張晉賓（1967-）

　　男，山西陽城人，教授級高工，主任工程師，從事電廠自動化的設(shè)計、咨詢、研究及管理工作。

　　摘要：隨著社會及電力工業(yè)的發(fā)展，電力自動化的重要性與日劇增。傳統(tǒng)的信息、通訊和自動化技術(shù)之間的障礙正在逐漸消失。最新的技術(shù)，包括無線網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場總線、新型檢測及控制儀表、先進(jìn)管理和控制軟件等，大大提升了過程系統(tǒng)的效率和安全性能。本文著重分析討論了國外電力過程自動化的最新發(fā)展動態(tài)及趨勢。

　　關(guān)鍵詞：電力過程自動化；動態(tài)

　　Abstract: The importance of automation technology has increased dramatically along with the development of society and power industry in recent years. The traditional barriers among information, communication and automation technology are, in the operational context, gradually disappearing. The latest technologies, including wireless networks, fieldbus system, new monitoring and controlling instruments, advanced management and control software, boost the efficiency and safety of the process system. In this paper the recent development and future trends in process automation are presented and discussed.

　　Key words: Electric power process automation; Future trends

　　1 引言
　
　　電力是現(xiàn)代社會使用最廣泛的二次能源。電力的安全、穩(wěn)定和充足供應(yīng)是國民經(jīng)濟(jì)全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展的重要保障條件，事關(guān)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會穩(wěn)定和國家安全大局。自從1998年全國裝機(jī)容量超過277GW，躍居世界第2位以來，我國電力仍以較高的速度和更大的規(guī)模在迅猛發(fā)展，預(yù)計我國電力裝機(jī)總?cè)萘繉⒃诮衲甑字撩髂瓿跬黄?00GW。

　　隨著電力需求的高速增長，發(fā)電裝機(jī)容量迅速擴(kuò)大，大量燃用化石燃料和由此產(chǎn)生的污染排放與資源、生態(tài)環(huán)境的矛盾日益突出。

　　自動化的重要性近年來與日劇增。現(xiàn)今，創(chuàng)新的自動化系統(tǒng)控制著復(fù)雜的工藝流程，并確保過程運(yùn)行的可靠及安全，為先進(jìn)的維護(hù)策略也打造了相應(yīng)的基礎(chǔ)。電力過程自動化技術(shù)的日新月異和控制水平的不斷提高，為電力工業(yè)解決能源資源和環(huán)境約束的矛盾創(chuàng)造了條件。

　　電力過程自動化是指綜合運(yùn)用控制理論、電子設(shè)備、儀器儀表、計算機(jī)軟硬件技術(shù)及其他技術(shù)，對發(fā)電過程實(shí)現(xiàn)檢測、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，達(dá)到增加發(fā)電量、提高發(fā)電生產(chǎn)效率和質(zhì)量、降低消耗、確保安全等目的的一類綜合性技術(shù)。現(xiàn)今，我國發(fā)電廠基本上全部采用了分散控制系統(tǒng)或可編程邏輯控制器等計算機(jī)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)裝備水平大大提升。但仍應(yīng)清醒的認(rèn)識到，我國目前的電力過程自動化水平總體而言，仍落后于國際先進(jìn)水平。

　　本文將就國際上先進(jìn)的電力自動化應(yīng)用技術(shù)趨勢及進(jìn)展分析研究，以期為我國電力自動化水平的發(fā)展提供借鑒。

　　2 電力自動化發(fā)展
　
　　按照瑞士Intechno咨詢公司的報告，世界過程自動化市場在2005至2010年期間將以每年平均5.1%的速度增長，到2010年可高達(dá)942億美元。其中尤以化工、電力、石化增長最為迅猛。

　　經(jīng)濟(jì)、組織和技術(shù)的發(fā)展將在未來幾年內(nèi)對自動化技術(shù)帶來深遠(yuǎn)的變革。電力自動化近期的發(fā)展概括而言是充分利用IT（信息技術(shù)）及AI（人工智能）等先進(jìn)技術(shù)，大量采用現(xiàn)場智能儀表及設(shè)備，整合控制與信息系統(tǒng)，融合測量、控制、診斷、檢修、維護(hù)、管理等數(shù)據(jù)，使電力生產(chǎn)合理化和最優(yōu)化，并最終提升電廠的安全性、經(jīng)濟(jì)性和生產(chǎn)力。
　
　　2.1 全方位管控一體化

　　為了增加勞動生產(chǎn)率，降低運(yùn)行和維修成本，進(jìn)一步提升市場競爭力，必需將貫穿整個組織的信息、通訊和自動化技術(shù)等價值創(chuàng)造鏈上的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行水平和垂直無縫整合與集成，即實(shí)現(xiàn)全方位管控一體化。集成控制系統(tǒng)和管理信息系統(tǒng)構(gòu)成統(tǒng)一的控制信息網(wǎng)絡(luò)，一方面是過程計算機(jī)控制系統(tǒng)充分利用現(xiàn)場總線等先進(jìn)技術(shù)全面挖掘生產(chǎn)過程的監(jiān)控及檢修數(shù)據(jù)信息，在廠內(nèi)和CMMS（計算機(jī)檢修維護(hù)管理系統(tǒng)）實(shí)現(xiàn)無縫聯(lián)接；另一方面是在企業(yè)級通過MES（即制造執(zhí)行系統(tǒng)，類似于國內(nèi)電廠的廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)SIS）和集團(tuán)ERP（企業(yè)資源規(guī)劃系統(tǒng)）互聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)在合適的地點(diǎn)和合適的時間，確保充分和成功地獲取合適的信息。

　　置于控制系統(tǒng)級和ERP之間的MES，用于優(yōu)化電廠生產(chǎn)級的工作流程，改進(jìn)生產(chǎn)質(zhì)量，增加過程可靠性，營造了一個快速反應(yīng)、有彈性、高效率、精細(xì)化的制造環(huán)境。國際上較為知名的MES產(chǎn)品有：ABB工業(yè)IT生產(chǎn)規(guī)劃、Honeywell Experion PKS-Optivision、Metso DNA MES、Tietoenator TIPS和Siemens Simatic IT系統(tǒng)等。
　
　　可見，過程自動化正從純粹的過程控制領(lǐng)域向過程和商業(yè)綜合控制領(lǐng)域過渡。自從計算機(jī)技術(shù)首次應(yīng)用以來，自動化和IT分別是兩個獨(dú)立的領(lǐng)域，兩者各自互不相干地發(fā)展著，現(xiàn)如今正在逐漸打破這種傳統(tǒng)的分隔。當(dāng)前最新發(fā)展趨勢是建立一個貫穿發(fā)電廠全過程的、直至商業(yè)企業(yè)級計算環(huán)境的單一控制管理系統(tǒng)，如Invensys公司的InFusion企業(yè)控制系統(tǒng)等，就是將諸如傳統(tǒng)狹義范圍內(nèi)的過程自動化系統(tǒng)（包括DCS/PLC控制系統(tǒng)、安全保護(hù)系統(tǒng)、智能現(xiàn)場設(shè)備、全廠資源管理和優(yōu)化系統(tǒng)）和商業(yè)性能管理（包括ERP和MES等）融合集成為一個廣義范圍內(nèi)的單一企業(yè)控制管理系統(tǒng)，從而有助于工業(yè)企業(yè)整合其操作/運(yùn)行和維修/維護(hù)資源，進(jìn)一步優(yōu)化企業(yè)的APM（資源性能管理）。

　　2.2 無線通訊邁入傳統(tǒng)電力工業(yè)

　　無線技術(shù)的出現(xiàn)及快速進(jìn)步，正在賦予電力工業(yè)領(lǐng)域以一種嶄新的視角來觀察問題，并由此在電力流程工業(yè)領(lǐng)域及資產(chǎn)管理領(lǐng)域，開創(chuàng)一個激動人心的新紀(jì)元。

　　無線通訊技術(shù)因其不必在廠區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行繁雜、昂貴的布線，因而有著誘人的特質(zhì)。位于現(xiàn)場的巡視和檢修維護(hù)人員借此可保持和集中控制室等控制管理中心的聯(lián)系。譬如位于海邊的與主廠房距離較遠(yuǎn)的濱海泵房儀表與控制設(shè)備，可通過無線網(wǎng)絡(luò)與主廠區(qū)的控制系統(tǒng)相集成互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)信息共享。此外，無線技術(shù)還具有高度靈活性、易于使用、通過遠(yuǎn)程鏈接可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方設(shè)備或系統(tǒng)的可視化、參數(shù)調(diào)整和診斷等獨(dú)特功能。盡管目前存在多種無線技術(shù)，但僅有幾種特別適用于電力流程工業(yè)。這是因?yàn)闊o線信號通過空間傳播的過程、搭載的數(shù)據(jù)容量（帶寬）、抗RFI（射頻干擾）/EMI（電磁干擾）干擾性、對物理屏障的易感性、可伸縮性、可靠性，還有成本，都因無線技術(shù)網(wǎng)絡(luò)的不同而不同。因此，很多用戶都傾向于“依據(jù)具體的應(yīng)用場合，來選定合適的無線技術(shù)”。控制用的無線技術(shù)主要有GSM/GPRS（蜂窩）、900MHz Radios、Wi-Fi（802.11a/b/g）、WiMAX(802.16)、ZigBee(802.15.4)、自組織網(wǎng)絡(luò)等，其中尤以Wi-Fi和WiMAX應(yīng)用增長速度最快，這是因?yàn)槠湓趲捄桶踩阅芊矫孑^優(yōu)、在數(shù)據(jù)集中和網(wǎng)絡(luò)化方面具備卓越的安全框架、具有主機(jī)數(shù)據(jù)集成的高度靈活性、高的魯棒性及低的成本。

　　美國德州LCRA集團(tuán)公司為了降低電廠運(yùn)行維護(hù)成本，由一套電廠人員集中管理其下屬容量為650MW的 Sim Gideon電廠和容量為545MW的 Lost Pines電廠，采用了Apprion公司的WiMAX無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以集成上述兩個電廠監(jiān)控管理層的通訊和控制[1]。其無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由Apprion的ION系統(tǒng)和ION服務(wù)構(gòu)成。ION系統(tǒng)即工業(yè)無線應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，包括IONosphere和集中應(yīng)用軟件，后者具有數(shù)據(jù)服務(wù)、工作流程、安保、監(jiān)視、維護(hù)和第三方應(yīng)用集成的管理功能。IONosphere管理軟件連續(xù)監(jiān)視整個無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的工作性能、健康狀況和完整性，從而在共享數(shù)據(jù)環(huán)境下保證基于QoS應(yīng)用的性能最優(yōu)化。ION服務(wù)支持現(xiàn)場分析、技術(shù)選擇、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計和實(shí)施、性能監(jiān)視、安保管理、連續(xù)的網(wǎng)管及優(yōu)化功能。在嘗到無線網(wǎng)絡(luò)的甜頭后，目前該公司正在實(shí)施將無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用延伸擴(kuò)展至設(shè)備控制層的方案，其應(yīng)用范圍覆蓋輔助設(shè)備上的一般閉環(huán)水位控制及報警、給水加熱器水位控制及報警、爐膛火焰視頻監(jiān)視系統(tǒng)、各種溫度/料位及其它關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)的報警、諸如振動監(jiān)視分析等設(shè)備健康狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)、氨泄漏的實(shí)時檢測和通訊、遠(yuǎn)方罐/箱料位監(jiān)視等。借助臺式PC機(jī)，運(yùn)行人員可以以無線、遠(yuǎn)程方式分別訪問前述兩個電廠所用的Foxboro和Westinghouse控制系統(tǒng)。

　　RFID，即射頻自動辨識，一些專家將其出現(xiàn)所帶來的影響等同于車輪的發(fā)明，因?yàn)橥ㄟ^無線射頻電波進(jìn)行信息資料無線通訊達(dá)到自動辨識的觀念亦可啟發(fā)許多應(yīng)用。導(dǎo)入RFID技術(shù)以后，可以讓很多工作簡化、自動化或是變得更精確，其典型應(yīng)用有電子化的物品監(jiān)控倉儲管理、出入口控制、人員監(jiān)控、設(shè)備與資產(chǎn)的管理等。2004年德國西門子公司與Metro Group合作，將RFID導(dǎo)入了過程自動控制領(lǐng)域。

　　2.3 現(xiàn)場儀表/控制裝置數(shù)字化及智能化

　　數(shù)字化及智能化正在向著現(xiàn)場級儀表設(shè)備延伸，IEC61158等現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)的逐漸完善對現(xiàn)場儀表智能化起到了助推作用。以往電廠控制層和管理層已基本實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，電廠全面數(shù)字化的瓶頸在于現(xiàn)場級，而現(xiàn)場儀表的數(shù)字化為構(gòu)建數(shù)字化電廠奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。HART、FF及PROFIBUS等現(xiàn)場總線已打開了現(xiàn)場儀表設(shè)備智能化的大門。智能化后，現(xiàn)場儀表不僅能更加智能地實(shí)現(xiàn)其監(jiān)視和管理過程變量的功能，而且還可更加有效地診斷其自身健康狀況。下一步是將診斷功能擴(kuò)展至擁有對儀表周邊的過程的診斷能力。如此發(fā)展下去，即可具有預(yù)測性智能功能，提早檢測出系統(tǒng)/設(shè)備潛在故障和運(yùn)行低效工況，獲知更多的工藝過程健康信息，進(jìn)而從異常狀態(tài)管理過度到異常狀態(tài)預(yù)防，由此電力工業(yè)就可從所實(shí)現(xiàn)的預(yù)測性智能功能中大大獲益。

　　目前，全球已安裝有超過24,000,000臺PROFIBUS現(xiàn)場儀表設(shè)備[2]。現(xiàn)場總線的應(yīng)用正在成為主流，如于2003年1月正式交付營運(yùn)的德國Niederaussem電廠K機(jī)組，其發(fā)電機(jī)組出力達(dá)1024MW，采用了基于西門子FUM（功能模件）和現(xiàn)場總線技術(shù)的TELEPERM XP系統(tǒng)，其中所采用的現(xiàn)場總線設(shè)備規(guī)模為約900個馬達(dá)/泵、1200個閥門執(zhí)行器和400個氣動閥門電磁閥。執(zhí)行器是通過冗余的PROFIBUS DP總線與控制系統(tǒng)互聯(lián)，氣動閥門電磁閥采用AS-i底層現(xiàn)場總線，并通過DP/AS-i鏈接設(shè)備實(shí)現(xiàn)與PROFIBUS DP總線的互聯(lián)。低壓電機(jī)采用西門子SIMOCODE智能開關(guān)柜接口裝置，通過Profibus-DP/Y-LINK建立與控制系統(tǒng)的通訊。其現(xiàn)場總線設(shè)備與控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖詳見圖1。通過PDM（過程設(shè)備管理器）可在集中控制室完成全部現(xiàn)場設(shè)備的參數(shù)調(diào)整、整定等工作，借助現(xiàn)場總線的智能性，也可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備的集中故障診斷和維護(hù)，大大改善了營運(yùn)的經(jīng)濟(jì)性。

圖1   現(xiàn)場總線設(shè)備與控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

　　基于現(xiàn)場總線的巨大優(yōu)勢及國外成功應(yīng)用業(yè)績，國內(nèi)正在實(shí)施的項(xiàng)目，如華能金陵電廠二期工程2X1000MW級超超臨界機(jī)組、九臺電廠新建工程2X600MW級超超臨界機(jī)組等均大范圍采用了Profibus現(xiàn)場總線儀表及設(shè)備。

　　2.4 新型檢測儀表/裝置的應(yīng)用

　　目前，在國內(nèi)工業(yè)上應(yīng)用的大多數(shù)傳感器技術(shù)，如溫度、壓力、流量等的測量，大都有著其自身難以克服的不足。這些傳感器技術(shù)已達(dá)其極限，可挖掘的潛力極其有限。較之與之相連的由電子和計算機(jī)設(shè)備組成的監(jiān)控系統(tǒng)而言，現(xiàn)場傳感器和終端控制元件的技術(shù)進(jìn)步相對落后。為使企業(yè)在市場經(jīng)濟(jì)中更具競爭力，減少制造成本，國際先進(jìn)電力企業(yè)在采用新型控制系統(tǒng)的同時，也對新型傳感器技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用予以高度重視，其中應(yīng)用較為成熟的有光纖測量技術(shù)、氣固兩相流體流量檢測技術(shù)、聲波高溫計等，以下分別介紹。

　　2.4.1 光纖測量技術(shù)

　　光纖測量技術(shù)具有分散測量的能力。對光纖的測量值進(jìn)行濾波或輸出處理后，一根光纖整個長度均可作為一個傳感器，可提供優(yōu)于點(diǎn)測量的斷面測量。此外，光纖傳感器還具有一些常規(guī)傳感器無可比擬的優(yōu)點(diǎn)。例如，光纖傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、動態(tài)范圍大、防電磁場干擾、超高壓絕緣、無源性、防燃防爆、適于遠(yuǎn)距離遙測、多路系統(tǒng)無地回路“串音”干擾、體積小、機(jī)械強(qiáng)度大、可靈活柔性撓曲、材料資源豐富、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

　　此外，光纖可實(shí)現(xiàn)的傳感信息量很廣。如光導(dǎo)纖維本身就對壓力和應(yīng)變力極為敏感，這就意味著光纖可以同時作為壓力、溫度和應(yīng)力傳感器而使用。目前，國外一些先進(jìn)國家已將光纖用于測量磁、聲、力、溫度、位移、旋轉(zhuǎn)、加速度、液位、扭矩、應(yīng)變、電流、電壓、傳像和某些化學(xué)量等。
　
　　現(xiàn)在，國外光導(dǎo)纖維溫度傳感器已進(jìn)入全面商業(yè)化應(yīng)用階段。光纖分布式溫度傳感器的最大優(yōu)點(diǎn)之一，是能經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)對大量地點(diǎn)的溫度監(jiān)視。目前國外正逐漸將它用于對電站關(guān)鍵部件的溫度監(jiān)視。如日本W(wǎng)akamatsu增壓循環(huán)流化床電站已采用英國York傳感器公司的DTS（分布光導(dǎo)纖維溫度傳感器）測量氣體清潔過濾器的熱點(diǎn)表面溫度。采用長約4公里特殊設(shè)計的高溫光導(dǎo)纖維作為溫度傳感器。其光纖傳感器沿過濾器鋼表面敷設(shè)，每兩分鐘可以測量約3000點(diǎn)的溫度值，這是用常規(guī)點(diǎn)式溫度傳感器絕對不可能做到的。

    DTS用光電元件測量出沿光纖整段長度的溫度信號值，并實(shí)現(xiàn)連續(xù)刷新。如此，DTS是少數(shù)能夠測量長距離溫度的最有效且最經(jīng)濟(jì)的手段，這是固定點(diǎn)式溫度測量裝置所不能比擬的。運(yùn)行人員可以在控制室內(nèi)通過CRT屏幕觀察溫度的變化情況，并可在設(shè)備溫度惡化時作出相應(yīng)的操作。另外，DTS具有抗EMI（電磁干擾）的能力。這是因?yàn)樵跀?shù)據(jù)從傳感器傳送至控制室時采用了光纜，并不存在電流信號。因此，DTS特別適合于在電站等有許多電磁或射頻干擾的惡劣環(huán)境中使用。

　　2.4.2 氣固兩相流量檢測

　　發(fā)電廠中存在著許多兩相流體的應(yīng)用場合，如除灰系統(tǒng)中的飛灰氣力輸送、鍋爐燃燒系統(tǒng)中通過一次風(fēng)將煤粉輸送至燃燒器的的輸粉管道系統(tǒng)、鍋爐汽水側(cè)的汽包或汽水分離器之前水冷壁等管道中的汽水混合流體等。為了提升電廠的生產(chǎn)效率、降低運(yùn)行和維護(hù)成本、滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，急需有效解決相應(yīng)的兩相流體流量測量難題。
為此，國際上眾多儀表制造商和研究機(jī)構(gòu)對電廠內(nèi)的兩相流量測量進(jìn)行了大量的研發(fā)，已開發(fā)和生產(chǎn)出了不少的兩相流量檢測裝置。其中用于煤粉流量測量比較成熟的技術(shù)有：利用發(fā)射進(jìn)煤粉管內(nèi)的微波反向散射原理測量煤粉濃度和速度、基于脈沖超聲波束衰減量測量煤粉流速、依據(jù)煤粉對b射線或g射線的吸收測定煤粉流量、通過煤粉顆粒碰撞一列金屬棒而引起的金屬機(jī)械振動的監(jiān)視來間接判定煤粉顆粒的分布、專用靜電探頭檢測煤粉顆粒大小及其分離、采用由低成本的CCD攝像機(jī)和激光片發(fā)生器構(gòu)成的數(shù)字成像裝置判定煤粉顆粒分布。

　　上述產(chǎn)品中應(yīng)用較為廣泛的是新型的基于靜電檢測原理的ECT（Electric Charge Transfer）煤粉流量在線檢測裝置，它可以實(shí)時、在線提供煤粉流速、煤粉顆粒流動速度和煤粉細(xì)度的檢測與測量。其制造商主要有ABB、英國PCME公司、芬蘭TR-Tech公司和南非ESKOM公司等。著名的鍋爐制造商FOSTER&WHEELER和TR-Tech合作推廣后者生產(chǎn)的ECT產(chǎn)品，已在國外20多個電廠中應(yīng)用，其應(yīng)用業(yè)績中單機(jī)容量最大的是美國ARF電廠的950MW切向燃燒鍋爐。通過對至鍋爐燃燒器的各個風(fēng)粉混合管內(nèi)煤量的測量，可監(jiān)視每個燃燒器的煤粉燃料和風(fēng)的配比，為鍋爐實(shí)現(xiàn)以單個燃燒器為基礎(chǔ)的均衡、充分、高效燃燒提供有力手段，從而大大減少目前出于環(huán)保壓力而廣為采用的鍋爐低NOx燃燒系統(tǒng)所帶來的未燃燼碳和污染物排放量；通過所計算出的風(fēng)粉混合管內(nèi)煤粉流速值，可推導(dǎo)出各個風(fēng)粉混合管內(nèi)的絕對煤粉量，從而可以檢查一次風(fēng)量是否適當(dāng)，是否存在堵粉等現(xiàn)象；通過監(jiān)視煤粉顆粒度的變化，可依此評判磨煤機(jī)工作性能的優(yōu)劣；通過檢測各個粉管內(nèi)煤粉傳輸中的諸如粉量突增、突減等非穩(wěn)定煤流現(xiàn)象，可及時獲知燃燒性能劣化和壓力的波動。ECT流量測量裝置不受煤粉種類、濕度、灰份量等的影響。值得說明的是，ECT測量的是風(fēng)粉混合物固氣兩相流中由煤粉顆粒相對運(yùn)動而引起的電荷值，故ECT也可用于其它固氣或固液兩相流體的流量測量。

　　2.4.3 聲波式高溫計

　　電廠鍋爐爐膛和后爐膛區(qū)的溫度，不僅直接反應(yīng)出其內(nèi)燃料燃燒強(qiáng)度大小，燃燒過程效率優(yōu)劣，而且還間接影響鍋爐受熱面及后續(xù)流程（如脫硝、灰份控制等）的正常運(yùn)行。從電廠安全、控制和效率角度來看，爐膛區(qū)的溫度是十分重要的需運(yùn)行監(jiān)視的關(guān)鍵參數(shù)。但由于爐膛燃燒區(qū)內(nèi)惡劣的環(huán)境和較高的溫度，國內(nèi)電廠一般采用的僅是通過熱電偶式煙溫探針來進(jìn)行啟動過程的煙溫檢測，正常運(yùn)行時不直接測量爐膛溫度，而是只測量相應(yīng)的受熱面金屬壁溫。可見采用常規(guī)的溫度檢測手段是難以實(shí)現(xiàn)可靠、準(zhǔn)確、連續(xù)、在線的爐膛溫度監(jiān)視。

　　國際上一些發(fā)達(dá)國家在爐膛溫度測量方面的研發(fā)和應(yīng)用取得了長足的進(jìn)步，所采用的測量裝置可分為兩類，一類是與煙氣直接接觸的吸入式熱電偶高溫計，另一類是非接觸式基于發(fā)射光譜的幅射高溫計和聲波高溫計。其中應(yīng)用較多、較成熟可靠的是聲波高溫計，其基本原理是利用在被測介質(zhì)中聲音傳播速度和溫度的數(shù)學(xué)關(guān)系來測量介質(zhì)溫度。較之其它測溫方式具有諸多優(yōu)點(diǎn)：①是一種可實(shí)時測量溫度的非接觸式測溫技術(shù)；②所測量的是橫貫整個聲波傳輸過程的線式整體溫度值；③具有極佳的精度和準(zhǔn)確性；④其精度不受介質(zhì)熱輻射率不確定性的影響。如美國Stock Equipment公司所推出的AccuTEMP聲波式高溫計，采用超過170dB的高能量聲波，在0~3500F（約1927℃）溫度范圍其測量精度在±1%內(nèi)，且基本不受噪聲的影響。通過這種新型聲波溫度計，輔之以內(nèi)嵌先進(jìn)軟件算法的微處理器，可實(shí)現(xiàn)大型鍋爐爐膛斷面的煙氣溫度測量，從而獲得瞬時的溫度分布數(shù)據(jù)，并可用于鍋爐的實(shí)時運(yùn)行控制，最大程度地降低故障停爐的機(jī)率，同時減少了NOx形成量。此外，所獲知的溫度信息支持鍋爐清潔系統(tǒng)、燃燒器優(yōu)化、后燃燒污染排放物還原系統(tǒng)，還可用于判定爐膛容積熱強(qiáng)度和鍋爐總效率等。

　　2.5 先進(jìn)控制和管理軟件的應(yīng)用

　　為了實(shí)現(xiàn)對集分布參數(shù)、非線性、多變量耦合為一體的流化床鍋爐或超/超超臨界機(jī)組等復(fù)雜對象的自動控制，提高機(jī)組運(yùn)行管理水平，降低運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用，有效提高機(jī)組可用率和經(jīng)濟(jì)性，國外對于此類輸入/輸出受限的多變量系統(tǒng)普遍采用了基于模型預(yù)測的MPC（模型預(yù)測控制）控制策略或DMC（動態(tài)矩陣控制）算法，也有的采用模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能算法。對比而言，計算機(jī)控制系統(tǒng)在國內(nèi)電廠已廣泛應(yīng)用，大大改觀了電廠自動化面貌，但是計算機(jī)控制系統(tǒng)的潛能還沒有充分發(fā)揮出來。為此，需借鑒國外經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)應(yīng)用效益明顯、智能化程度高的優(yōu)化控制管理軟件，以充分利用計算機(jī)控制系統(tǒng)的強(qiáng)大功能。

　　國外所采用的電站優(yōu)化軟件主要包括實(shí)時過程控制參數(shù)的優(yōu)化控制軟件和保持設(shè)備、系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行的優(yōu)化管理軟件兩類。第一類軟件的突出特點(diǎn)在于實(shí)時、在線和閉環(huán)控制功能，主要用于機(jī)組負(fù)荷變化過程，減少主要過程參數(shù)動態(tài)偏差和被調(diào)量的時間延遲；第二類軟件的特點(diǎn)在于它注重運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、對設(shè)備或系統(tǒng)的開環(huán)分析能力及系統(tǒng)管理、決策支持功能。優(yōu)化控制軟件主要有機(jī)爐協(xié)調(diào)優(yōu)化控制、蒸汽溫度優(yōu)化控制、DCS報警功能優(yōu)化等。優(yōu)化管理軟件主要有能量管理軟件、設(shè)備及系統(tǒng)性能優(yōu)化軟件、過程信息統(tǒng)計分析軟件、設(shè)備資源管理軟件等。

　　目前，國外大部分DCS供貨商均可提供功能較完善并有應(yīng)用業(yè)績的眾多電廠優(yōu)化控制管理軟件。其中功能完善、應(yīng)用較多的優(yōu)化軟件有Siemens公司的Sienergy系統(tǒng)、ABB公司的Optimax系統(tǒng)、Alstom公司的Optiplant+等。雖然這些軟件包單項(xiàng)價格較高，但從取得的經(jīng)濟(jì)效益和回報率看，增加這些投資是值得的。如西門子公司的凝結(jié)水節(jié)流控制模塊(COT)軟件包價格雖高達(dá)約人民幣200萬元，但采用該軟件包可提高機(jī)組熱效率0.5%~1.0%。對2臺600MW機(jī)組而言，年運(yùn)行5500h，發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗0.296kg/(kW.h)，機(jī)組熱效率41.554%，若機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)峰，每年可節(jié)煤2100t~4200t/每臺機(jī)組，煤價若按300元/t計，可節(jié)約燃料費(fèi)63萬元~126萬元/每臺機(jī)組，約1年左右即可收回初投資；若是帶基本負(fù)荷并具有一定調(diào)峰能力，可望在2~3年收回初投資。另外如ABB公司的Optimax實(shí)時優(yōu)化軟件包，專用于改善電廠的運(yùn)行和維護(hù)，據(jù)稱可降低電廠熱耗1%，提高電廠可利用率1%。

　　Pegasus技術(shù)公司的NeuSight 系統(tǒng)在一臺500MW機(jī)組上應(yīng)用時，在低負(fù)荷時可降低55%的NOx 排放，在滿負(fù)荷時可降低23%的NOx 排放，同時可減少飛灰含碳量30%，雖然CO排放量從10ppm升到了210ppm。

　　2.6 其它趨勢

　　安全相關(guān)系統(tǒng)：隨著社會日趨進(jìn)步、法律法規(guī)的日益嚴(yán)格，電力生產(chǎn)安全的重要性顯而易見，過程安全運(yùn)行是電力自動化系統(tǒng)的首要目標(biāo)。隨著IEC61508、IEC61511等安全標(biāo)準(zhǔn)的制訂，鍋爐爐膛安全保護(hù)系統(tǒng)和汽機(jī)緊急停機(jī)保護(hù)系統(tǒng)等開始愈來愈多的采用經(jīng)過認(rèn)證的SIS安全相關(guān)系統(tǒng)。
　
　　遠(yuǎn)程I/O和分步式I/O：基于電子設(shè)備可靠性的提高和通訊技術(shù)的進(jìn)展，為了節(jié)約工程建設(shè)投資，對未采用現(xiàn)場控制系統(tǒng)FCS的場合，大量應(yīng)用現(xiàn)場遠(yuǎn)程I/O和分步式I/O技術(shù)。

　　狀態(tài)檢修：采用AMS（設(shè)備資產(chǎn)管理系統(tǒng)），根據(jù)先進(jìn)的狀態(tài)監(jiān)視和診斷技術(shù)提供的設(shè)備狀態(tài)信息，判斷設(shè)備的異常，預(yù)知設(shè)備的故障，將設(shè)備故障檢修方式提升為設(shè)備狀態(tài)檢修這一先進(jìn)科學(xué)的檢修管理方式，以有效克服定期檢修所帶來的問題，提高設(shè)備的安全性和可用性。

　　全I(xiàn)P結(jié)構(gòu)：國際自動化領(lǐng)域正在向全I(xiàn)P結(jié)構(gòu)過渡。一是為了滿足逐漸增多的數(shù)據(jù)吞吐量，工業(yè)控制系統(tǒng)上層網(wǎng)采用以以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)漸成潮流，如工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟IAONA等多個國際組織正在倡導(dǎo)在工控環(huán)境下采用以太網(wǎng)；二是在較低的現(xiàn)場總線層也開始制訂基于以太網(wǎng)的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，如在IEC61784標(biāo)準(zhǔn)中就包括Ethernet/IP、Profinet、Interbus、Vnet/IP、TCnet、EtherCAT、Powerlink、Modbus TCP和Sercos III等眾多基于以太網(wǎng)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。

　　3 結(jié)論與展望

　　綜上所述，電力過程自動化技術(shù)發(fā)展的主流趨勢是：檢測控制智能化、測量信息數(shù)字化、控制管理集成化。

　　新型的過程自動化控制系統(tǒng)至少應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)以下功能：信息訪問更加便利，增加自動化程度，減少操作失誤和主、輔機(jī)維修量，提高機(jī)組或設(shè)備可利用率；采用開放性、標(biāo)準(zhǔn)化、流行的硬件/軟件系統(tǒng)/網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，有效地減少對專用產(chǎn)品的依賴，減少備品備件數(shù)量，盡可能利用廣泛使用的各種先進(jìn)傳感器技術(shù)、通訊技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和實(shí)用的控制方法及策略，降低運(yùn)行和維護(hù)（O&M）成本；降低生產(chǎn)過程的污染物排放量；縮短機(jī)組啟動時間；應(yīng)當(dāng)為提高企業(yè)的市場競爭力，創(chuàng)造良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益而不斷提高性能。

　　參考文獻(xiàn)
　
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