发电厂自动化控制的实践及效果调查

1、罗家坝发电厂自动化控制的实践及效果调查松藻煤电公司发电厂始建于1994年，第一台机组1995年12月1日并网发电，属典型的煤电一体化、资源综合利用煤矿坑口型自备电厂。位于重庆市綦江区打通镇，占地11.59公顷，员工255人，规划总装机容量为24MW，一期为2×6MW凝汽式汽轮发电机组，二期为1×12MW凝汽式汽轮发电机组。我厂坚持“科学技术是第一生产力”的原则走“科技兴厂”之路，不断进行装备升级改造，前后经过三轮技改，2005年起，将原两台沸腾燃烧锅炉改造为循环流化床锅炉，汽机、锅炉、燃运系统均实现了自动控制，企业自动化程度全面提升为DCS控制系统，在重庆能源投资集团同等类

2、型规模电厂中居于领先水平，2009年起，发电量连续3年突破1.9亿度大关，发电量、售电量、标煤耗、厂用电率四项指标连续9年刷新记录，创历史最好水平。标煤耗从2004年的923.8g/kw.h降至636.2g/kw.h，厂用电率从最高时14.96%降至2011年的12.59%，下降了2.47个百分点，机组平均利用小时达8208小时，平均利用率达92%以上，年节约标准煤约3.18万吨，同时减少二氧化碳排放量8.27万吨/年,二氧化硫排放量165吨/年。2010年以来，我厂进行的自动化改造项目主要有，将PLC应用于锅炉补充水处理系统,锅炉给煤机控制回路的改进，循环泵回路的改进，引风机高压变频自动控制

3、技术应用等。一、PLC在电厂锅炉补给水处理系统中的应用（一）水处理系统工艺天然水经过混凝沉淀处理后，将其中大部分悬浮物除掉，对于细小的悬浮颗粒还需进一步通过重力式无阀过滤罐、盘式叠片过滤器、精密过滤器对其进行一层一层的过滤处理，否则，当进行离子交换处理时，会污染交换剂，影响出水水质。水经混凝和过滤处理后，硬度并没有改变，且碱度一般仍然较高，即使在水的预处理中采用了沉淀软化，水中残留的硬度和含盐量仍无法达到锅炉补给水的要求，还必须作进一步的软化离子交换、除盐处理。（二）PLC控制要求发电厂锅炉补给水处理系统为20吨/小时除盐水系统，系统既可独立半自动运行也可同时全自动运行。在设计水质情况下，保持

4、额定出力状态下运行周期不小于20小时，钠离子交换器运行流速3540m/h（视树脂质量情况而定）。钠离子交换器的再生采用10%左右盐水，经防腐盐泵输送进入交换器，再生方式为逆流再生。化学水处理系统的水源为江河水，经斜板沉淀池、无阀滤池澄清处理后作为水源水。设备预处理由压力盘式过滤器、不锈钢精密过滤器组成，采用串联连接方式。一级除盐设备由逆流再生钠离子交换器、一级二段反渗透主机组成，本系统为一套20吨/小时除盐水装置，系统既可独立半自动运行也可同时全自动运行，充分保证了后续设备的正常工作秩序。系统为PLC全自动控制，不管是系统的盘式过滤器、钠离子交换器、反渗透设备中的冲洗、再生均由PLC给气动隔膜

5、阀、电动阀信号来实现阀门的开闭，达到正洗、反洗、吸盐等冲洗、再生处理过程。（三）系统硬件此电气系统采用德国SIMENS（西门子）可编程序控制器PLC与K-TP178人机界面相结合的当前最为先进控制系统。具有：高可靠性、操作简便、人机界面友好等特点。在同一人机界面上、可监控整个软水系统的运行、参数设定、故障查询等。完全提升了对整个工艺过程的数据临控、数据撑握。运行设备的故障监控。本PLC控制系统，它是由CPU模块与五个数字量模块与相连接，再通过通信线RS485与人机操作界面相连接，构成控制系统硬件。CPU模块有40个功能引脚，本系统用到30个引脚，其中备用引脚2个，输入引脚14个，输出引脚10个

6、，电源引脚4个，CPU模块为五大数字量模块之间提供直流24V电源，并操纵着盘式叠片过滤器等整个水处理系统各设备运行状态和应急状态，且包括产品水水池水位监控。DO-1，DO-2为钠离子交换器控制模块；DO-3为反渗透控制模块；DO-4，DI-5为原水加压泵控制，盐业泵控制以及高压泵控制模块。本系统人机操作界面采用是西门子5.7寸触摸屏，操作界面达20多种，如水处理系统设备盘式叠片过滤器、钠离子交换器、反渗透等设备的自动、半自动，强手动操作、产品水水位状况，运行总况及故障查询等。为设备的运行带来很大的方便，满足各种运行需要，在此特别要指出的是“参数设定”，因为发电厂原水水质是处在非稳定的状态，各制

7、水设备运行过程也是不定的，原水水质差运行周期短，原水水质好运行周期长，正因为有了PLC可编程控制器，可以实时监测，对各运行参数实时设定和修改，节约生产成本和保障设备经济高效运行。（四）系统软件软件系统根据工艺流程实际，选用的西门子S7-200PLC组态、编程、调试、诊断。系统的PLC程序采用Step7软件，为“模块化”编程，程序按照系统任务和设备划分为若干子程序，按照控制要求互相配合，被主程序调用。（五）优点西门子PLC实现对发电厂锅炉补给水处理系统的自动化控制， PLC作为主体控制设备，控制锅炉补给水处理过程中制水运行，过滤器冲洗，钠离子交换器反洗和再生的全过程程序控制的实现，用PLC控制电

8、厂化学水处理一个系统,实现对整个系统的自动控制，科技含量高、工艺先进、操作简单,又要做到系统结构合理、性能价格比高。在运行中缩短了生产准备时间和抢修时间，减少了工人的劳动强度，为电厂锅炉补给水处理创造了可观的经济效益和社会效益，达到了节能、降耗的目的。在原有的设备基础上做到一备一用，离子交换器运行失效再生时不影响制水正常运行，另外还可以两组同时运行，制水能力达原来的2倍。并且所有设备接入PLC控制系统，以降低生产成本，提高生产效率和水处理品质。根据水处理工艺要求和自备电厂电力生产的特殊性，选择的PLC自动控制系统可靠，能够长期安全稳定的运行。二、锅炉给煤机控制回路的改进（一）改进前状况发电厂3

9、号锅炉属于技改锅炉，为济南锅炉厂生产的75t/h循环流化床锅炉，于2009年4月投产发电，该锅炉自投运以来，一直存在锅炉给煤机跳闸不能及时恢复的问题，曾大大影响锅炉运行。2010年3月20日，因35KV线路故障，系统电压波动，造成3号锅炉给煤机跳闸不能及时复位，影响24小时发电；7月5日，因雷击造成3号锅炉给煤机不能及时复位而全厂停产，影响发电2天，7月7日、7月9日、7月12日、7月25日连续4次因雷击造成电网电压波动，厂用电受冲击，使厂用电电压大幅度波动，致使锅炉给煤机变频器故障跳闸，因不能及时复位重新启动给煤机，造成锅炉压火或停炉，大大影响了锅炉运行。（二）原因我厂锅炉给煤机均采用变频调

10、速调节给煤量，利用的变频器为施耐德公司生产的AT8000型变频器，设计时即为用空气开关直接连接变频器进入DCS系统进行控制，利用变频器本身的复位功能进行复位，由于变频器本身的复位功能是在断电后才能复位，这样有一个延迟时间为2秒，但要必须在其全部断电后才能复位，这样跳闸后，其电源并未断开，因此要必须将外部空气开关断开后，待变频器所有的电源消失后才能送电进行复位，这样延迟需要2分钟，就会造成锅炉缺煤接不上火而压火或停炉。（三）措施 将控制回路中的刀闸开关换为交流接触器KM1； 引入变频器自带的常开触点R1A和R1C，串入控制回路中，达到启动后自锁、故障时掉电复位的目的。（四）效果经过改进后，预设故

11、障跳闸，经过多次试验，均能在DCS系统上及时复位而启动，用时仅为2-3秒左右，不影响锅炉的运行。2010年8月初经过改进，度过了去年的下半年的雷雨季节，再未出现过因给煤机跳闸后不能及时复位而压火或停炉，运行状况良好，创造了较好的经济效益和社会效益。 2010年因此原因减少压火4次/年、停炉2次/年，每次压火损失点火油1000kg、引子煤2000kg和电量3万kwh，即每次压火共计损失2万元，若停炉损失更大，损失点火油1000kg、引子煤2000kg和电量90万kwh,除开用煤成本，每次停炉共造成经济损失达到7万元/次，解决此问题后，可创造经济效益4次/年×2万元/次+2次/年

12、5;7万元/次=22万元/年，意即若去年不是因为给煤机跳闸造成压火或停炉，将为厂增加22万元的效益。而且为厂向矿区供电提供了安全保障，减轻了员工因压火或非计划性停炉造成的劳动强度增加。三、循环泵回路的改进（一）改前状况本厂有2×6MW+1×12MW的汽轮发电机组，采用循环水冷方式冷却，有4台循环水泵供水给汽轮发电机组冷却，于1996年正式投入运行，其中有3台电机为110KW，380v,额定电流205.5A和1台电机为132KW，380v，额定电流245.8A的循环泵，其电气回路采用直接启动方式，其分、合闸采用交流接触器（CJ20型），因交流接触器触头发热严重，特别是在雷雨季

13、节，如果出现闪电，就会造成循环泵跳闸，几年来，曾经发生过自燃现象2次，因触头不能分断造成无法正常停运和启动达20多次，曾多次检修、更换均未达到预期效果，花费了大量的人力和物力，严重影响了汽轮发电机组的正常、安全运行。（二）原因交流接触器自身原因。交流接触器（CJ20）的分、合闸原理是主要靠自身的电磁线圈、衔铁和反作用弹簧，在合闸过程中，靠电磁线圈通电后吸合衔铁带动动触头与静触头接触，完成合闸。电磁线圈靠自身辅助触头产生自保护功能，电磁线圈失电释放衔铁，靠弹簧的反作用力完成分闸过程，这种工作原理受电压波动的影响非常大，在电压降低的情况下，其吸合力减小，而电流增加，更加快了触头的发热，若是在雷雨季

14、节，系统失电，造成电压严重下降而且启动频繁，致使循环泵停运。交流接触器与热继电器组成电磁起动器，以保护电路或交流电动机可能发生的过负荷及断相，其保护极其简单，这是造成交流接触器触头发热的最主要原因。（三）解决方案采用DW15-630A，为保护电动机用，选择型电磁铁传动具有过电流脱扣器、欠电压延时脱扣器和分励脱扣器、长延时及瞬时动作功能的低压万能式断路器。（四）效果经过对循环泵电气回路的改造，其性能稳定，启动不再频繁，而且投运近一年来，未再发生过停运的情况，只需要每年进行一次全面的维护，大大减轻了劳动强度，减少了成本指出。因此，我们将坚持使用这一比较先进的、可靠的开关设备，并努力推广万能式断路器

15、在其他电气系统上的应用，可以用到0.4Kv配电系统中，做选择保护，以提高电气系统运行的安全性、经济性。直接经济效益，一年我们将平均更换一次交流接触器或者多次，一只的价格为1200.00元左右，每年检修20次左右更换交流接触器主触头，每付触头价格为348.00元，花费20348.00=6960.00元，更换为万能式断路器的价格为1347.00元，一只万能式断路器一年需要更换一次主触头，花费428.00元，一年就可创造经济效益为：（6960.00+1200.00）-（1347.00+428.00）=6385.00元，万能式断路器使用寿命为10年，可见其经济效益非常明显。间接经济效益，以前我们将每年

16、进行20次以上的检修和维护，花费了大量的人力和高额的成本支出，更为重要的是，万能式断路器的分断及保护性能相当可靠，投运万能式断路器来，未出现过一次自动停运的现象，对循环泵及其汽轮发电机组的安全运行增加了不可估量的经济效益，如果我们因为一次停运造成汽机停运，就会造成一系列的锅炉停运，影响大量的发电量，造成不可估量的损失。四、引风机变频自动控制技术应用（一）引风系统特点在火力发电厂锅炉运行生产中，引、送风机使用的功率都比较大，一般来说可占机组用电的6%左右。并多数为高压电机，一般设计余量大，控制风量多以调节风门为主。用电损耗是成本中的一大项。同时由于启动频繁，对高压开关、电机、风机都有一定的影响。

17、我厂的5锅炉引风机、一次送风机就是这样。引风机的功率为500KW，一次送风机的功率为400KW，电压为6KV。经对其它火力发电厂在锅炉引、送风机拖动方式的考察并结合我厂的实际情况进行论证。采用加装国产技术领先的TAVF系列高压变频器对现有锅炉引、送风机的电机拖动系统进行改造并加入PLC和DCS系统控制，可实现节能、精确控制和软启动功能。从而达到提高发电厂锅炉运行的可靠性和经济性。（二）存在问题原系统设计由于考虑到工艺参数的富余量，运行风量通过调节风门的开度（一般约40%），这样就使得大量的电能损失在调节风门上，造成了大量的电能浪费。工艺调节属于粗放控制，风量和风压只能通过风机进、出口的调节风门

18、调节，调节范围精度都很有限。启动时设备的损伤较大，因为直接启动时电机的转速从静止到额定转速必须在15S内完成，电机瞬间扭矩和冲击电流大，对风机和电机会造成经常性的机械损伤，使设备维修保养的成本加大。（三）解决方案采用TAVF系列高压变频调速装置，采用电网电压（6kV）经过多绕组移相整流变压器降压后由副边线圈给功率单元供电，功率单元为三相输入、单相输出的交-直-交PWM电压源型逆变器结构，相邻功率单元的输出端串联起来，形成Y形结构，通过对每个功率单元输出的PWM波形移相叠加，可以得到阶梯正弦PWM波形。实现变压变频的高压直接输出，供给高压电动机。（四）特点 变频调速装置输入功率因数可达0.95

19、以上，不必设置输入滤波器和功率因数补偿装置。变频器同一相的功率单元输出相同的基波电压，串联各单元之间的载波错开一定的相位，每个功率单元的IGBT 开关频率若为600Hz，则当8 个功率单元串联时，等效的输出相电压开关频率为9.6kHz。 功率单元采用低的开关频率可以降低开关损耗，而高的等效输出开关频率和多电平可以大大改善输出波形。波形的改善除减小输出谐波外，还可以降低噪声、dv/dt值和电机的转矩脉动。所以这种变频器对电机无特殊要求，可用于普遍笼型电机，且不必降额使用，对输出电缆长度也无特殊限制。由于功率单元有足够的滤波电容，变频器可承受30电源电压下降和5 个周期的电源丧失。这种主电路拓扑结

20、构虽然使器件数量增加，但由于IGBT 驱动功率很低，且不必采用均压电路、吸收电路和输出滤波器，可使变频器的效率高达96以上。（五）效果根据流体力学原理，风机类的机械特性具有二次方率负载的特点，流量与转速成正比，而所需功率与转速的三次方成正比。与调节风门相比，由 风机的工作特性可知，由于风机消耗的功率与风压和风量的乘积成正比，在通过关小风门来减少风量时，消耗的电功率虽然也有所减小，但减小的不多，但通过调节转速，在相同的情况下所需的功率要小的多。高压变频器锅炉引、送风机技术改造安装后，使用效果明显，完全达到了改造要求，给我厂带来了很大的效益，试用的第一月就节电15万度电，同时提高了设备运行的可靠性。除了上述项目，我厂还进行了相关的自动控制、自动保护、自动监视工作。一是对我厂0、1、2、5厂变低压侧和380V、段母线上原来6台HD3-1500/3型隔离刀闸和DW15-1500型断路器改进，即直接将其改进为TGW45-2000A的智能型抽屉万断路器，进一步提升了设备和系统的安全可靠运行能力，为促进我厂的安全发电生产提供了保障，同时为我厂确保公司的发供电安全打下了坚实的硬件基础。对厂用电供电系统进行全面更新。一是对厂用变压器低压侧进线开关进行更换，将原有的6台HD3-1500/3型隔离刀闸和DW15-1500型断路器全部更新换代，直接将其更换为TGW45-