)的單位進(jìn)行校驗(yàn)工作并出具國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)管部門認(rèn)可的校驗(yàn)報(bào)告。對(duì)于設(shè)備保護(hù)、自動(dòng)類設(shè)備校驗(yàn)時(shí)應(yīng)增加三級(jí)驗(yàn)收環(huán)節(jié)，確保設(shè)備校驗(yàn)完畢安全穩(wěn)定性能可控在控[4]。

5.結(jié)語(yǔ)

目前火電企業(yè)儀表控制自動(dòng)化已較多年前相對(duì)完善，各企業(yè)完全具備自動(dòng)控制生產(chǎn)的功能，但現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的問題仍然存在各類問題影響著實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性及可靠性，并因技術(shù)及工藝質(zhì)量問題延緩國(guó)產(chǎn)化設(shè)備全覆蓋的腳步，存在較多技術(shù)壁壘。熱工人員通過自身生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)也為各類型設(shè)備提供較多的生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)供各研發(fā)人員提高其設(shè)備準(zhǔn)確性，通過實(shí)際使用及維護(hù)過程共同推進(jìn)數(shù)字化火電企業(yè)發(fā)展。