矿用杂散电流测试仪智能化

　　矿用杂散电流测试仪智能化，IEC61158等现场总线国际标准的逐渐完善对现场仪表智能化起到了助推作用。以往电厂控制层和管理层已基本实现了数字化，电厂**数字化的瓶颈在于现场级，而现场仪表的数字化为构建数字化电厂奠定了坚实基础。HART、FF及PROFIBUS等现场总线已打开了现场仪表设备智能化的大门。智能化后，现场仪表不仅能更加智能地实现其监视和管理过程变量的功能，而且还可更加有效地诊断其自身健康状况。下一步是将诊断功能扩展至拥有对仪表周边的过程的诊断能力。如此发展下去，即可具有预测性智能功能，提早检测出系统／设备潜在故障和运行低效工况，获知更多的工艺过程健康信息，进而从异常状态管理过度到异常状态预防，由此电力工业就可从所实现的预测性智能功能中大大获益。

　　目前，全球已安装有超过24,000,000台PROFIBUS现场仪表设备[2]。现场总线的应用正在成为主流，如于2003年1月正式交付营运的德国Niederaussem电厂K机组，其发电机组出力达1024MW，采用了基于西门子FUM(功能模件)和现场总线技术的TELEPERM XP系统，其中所采用的现场总线设备规模为约900个马达／泵、1200个阀门执行器和400个气动阀门电磁阀。执行器是通过冗余的PROFIBUS DP总线与控制系统互联，气动阀门电磁阀采用AS-i底层现场总线，并通过DP/AS-i链接设备实现与PROFIBUS DP总线的互联。低压电机采用西子SIMOCODE智能开关柜接口装置，通过PROFIBUS-DP/Y-LINK建立与控制系统的通讯。其现场总线设备与控制系统的网络结构示意图详见图1。通过PDM(过程设备管理器)可在集中控制室完成全部现场设备的参数调整、整定等工作，借助现场总线的智能性，也可实现现场设备的集中故障诊断和维护，大大改善了营运的经济性。

　　基于现场总线的巨大优势及国外成功应用业绩，国内正在实施的项目，如华能金陵电厂二期工程2×1000MW级超超临界机组、九台电厂新建工程2×600MW级超超临界机组等均大范围采用了PROFIBUS现场总线仪表及设备。

　　2.4新型检测仪表／装置的应用

　　目前，在国内工业上应用的大多数传感器技术，如温度、压力、流量等的测量，大都有着其自身难以克服的不足。这些传感器技术已达其极限，可挖掘的潜力极其有限。较之与之相连的由电子和计算机设备组成的监控系统而言，现场传感器和终端控制元件的技术进步相对落后。为使企业在市场经济中更具竞争力，减少制造成本，国际先进电力企业在采用新型控制系统的同时，也对新型传感器技术的开发及应用予以高度重视，其中应用较为成熟的有光纤测量技术、气固两相流体流量检测技术、声波高温计等，以下分别介绍。

　　2.4.1光纤测量技术

　　光纤测量技术具有分散测量的能力。对光纤的测量值进行滤波或输出处理后，一根光纤整个长度均可作为一个传感器，可提供优于点测量的断面测量。此外，光纤传感器还具有一些常规传感器无可比拟的优点。例如，光纤传感器具有灵敏度高、响应速度快、动态范围大、防电磁场干扰、超高压绝缘、无源性、防燃防爆、适于远距离遥测、多路系统无地回路“串音”干扰、体积小、机械强度大、可灵活柔性挠曲、材料资源丰富、成本低等优点。

　　此外，光纤可实现的传感信息量很广。如光导纤维本身就对压力和应变力极为敏感，这就意味着光纤可以同时作为压力、温度和应力传感器而使用。目前，国外一些先进国家已将光纤用于测量磁、声、力、温度、位移、旋转、加速度、液位、扭矩、应变、电流、电压、传像和某些化学量等。

　　现在，国外光导纤维温度传感器已进入**商业化应用阶段。光纤分布式温度传感器的*大优点之一，是能经济地实现对大量地点的温度监视。目前国外正逐渐将它用于对电站关键部件的温度监视。如日本Wakamatsu增压循环流化床电站已采用英国York传感器公司的DTS(分布光导纤维温度传感器)测量气体清洁过滤器的热点表面温度。采用长约4公里特殊设计的高温光导纤维作为温度传感器。其光纤传感器沿过滤器钢表面敷设，每两分钟可以测量约3000点的温度值，这是用常规点式温度传感器**不可能做到的。

　　DTS用光电元件测量出沿光纤整段长度的温度信号值，矿用杂散电流测试仪智能化，并实现连续刷新。如此，DTS是少数能够测量长距离温度的*有效且*经济的手段，这是固定点式温度测量装置所不能比拟的。运行人员可以在控制室内通过CRT屏幕观察温度的变化情况，并可在设备温度恶化时作出相应的操作。另外，DTS具有抗EMI(电磁干扰)的能力。这是因为在数据从传感器传送至控制室时采用了光缆，并不存在电流信号。因此，DTS特别适合于在电站等有许多电磁或射频干扰的恶劣环境中使用。

　　2.4.2气固两相流量检测

　　发电厂中存在着许多两相流体的应用场合，如除灰系统中的飞灰气力输送、锅炉燃烧系统中通过一次风将煤粉输送至燃烧器的的输粉管道系统、锅炉汽水侧的汽包或汽水分离器之前水冷壁等管道中的汽水混合流体等。为了提升电厂的生产效率、降低运行和维护成本、满足日益严格的环保要求，急需有效解决相应的两相流体流量测量难题。

　　为此，国际上众多仪表制造商和研究机构对电厂内的两相流量测量进行了大量的研发，已开发和生产出了不少的两相流量检测装置。其中用于煤粉流量测量比较成熟的技术有：利用发射进煤粉管内的微波反向散射原理测量煤粉浓度和速度、基于脉冲超声波束衰减量测量煤粉流速、依据煤粉对b射线或g射线的吸收测定煤粉流量、通过煤粉颗粒碰撞一列金属棒而引起的金属机械振动的监视来间接判定煤粉颗粒的分布、专用静电探头检测煤粉颗粒大小及其分离、采用由低成本的CCD摄像机和激光片发生器构成的数字成像装置判定煤粉颗粒分布。上述产品中应用较为广泛的是新型的基于静电检测原理的ECT(Electrio Cha rge Transfer)煤粉流量在线检测装置，它可以实时、在线提供煤粉流速、煤粉颗粒流动速度和煤粉细度的检测与测量。其制造商主要有ABB、英国PCME公司、芬兰TR-Tech公司和南非ESKOM公司等。有名的锅炉制造商FOSTER&WHEELER和TR-Tech合作推广后者生产的ECT产品，已在国外20多个电厂中应用，其应用业绩中单机容量*大的是美国ARF电厂的950MW切向燃烧锅炉。通过对至锅炉燃烧器的各个风粉混合管内煤量的测量，可监视每个燃烧器的煤粉燃料和风的配比，为锅炉实现以单个燃烧器为基础的均衡、充分、高效燃烧提供有力手段，从而大大减少目前出于环保压力而广为采用的锅炉低NOx燃烧系统所带来的未燃烬碳和污染物排放量；通过所计算出的风粉混合管内煤粉流速值，可推导出各个风粉混合管内的**煤粉量，从而可以检查一次风量是否适当，是否存在堵粉等现象；通过监视煤粉颗粒度的变化，可依此评判磨煤机工作性能的优劣；通过检测各个粉管内煤粉传输中的诸如粉量突增、突减等非稳定煤流现象，可及时获知燃烧性能劣化和压力的波动。ECT流量测量装置不受煤粉种类、湿度、灰份量等的影响。值得禅明的是，ECT测量的是风粉混合物固气两相流中由煤粉颗粒相对运动而引起的电荷值，故ECT也可用于其它固气或固液两相流体的流量测量。

　　2.4.3声波式高温计

　　电厂锅炉炉膛和后炉膛区的温度，矿用杂散电流测试仪智能化，不仅直接反应出其内燃料燃烧强度大小，燃烧过程效率优劣，而且还间接影响锅炉受热面及后续流程(如脱硝、灰份控制等)的正常运行。从电厂**、控制和效率角度来看，炉膛区的温度是十分重要的需运行监视的关键参数。但由于炉膛燃烧区内恶劣的环境和较高的温度，国内电厂一般采用的仅是通过热电偶式烟温探针来进行启动过程的烟温检测，正常运行时不直接测量炉膛温度，而是只测量相应的受热面金属壁温。可见采用常规的温度检测手段是难以实现可靠、准确、连续、在线的炉膛温度监视。

　　国际上一些发达国家在炉膛温度测量方面的研发和应用取得了长足的进步，所采用的测量装置可分为两类，一类是与烟气直接接触的吸入式热电偶高温计，另一类是非接触式基于发射光谱的幅射高温计和声波高温计。其中应用较多、较成熟可靠的是声波高温计，其基本原理是利用在被测介质中声音传播速度和温度的数学关系来测量介质温度。较之其它测温方式具有诸多优点：①是一种可实时测量温度的非接触式测温技术；②所测量的是横贯整个声波传输过程的线式整体温度值；③具有**的精度和谁确性；④其精度不受介质热辐射率不确定性的影响。如美国所推出的声波式高温计，采用超过170dB的高能量声波，在O-3500F(约1927℃)温度范围其测量精度在土1%内，且基本不受噪声的影响。通过这种新型声波温度计，辅之以内嵌先进软件算法的微处理器，可实现大型锅炉炉膛断面的烟气温度测量，从而获得瞬时的温度分布数据，并可用于锅炉的实时运行控制，*大程度地降低故障停炉的机率，同时减少了NOx形成量。此外，所获知的温度信息支持锅炉清洁系统、燃烧器优化、后燃烧污染排放物还原系统，还可用于判定炉膛容积热强度和锅炉总效率等。

　　2.5先进控制和管理软件的应用

　　为了实现对集分布参数、非线性、多变量祸合为一体的流化床锅炉或超／超超临界机组等复杂对象的自动控制，提高机组运行管理水平，降低运行和维护费用，有效提高机组可用率和经济性，国外对于此类输入／输出受限的多变量系统普遍采用了基于模型预测的MPC(模型预测控制)控制策略或DMC(动态矩阵控制)算法，也有的采用模糊控制、神经网络等人工智能算法。对比而言，计算机控制系统在国内电厂已广泛应用，大大改观了电厂自动化面貌，但是计算机控制系统的潜能还没有充分发挥出来。为此，需借鉴国外经验，开发应用效益明显、智能化程度高的优化控制管理软件，以充分利用计算机控制系统的强大功能。

　　国外所采用的电站优化软件主要包括实时过程控制参数钓优化控制软件和保持设备、系统经济高效运行的优化管理软件两类。**类软件的突出特点在于实时、在线和闭环控制功能，主要用于机组负荷变化过程，减少主要过程参数动态偏差和被调量的时间延迟；**类软件的特点在于它注重运行的经济性、对设备或系统的开环分析能力及系统管理、决策支持功能。优化控制软件主要有机炉协调优化控制、蒸汽温度优化控制、DCS报警功能优化等。优化管理软件主要有能量管理软件、设备及系统性能优化软件、过程信息统计分析软件、设备资源管理软件等。

　　目前，国外大部分DCS供货商均可提供功能较完善并有应用业绩的众多电厂优化控制管理软件。其**能完善、应用较多的优化软件有siemens公司的Sienergy系统、ABB公司的optimax系统、Alstom公司的Optiplant＋等。虽然这些软件包单项价格较高，但从取得的经济效益和回报率看，增加这些投资是值得的。如西门子公司的凝结水节流控制模块(COT)软件包价格虽高达约人民币200万元，但采用该软件包可提高机组热效率0.5%~1.0%。对2台600MW机组而言，年运行5500h，发电标准煤耗0.296kg/(kW.h)，机组热效率41.554%，若机组参与电网调峰，每年可节煤2100t-4200t/每台机组，煤价若按300元/t计，可节约燃料费63万元～126万元／每台机组，约1年左右即可收回初投资；若是带基本负荷并具有一定调峰能力，可望在2-3年收回初投资。另外如ABB公司的OPtimax实时优化软件包，专用于改善电厂的运行和维护，据称可降低电厂热耗1%，提高电厂可利用率1%。pegasus技术公司的Neusight系统在一台500MW机组上应用时，在低负荷时可降低55%的NOx排放，在满负荷时可降低23%的NOx排放，同时可减少飞灰含碳量30%，虽然CO排放量从10ppm升到了210ppm。

　　2.6其它趋势

　　**相关系统：随着社会日趋进步、矿用杂散电流测试仪智能化，法律法规的日益严格，电力生产**的重要性显而易见，过程**运行是电力自动化系统的首要目标。随着IEC61508、IEC61511等**标准的制订，锅炉炉膛**保护系统和汽机紧急停机保护系统等开始愈来愈多的采用经过认证的SIS**相关系统。

　　远程I/O和分步式I/O：基于电子设备可靠性的提高和通讯技术的进展，为了节约工程建设投资，对未采用现场控制系统FCS的场合，大量应用现场远程I/O和分步式I/O技术。

　　状态检修：采用AMS(设备资产管理系统)，根据先进的状态监视和诊断技术提供的设备状态信息，判断设备的异常，预知设备的故障，将设备故障检修方式提升为设备状态检修这一先进科学的检修管理方式，以有效克服定期检修所带来的问题，提高设备的**性和可用性。

　　全IP结构：国际自动化领域正在向全IP结构过渡。一是为了满足逐渐增多的数据吞吐量，工业控制系统上层网采用以以太网为基础的网络架构渐成潮流，如工业自动化网络联盟IAONA等多个国际组织正在倡导在工控环境下采用以太网；二是在较低的现场总线层也开始制订基于以太网的现场总线标准，如在IEc61784标准中就包括Ethernet/IP、Profinet、Interbus、Vnet/IP、TCnet、EtherCAT、Powerlink、Modbus TCP和Sercosm等众多基于以太网的工业网络。

　　结论与展望

　　综上所述，电力过程自动化技术发展的主流趋势是：检测控制智能化矿用杂散电流测试仪智能化、控制管理集成化。