礦用雜散電流測試儀智能化

　　礦用雜散電流測試儀智能化，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現(xiàn)了數(shù)字化，電廠**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)字化電廠奠定了堅實基礎(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)備潛在故障和運行低效工況，獲知更多的工藝過程健康信息，進而從異常狀態(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月正式交付營運的德國Niederaussem電廠K機組，其發(fā)電機組出力達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／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)備實現(xiàn)與PROFIBUS DP總線的互聯(lián)。低壓電機采用西子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，也可實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備的集中故障診斷和維護，大大改善了營運的經(jīng)濟性。

　　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)正在實施的項目，如華能金陵電廠二期工程2×1000MW級超超臨界機組、九臺電廠新建工程2×600MW級超超臨界機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)進步相對落后。為使企業(yè)在市場經(jīng)濟中更具競爭力，減少制造成本，國際先進電力企業(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。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、機械強度大、可靈活柔性撓曲、材料資源豐富、成本低等優(yōu)點。

　　此外，光纖可實現(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入**商業(yè)化應(yīng)用階段。光纖分布式溫度傳感器的*大優(yōu)點之一，是能經(jīng)濟地實現(xiàn)對大量地點的溫度監(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點的溫度值，這是用常規(guī)點式溫度傳感器**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，礦用雜散電流測試儀智能化，并實現(xiàn)連續(xù)刷新。如此，DTS是少數(shù)能夠測量長距離溫度的*有效且*經(jīng)濟的手段，這是固定點式溫度測量裝置所不能比擬的。運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。這是因為在數(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、降低運行和維護成本、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構(gòu)對電廠內(nèi)的兩相流量測量進行了大量的研發(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(Electrio Cha rge Transfer)煤粉流量在線檢測裝置，它可以實時、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。有名的鍋爐制造商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)績中單機容量*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**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。值得禪明的是，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，礦用雜散電流測試儀智能化，不僅直接反應(yīng)出其內(nèi)燃料燃燒強度大小，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)的正常運行。從電廠**、控制和效率角度來看，爐膛區(qū)的溫度是十分重要的需運行監(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行啟動過程的煙溫檢測，正常運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：①是一種可實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**的精度和誰確性；④其精度不受介質(zhì)熱輻射率不確定性的影響。如美國所推出的聲波式高溫計，采用超過170dB的高能量聲波，在O-3500F(約1927℃)溫度范圍其測量精度在土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)嵌先進軟件算法的微處理器，可實現(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)，并可用于鍋爐的實時運行控制，*大程度地降低故障停爐的機率，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度和鍋爐總效率等。

　　2.5先進控制和管理軟件的應(yīng)用

　　為了實現(xiàn)對集分布參數(shù)、非線性、多變量禍合為一體的流化床鍋爐或超／超超臨界機組等復(fù)雜對象的自動控制，提高機組運行管理水平，降低運行和維護費用，有效提高機組可用率和經(jīng)濟性，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，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，以充分利用計算機控制系統(tǒng)的強大功能。

　　國外所采用的電站優(yōu)化軟件主要包括實時過程控制參數(shù)釣優(yōu)化控制軟件和保持設(shè)備、系統(tǒng)經(jīng)濟高效運行的優(yōu)化管理軟件兩類。**類軟件的突出特點在于實時、在線和閉環(huán)控制功能，主要用于機組負(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；**類軟件的特點在于它注重運行的經(jīng)濟性、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**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價格較高，但從取得的經(jīng)濟效益和回報率看，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)軟件包價格雖高達約人民幣200萬元，但采用該軟件包可提高機組熱效率0.5%~1.0%。對2臺600MW機組而言，年運行5500h，發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗0.296kg/(kW.h)，機組熱效率41.554%，若機組參與電網(wǎng)調(diào)峰，每年可節(jié)煤2100t-4200t/每臺機組，煤價若按300元/t計，可節(jié)約燃料費63萬元～126萬元／每臺機組，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實時優(yōu)化軟件包，專用于改善電廠的運行和維護，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

　　**相關(guān)系統(tǒng)：隨著社會日趨進步、礦用雜散電流測試儀智能化，法律法規(guī)的日益嚴(yán)格，電力生產(chǎn)**的重要性顯而易見，過程**運行是電力自動化系統(tǒng)的首要目標(biāo)。隨著IEC61508、IEC61511等**標(biāo)準(zhǔn)的制訂，鍋爐爐膛**保護系統(tǒng)和汽機緊急停機保護系統(tǒng)等開始愈來愈多的采用經(jīng)過認(rèn)證的SIS**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**性和可用性。

　　全IP結(jié)構(gòu)：國際自動化領(lǐng)域正在向全IP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Sercosm等眾多基于以太網(wǎng)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。

　　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：檢測控制智能化礦用雜散電流測試儀智能化、控制管理集成化。