多因素催生火电厂 自动化产品升级
http://www.bulude.com【导读：自2002年我国实行“厂网分开，竞价上网”，发电厂开始作为一个独立企业，直接参与市场竞争。安全生产、经济是企业追求的高目标，电厂自动化成为这些发电厂达到这一目标的必要手段。如今，我国几乎所有火电厂都安装了集散控制系统（DCS）。然而，随着技术发展以及产业结构的调整，火电厂对自动化产品又提出了新的要求。】
现场总线是火电厂自动化一大趋势
作为目前新型的控制系统，现场总线控制系统（FCS）是对传统DCS产品的升级，是一种全计算机、全数字、双向通信的新型控制系统，将会给火电厂安全经济运行及提高治理水平带来实实在在的效益。
“现场总线技术在火电厂的应用在我国还仅处于试点阶段，试点多为在火电厂部分领域的应用。如2006年投运的采用Profibus现场总线技术的华能玉环电厂4×1000?MW临界燃煤机组水处理控制系统。”中国仪器仪表行业协会副秘书长董景辰介绍说，全部采用现场总线技术的电厂目前正在筹备之中，位于吉林省，将采用进口设备。
而我国目前现场总线控制系统也有了进一步发展。2010年3月，西安热工院承担的“自主知识产权的电站现场总线控制系统FCS165的研究和开发”通过验收，该系统开创了国内自主、独立研发Profibus现场总线主站系统的开端。“在FCS165系统的研发过程中，我们考虑到国内DCS的应用情况，在使用常规DCS的基础上加入Profibus现场总线技术。因此，FCS165既不是单纯的DCS也不是完全的FCS，可以说是DCS向着FCS的过度。” 西安热工研究院有限公司现场总线控制技术部工程师崔逸群如是解释。
据介绍，该系统已在华能金陵电厂2台1000?MW临界机组的净水和废水车间稳定运行了一年两个月，2010年9月后，华能秦岭电厂2台600?MW机组的主控和辅控将使用这套系统。
与传统DCS传输模拟信号不同，FCS通道传出的是全数字量信号，极大地提高了现场信息化的水平，实现的控制也更丰富；而且还可以实时诊断各仪表仪器的工作质量，减少现场运行和维护工作量。
然而，由于用户对FCS在经济性，安全性等诸多方面还存在疑虑，目前的应用情况并不乐观。“一方面，国内FCS起步较晚，整体技术比国外落后，尤其是在主站系统方面，国内的仪器仪表大都无法实现批量生产，国外产品价格较高，从而限制了我国FSC的应用。另一方面，稳定运行和安全生产是电厂的首要考虑的因素，在目前第四代DCS系统稳定运行的前提下，很多电厂不愿意更换控制系统，这也是造成FCS应用面临阻力的主观因素所在。”崔逸群道出了个中原因。
他同时强调，FCS信号传输的通讯速率和执行效率很高，在整个闭环回路中完成控制指令的过程和DCS相比不存在延迟和效率低下；为了提高安全性，现场总线对执行机构和电动马达等重要设备数据传输全部采用冗余Profibus-DP通讯接口，保证主站和从站之间通讯数据冗余。
但目前应用于我国试点工程的FCS还不是真正意义上的现场总线，杭州和利时自动化有限公司副总经理孟天林告诉记者，对于以提高机组运行效率、煤耗降低为首要任务的火电厂而言，现在还不是推广FCS的好时机。据了解，虽然FCS从概念上来讲是对DCS的升级，但由于目前应用于试点工程的FCS只有占传输量40%的模拟量采用现场总线，另外60%的开关量还需要传统DCS来控制，而且造价要比传统DCS高。“等到FCS的应用真正成熟，技术管理更简捷，价格也有所降低时，国产系统再考虑跟进也未尝不可。”他说。
可以肯定的是，尽管在国内外将现场总线控制系统应用在火电厂的例子并不多，但作为一种未来发展趋势，掌握相关技术和设备制造能力的重要意义不言而喻，我国已经抢占了先机。
安全政策护航电厂自动化发展
在自动化产品之于火电厂越来越重要的今天，火电厂对自动化产品的安全性也提出了新的要求。
“在功能安全方面，我国即将出台的火电厂设计规范规定，电厂中锅炉和汽轮机的保护系统必须采用获得整体安全等级认证的系统，要求达到安全等级SIL3。这是一个新规定，控制系统制造商和仪表制造商都要作出相应的调整来适应这一新情况。” 董景辰告诉记者。
新规定对锅炉和汽轮机保护系统的安全等级认证要求也对相关企业提出了新的挑战。SIL3等级已经是一个较高的要求。过去这部分功能是由DCS系统完成，新规定一旦出台，没有经过安全认证的DCS系统就不能包括这部分功能，要改为采用专门的安全保护系统（EDS），例如Triconex系统、HIMA系统等。如果想继续采用DCS系统来实现，则国内DCS的制造商需要就此做相应的技术改进，对系统进行安全等级检测，取得认证之后才能使用。
“安全等级认证过程是非常严格的，需要从系统的设计开始贯彻一系列安全的要求，贯穿整个设计、制造和维护过程。如果DCS系统没有通过认证，电厂就只能购买达到要求的专业保护系统产品，这样会增加电厂控制系统整体构架的复杂性。目前在2009年开始的试点项目中所用的保护系统采用的还是国外产品。”董景辰介绍说。
提高自动化产品的响应速度
“随着我国节能减排工作的不断深入，火电厂在安全稳定运行的前提下开始追求经济运行，如何通过对火电厂自动化产品的优化控制，使机组更经济、更优化地运行是目前用户关心的主要问题，也是火电厂自动化产品面临的重要课题。”孟天林指出。
对此，董景辰表示赞同，并指出，通过控制系统实现能耗下降，也是一个电厂核心竞争力的体现。
而在智能电网概念如火如荼的大背景下，发电环节的智能化也呼之欲出。“之所以智能电网的建立会对火电厂产生影响，原因就在于随着新能源的发展，在电网中接入如风能、太阳能等不稳定电源时，会对电网造成很大的冲击，因此要配备具有一定调节能力的电厂作为补充，配套调峰。这项任务交给了火电。”董景辰强调。
据了解，一般情况下，火电厂是利用汽机的蓄能功能来调节负荷，而快速调节负荷变化就需要突然加大蒸汽流量，来释放蓄能。但由于汽机蓄能是有限的，而且不能持续释放，如果依靠增加锅炉供热来增加蓄能，需要对煤粉加热燃烧，这个过程势必比较漫长，因此目前火电机组的负荷响应能力相对较差。据了解，火电的调节范围为额定输出的30%~90%，一般低为50%，否则会对整个系统的运行产生危险。
“机组负荷快速变化有很多制约因素，现在已经有企业在研究电力控制方案，以期改善控制策略提高火电机组快速调峰的能力”。董景辰补充说。
采访结束时，董景辰还对致力于火电厂自动化技术研发的企业提出了更高的期望，“现场总线系统和安全是火电厂自动化的两大趋势，相关企业要改变以往只研究自动化系统的研发路子，逐渐转向研究火电厂自动化整体解决方案，也就是说研究如何将系统与控制策略相结合，适应快速调整负荷等新的需求。与此同时，仪器仪表厂商也要注重提高产品质量、可靠性和稳定性，争取走路线，做产品，进入服务大电厂的主流市场。”（张 兰）
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