（工商管理专业论文）包头市第二热电厂热工自动化战略研究.pdf

摘要 当今的世界是变革中的世界，当今的中国是变革中的中国。电力工业是国 民经济的基础产业和重要的公用事业，随着经济的发展对电力的依赖程度越来 越高，电力产业的发展也越来越为重要。在上世纪8 0 年代末以来，以引入竞 争机制为特征的电力市场化改革在世界范围内展开，我国的电力市场环境也随 着进行变化，陆续进行了厂网分离、竞价上网、以热定电等机制改革，电力工 业市场产生了巨大的变化。如何在这种变革的环境中生存及持续发展，是摆在 每个电力企业面前的重要问题。 企业战略是指企业面对激烈变化、严峻挑战的经营环境，为求得长期生存 和不断发展而进行的总体性谋划。本文通过对包头第二热电厂这样一个老牌电 力企业进行企业发展战略的实证研究，在市场竞争的新格局形成的前提下，引 入战略管理的思想，制定企业的企业战略。首先在明确研究背景及问题提出的 基础上，分析热电企业的优势及包头第二热电厂所面临的挑战，提出了制定企 业发展战略的必要性。然后对包头第二热电厂外部环境、内部环境各种因素进 行全面的分析，并运用“s w o t ”分析法，就企业的优劣势及面临的机遇进行了 分析，制定企业的发展战略。最后根据战略目标制定热电企业战略实施方案， 从企业的人力资源管理、生产运营管理、安全管理、设备管理、企业文化等方 面，给出企业战略制定了具体措施。为企业在未来的市场中占有竞争优势奠定 基础，从而取得长远的经济效益。 关键词：发展战略，s w o t ，竞争 a b s 仃a c t t 0 d a y sw o d di sc h a n g ei nt h ew o d d ，t o d a y sc h i n ai sac h a l l g ei i lc h i n a ，n l e p o w e ri n i l u s 衄i s 也eb a s i so ft h en a t i o n 2 l le c o n o n l y 觚di m p o r t 锄tp u b l i cu t i l i t i e s 讪d u s t r i e s ，诵m 也ee c o n o i n i cd e v e l o p m e n to ft h ei l l c r e 昭i n gd e p e n d e n c eo n e l e c 仃i c i 饥p o w e ri i l d l l s 仃yh a sb e c o m ei n c r e a s i i l 9 1 yi m p o n ；a i l t i nt h e1 a t e1 9 8 0 sh 孙 b e e n 吐屹l r a c t e r i z c db yt h ei n 仃o d u c t i o no fc o n l p e t i t i o nr e f o n n si i lt h ee l e c t r i c i t ) r m a r k e tw i t h i nt 1 1 ec o m e x to ft h ew o d d ，c h i l l 硝se l e c t r i c 时m a r k e te n _ v i r o n m e n t 谢廿l m ec h a n g e sc a i i i e do u ti ns u c c e s s i o n 五的mc h a n gw 撕g 矗m ，b i d d i r 培t 0b ee l e c t r i c h e a tm e c h a l l i s m ss u i 出a st 1 1 er e f o r n lo fp o 、7 l r e ri i l d u s t 呵m a r k e th a dc h 锄g e d 出锄a t i c a l l y h o wt 0s u i v em i sc 1 1 a n g eo fe n v 衲n m e n ta n ds 妣a b l ed e v e l o p m e n ta r e p l a c e di nf b o n to fe v e 巧i l n p 0 姗ti s s u eo fc o i p o r a ：t ep o w e r e n t e r p r i b l l s i i l e s s 鼬r a t e g yi sc h a 啦gt h ef l a c eo fi i l t e n s e ，s e r i o u sc h a l l e n g e so f b l l s i n e s s e n 、，i 1 1 0 姗e n t ， i 1 1o r d e rt oo b t 洳 l o n 哥t e m s u l i v a la n dc o n t i l l 甜 d e v e l o p m e n to fn l co v e r a l ln a h 玳o fp l a 删l i i l g b a s e do nm es e c o n db a o t o u n l e r n l a l p o w e rp l a l l tav 酏e r a nb u s i i l e s se n t e 印r i s e si nn l ed e v e l o p i n e n to fs 咖e g i cp o w e ro f e n 叩i r i c a lr e s e a r c bi i lm ef o m a t i o no fan e wp a 钍e mo fc o m p e t i t i o ni i ln l em 砌( e t u n d e rm ep r e i n i s eo ft h ei n n o d u c t i o no fs 仃a ：t e g i cm a n a g e n l e n tt l l i i t k i n g ，d e v e l o p c o r p o r a t eb u s i n e s ss 缸t e g y f h 髓，ac l e a rb a c k g r o u l l da i l dr e s e 鲫c hi s s u e s ，b 嬲e do n 也ea n a d y s i so fc o r p o r a t es 仃e n 驰sa n db a o t o ut h e m a lp o w e rp l a n to f 舭s e c o n d c h a l l e n g e ，p 眦f o r v 旧r d l en e c e s s i t ) rt 0d e v e l o ps t r a t e g i cb u s i n e s sd e v e l 叩m e n t 1 1 1 e nt h es e c o r l db a o t o ut h e m a lp o w e rp l 锄to ft l l ee x t e m a le n v 拍m n e n t 锄d i n t e m a le i l v i r o n m e n tt oc o i l d u c tac o m p r e h e n s i v ea 1 1 a l y s i so fv a r i o u sf i a c t o r s ，a i l dm e u s eo f s w o t t la n a l y s i s ，也ec o m p a n y ss 仃e n g d l sa n dw e a k n e s s e sa n do p p o r t u l l i t i e s f - a c e db ya na n a l y s i st od e v e l o pb u s i i l e s sd e v e l o p n l e n ts 仃a t e 西e s f i n a l l ma c c o r d i l l gt o g 眦g i co b j e c 垃v e sc o m b i n e di i i l p l e m e n t a t i o no fc o 印o r a t es 位i t e g y ，h l m a nr e s o u r c e m a n a g e m e mn o m m e b u s i i l e s s ，p d u c t i o no p e r a t i o n sm a n a g 锄e n t ，s e c u r i t y m a n a g e m e n t ，d e v i c em a n a g e m e n t ，c o 印o r a t ec u l t u 】呛，e t c ，g i v e nc o i p o r a t es t r a t e 黟t o h d e v e l o ps p e c i f i cm e a s u r e s 1 1 1t 1 1 e 向t u r em a r _ k e tf o rm ec o m p a l l yac o m p e t i t i v e a d v a i 】t a g ei nl a y i n g 吐1 ef b u i l d a t i o nt oa c l l i e v e1 0 n g - t e 锄e c o n o i l l i cb e n e f i t s k e yw o r d s ：d e v e l 叩m e ms n - a t e g y ，s w o t ，c o r n p e t i t i o n i l i 第一章引言 1 1 选题背景 第一章引言 本课题是根据北方联合电力公司目前的实际发展需要和要求而开展的。近 几年，随着北方经济的快速发展，对电力的需求也在不断增加。达旗、上都等 一批新型电厂的建立，一方面缓解了当地日趋紧张的供电形势，另一方便对发 电企业的安全稳定运行提出了更高的要求，如此快速的建设速度与现有运行、 检修人员的数量和素质不相匹配。 企业的发展离不开战略的指引，要在不断变化的市场竞争环境下生存及发 展，就需制定切合本企业特点的战略规划及战略目标，对企业所处的环境进行 分析，明确企业的发展规划，并制定企业战略的保障措旋，以保证企业的不断 发展。电力行业是国家的支柱产业，是保障民生的基础。近几年，由于受到人 民生活及工业的不断发展，对电力的需求增加，同时由于区域用电需求的不同， 实行了竞价上网、以热定电的措施，加速了电力企业内部的行业竞争。同时在 “十一五 后，国家实行能源体制改革，提倡清洁能源的开发利用，各发电行 业面临着一个全新的生产经营环境，传统垄断条件下的经营方式已不适于新形 势的需要，火力发电企业如何根据市场条件的变化调整发展战略、转变经营机 制，实施低成本方略、强化内部精细管理，因势利导、趋利避害，制定最优的 资本运营、成本控制及资产保值增值策略，获取最大的企业利润，指导企业生 产经营活动，己成为发电企业发展的根本。 因此在本文中以战略管理理论为基础，结合实际情况，对包头第二热电厂 的后发展问题进行分析研究，制定发展战略，同时运用发展战略的方法对包头 第二热电厂初步建立一套适合热电厂的发展战略，充分利用现有人员、设备， 挖潜增效，科学管理，并希望以此能够推动包头第二热电厂的经济效益更上一 个新的台阶。对于包头第二热电厂这样的老企业，历经了三个阶段的扩建，机 组的可发展能力空间越来越小，而面对形势进行战略规划是企业长远发展的基 础，是企业管理规范化，成为真正市场化企业的必要管理行为。 第一章引言 1 2 研究意义 为了提高包头第二热电厂发电的稳定性和可靠性，减少集控系统到变电站 之间的维护工作量，提高工作效率，需要对现有控制系统自动化模型以及控制 系统的建设模式进行研究。因此，我们通过对分散控制系统自动化技术的研究， 目标是满足老厂新运的彻底转变，以及适合现阶段由于用电紧张，华能集团对 电厂发电质量制定的更高标准，从而达到提升发电技术水平，更高的做到华能 集团提出的绿色发电企业的最终目标。 具体体现在以下几个方面： 1 、厂内主控单元机组的运行可靠性要得到大幅提高，正式运行时故障率降 低。 2 、机组运行的工作量有显著减少。 3 、要在有充分的安全保障下，实现发电设备的远程维护，以减少现场巡检 和维护次数。 1 3 研究思路与内容结构 本论文首先探讨了课题研究的背景及必要性，并分析了电力企业的特点及 热电企业的优势。在第二章中主要是对本文所要研究的分散控制系统做一个简 单的介绍。在第三章中是对包头第二热电厂以及热工自动化在厂内的现状做个 介绍。在第四章节中主要是进行了企业的外部环境分析，先从国家、省内的宏 观环境进行分析，然后从企业的资源环境、市场环境进行分析，找出企业战略 决策所面对的机会和威胁，并列出关键机会与威胁。之后进行企业的内部环境 分析。通过对企业的人力资源、组织资源、生产资源、设备资源能力分析及企 业文化等方面进行分析，找出企业自身的资源优势，并列出关键机会及威胁。 在第五章节中主要是企业发展战略目标的确定。并运用s w o t 分析法根据企业 内外环境分析的结果，列出企业的优劣势，明确核心竞争力，以确定了企业的 战略定位。在第五章节主要是针对战略目标制定热电企业战略实施措施。即从 企业的人力资源管理、生产运营管理、安全管理、设备管理、财务管理、企业 文化等方面，给出企业战略实施措施。为企业在未来的市场中占有竞争优势奠 定基础，从而取得长远的经济效益。 2 第二章热工自动化系统( d c s ) 简介 第二章热工自动化系统( d c s ) 简介 2 1 散控制系统d c s 2 1 1d c s 系统的主要功能 ( 1 ) 数据采集和处理系统( d a s ) 快速准确地反映机组参数、设备状态、工艺报警、性能指标，为操作员提 供准确的操作依据。 ( 2 ) 模拟量调节系统( m c s ) 主要实现汽包水位、主汽温度、炉膛压力、给煤控制、一次风量、二次风 量、料层差压、炉膛差压、轴封压力、凝汽器水位、除氧器水位压力调节。由 于循环流化床锅炉的燃烧因其强耦合、大滞后、热惯性大等特点，与常规的煤 粉炉有很大的不同，因此笔者在总结大量现场经验的基础上构造了循环流化床 机组燃烧控制方案。 给煤量调节系统 ， 通过调节给煤量和配风来控制主蒸汽压力，以满足机组的运行要求。由于 给煤量是影响床温的重要因素之一，在构造给煤量调节系统要将负荷指令、主 汽压力、床温的影响也纳入控制方案中。床温增加减小给煤量，床温降低则增 大给煤量。由于循环流化床锅炉运行时床温可以在一定范围内波动，故在主汽 压力控制方案中设置了不调温死区，即床温在该死区内时不改变给煤供给 量。同时由于氧量直接反映了炉膛内燃料与风的配比，因此方案中利用氧量校 正给煤量。由于主蒸汽流量变化直接反映了机组的负荷变化，故在控制方案中 把主蒸汽流量信号经过函数运算后直接加到控制输出上，通过前馈形式提高系 统的响应速度。 一次风量调节系统 一次风量控制采用串级控制系统，主汽压力为主调、一次风量为副调，其 运算结果去控制一次风门挡板开度，以调节送入炉膛的一次风量。一次风量测 量值是在考虑了温度修正和压力修正后才送入p i d 中进行运算的。锅炉负荷指 3 第二章热工自动化系统( d c s ) 简介 令在进行处理时，需要考虑煤质的特性及负荷变化情况。煤种不同时，助燃空 气量会有所不同。同时负荷变化时一次风量占总风量的比例也会发生变化。同 时由于一次风对锅炉床温具有调节作用，故在构造一次风量调节系统时也考虑 了床温修正。如果床温偏高，在一定范围内可增大一次风量。如果床温偏低， 在一定范围内可减少一次风量。由于床温主要靠给煤控制，一次风量不作为调 节床温的主要手段，故在一次风量控制系统中床温信号仅作为修正信号。 二次风量调节系统 二次风量控制采用串级控制系统。烟气含氧量测量值与给定值一起送入主 调中进行p i d 运算，其结果作为副调的给定值与二次风量测量值进行p i d 运算， 运算结果经限幅及手操控制后控制二次风量调节系统的执行机构，以使二次风 量满足机组运行要求。由于给煤量变化到烟气含氧量变化需要一段时间，故在 二次风量控制方案中直接对给煤量进行处理，把其结果作为前馈信号加到控制 输出中，以提高控制系统的快速响应性。在对给煤量进行处理的函数中，考虑 了燃料空气比例、负荷影响及一次风量等因素，其运算结果直接叠加到p i d 运 算的输出上。 引风量调节系统 在引风量调节系统中，炉膛负压测量值经过惯性延滞处理后与给定值一起 送入p i d 中进行运算，运算结果动作引风机执行机构，从而控制炉膛负压满足 机组运行要求。炉膛负压过程值采取两点取平均值的办法进行处理。由于一次 风量和二次风量发生变化时，需经过一段时间炉膛负压才发生变化，故在引风 量控制系统中直接把一次风量与二次风量之和作为前馈信号送入p i d 控制输出 中，以提高一、二次风量变化时控制系统响应的快速性。 ( 3 ) 顺序控制系统( s c s ) 通过d c s 的组态环境，实现了所有辅机及设备的启停顺序和联锁，从而提 高了机组运行可靠性和降低运行人员劳动强度。运行人员可通过操作员站的c r t 和键盘对有关设备进行操作，同时有关设备的运行状态也可在c r t 上显示。c r t 上还显示有关设备的启动条件、状态等帮助信息，为运行人员提供运行指导。 对同一设备，开、关指令之间设计成相互闭锁，不允许同时发出。根据工艺系 统运行方式，s c s 被划分成以辅机为单位的功能组，每一子功能组执行某一特定 功能，以实现成组操作和程序启停，并具有联锁保护功能。 ( 4 ) 锅炉安全监视保护( f s s s ) 4 第二章热工自动化系统( d c s ) 简介 包括燃烧器控制系统( b c s ) 、燃料安全系统( f s s ) ，完成锅炉程控点火、 燃烧器管理和炉膛安全保护的所有功能。 ( 5 ) 汽机保护系统( e t s ) 采用p l c 实现汽机保护的所有功能，并通过p r o f i b u s d p 与d c s 系统通讯， 实现e t s 系统的远程监视和跳闸记录，以便更加准确、直观地分析跳闸原因。 2 1 2 变频技术的普及应用与发展 变频器作为控制系统的一个重要功率变换部件，以提供高性能变压变频可 控的交流电源的特点，前些年在火电厂小型电机( 如给粉机、凝泵) 等控制上 的应用，得到了迅猛的发展。由于变频调速不但在调速范围和精度，动态响应 速度，低速转动力矩，工作效率，方便使用方面表现出优越性，更重要的是节 能效果在经济及社会效益上产生的显著效应，因此继一些中小型电机上普遍应 用后，近年来交流变频调速技术，扩展到一些高压电机的控制上试用，如送、 引风机和给水泵电机转速的控制等。 因为蕴藏着巨大的节能潜力，可以预见随着高压变频器可靠性的提高、一 次性投资降低和对电网的谐波干扰减少，更多机组的风机、水泵上的大电机会 走向变频调速控制，在一段时间内，变频技术将继续在火电厂节能工作中，扮 演重要角色。 2 2 通信网络系统 d c s 各级之间的信息传输主要依靠通信网络系统来支持。通信网分成低速、 中速、高速通信网络。低速网络面向分散过程控制级；中速网络面向集中操作 监控级；高速网络面向管理级。 用于d c s 的计算机网络在很多方面的要求不同于通用的计算机网络。它是 一个实时网络，也就是说网络需要根据现场通信的实时性要求，在确定的时限 内完成信息的传送。 根据网络的拓扑结构，d c s 的计算机网络大致可分为星型、总线型和环型结 构三种。d c s 厂家常采用的网络结构是环型网和总线型网，在这两种结构的网络 中，各个节点可以说是平等的，任意两个节点之间的通信可以直接通过网络进 行，而不需要其它节点的介入。 5 第二章热工自动化系统( d c s ) 简介 在比较大的分散控制系统中，为了提高系统性能，也可以把集中网络结构 合理地运用于一个系统中，以充分利用各网络结构的优点。 2 3d c s 的功能 由于d c s 是多层体系结构，每层的硬件组成及其完成功能不同，因而相应 的软件系统也会不同。处于高层的d c s 综合信息管理级是一个以数据处理为中 心的管理信息系统，而从自动控制的角度出发，更关心用于底层与中间层的软 件系统，它主要包括控制软件包、操作显示软件包等。 分散过程控制级的控制软件包：用于分散过程控制级的控制软件包为用户 提供各种过程控制的功能，包括数据采集和处理、控制算法、常用运算公式和 控制输出等功能模块。由于构成这一级的可能是现场控制站、p l c 或智能调节器 等不同的测控装置，而且既便是同一种装置但厂家品牌、型号也可能不同，实 际上支持这些硬件装置的软件平台和编程语言都不相同。归纳起来有图形化编 程( 又分功能块图、梯形图、顺序功能图) ，文本化语言( 又分指令表和结构化 文本) ，面向问题的语言( 又分填表式和批处理两种) 和通用的高级语言( 又分 v b 、v c 等) 等多种。 2 4d c s 的特点 与一般计算机控制系统相比，d c s 具有以下几个特点。 l 、硬件积木化 d c s 采用积木化硬件组装式结构，如果要扩大或缩小系统的规模，只需按要 求在系统配置中增加或拆除部分单元，而系统不会受到任何影响。 2 、软件模块化 d c s 为用户提供了丰富的功能软件，用户只需按要求选用即可，大大减少了 用户的开发工作量。 3 、通信网络的应用 通信网络是d c s 的神经中枢，它将物理上分散的多台计算机有机地连接起 来，实现了相互协调、资源共享的集中管理。通过高速数据通信线，将现场控 制站、操作员站、工程师站、监控计算机、管理计算机连接起来，构成多级控 6 第二章热工自动化系统( d c s ) 简介 4 、可靠性高d c s 的可靠性高，体现在系统结构、冗余技术、自诊断功能、 抗干扰措施和高性能的部件。 2 5 包头市第二热电厂自动化系统 一个火电厂有1 0 几个辅助车间，国外已有通过网络集中到1 个控制室进行 集中控制的做法。过去国内都是一个辅助车间内由p l c 和上位机构成一个网络， 在车间控制室内控制。目前趋向于采用适度集中控制的方案，例如全厂形成煤、 灰、水3 个网络、3 个监控点，待今后条件成熟时再减少控制点。辅助车间网络 通过网关连接到上层网厂级s i s 网，不推荐连接到单元机组d c s 网，再将 信息引到s i s 网的做法，因为这样增加了d c s 负荷，降低了单元机组监控可靠 性，很难处理单元机组公用车间运行管理不同的矛盾，而且单元机组对大量辅 助车间信息也没有需要。至于2 个单元机组公用的厂用电系统和循环水泵房， 则可设置公用d c s 网，单元机组d c s 相连接，实现每台单元机组d c s 对它的监 控。 分散控制系统问世时，当时开发者有2 大派，一派以欧洲的公司为主，他 们根据过去集中计算机控制故障集中的弊病，提出d c s 应按控制功能彻底分散 的原则开发，因此推出d c s 中的控制器容量很小，往往控制1 2 个回路，与传 统单回路控制器类似；另一派以美国和日本的公司为主，他们走中间道路，采 取适度分散原则。起初欧洲派由于符合原先人们的习惯，受到一定程度欢迎。 但是随着时间推移，这种方案最终被淘汰了。现在连当时创导这种思想的d c s 公司也纷纷抛弃原来那种型式的所谓控制功能彻底分散思想；而推出适度分散 的d c s 产品。 纵观这一段d c s 发展史，结合火电厂单元机组控制系统的特点，d c s 功能配 置将与物理配置走正好相反的方向，正在趋向再适度集中一点的方向发展。因 为：首先，单元机组各个控制系统问有着千丝万缕的信号联系，一对控制器故 障，往往会导致另一对控制器因没有正确的联系信号而不能正常工作，甚至误 动；其次，由于目前大多没有常规后备监控制设备，因此，对于大部分重要控 制器，只要其中一对控制器故障，可能就要被迫停机，而过多的控制器实际上 反而增加了故障停机的概率；再次，目前控制器容量和速度均大大提高，多个 相互联系密切的控制系统集中在一对控制器中，反而因内部信息交换方便而提 7 第二章热工自动化系统( d c s ) 简介 相互联系密切的控制系统集中在一对控制器中，反而因内部信息交换方便而提 高可靠性。目前有的公司推出的d c s ，c p u 采用2 x 2 冗余( 由于计算机技术发 展，成本增加很小) ，可靠性进一步提高。 综上所述，根据电厂特点，应当在提高每一组控制器的可靠性上下功夫， 例如采用按照i e c 6 1 5 0 8 功能安全原则设计的控制器；c p u 采用2 2 冗余或三重 冗余；必要时甚至对部分i 0 采取冗余等。而在控制器容量和速度允许情况下， 可以合理地配置控制器( 按工艺功能区配置；关系密切的控制系统纳入同一控 制器等) ，适当提高功能配置的集中度。 控制和处理功能中的单个驱动器的逻辑控制功能正在靠近，甚至嵌入驱动 器中倒是一个非常明显的发展趋势，这本质实际上是将d c s 的驱动逻辑模件放 在现场驱动器附近，或者开发内嵌驱动逻辑功能的智能驱动器，通过d c s 的i 0 总线或现场总线，与控制室内控制器相连，从而大大减少电缆和提高可靠性。 因此，这不是f c s 的独创。对于简单的功能相对集中的控制系统，采用f c s 的 控制和处理功能彻底分散到现场智能仪表中，而后纳入d c s 的方案，预计经过 一段时间发展后，将会受到欢迎。 f c s 的全数字化通信将引起真正的革命。传统d c s 的一个致命弱点是，它可 以控制和监视工艺过程，对自身进行诊断、维护和组态。但是，由于其i 0 信 号采用传统的模拟量信号，因此，它无法在d c s 的工程师站上对现场仪表( 变 送器、执行机构等) 进行远方诊断、维护和组态。f c s 的现场总线和全数字的现 场总线智能化仪表熔入d c s 后，将彻底解决这个问题。d c s 公司也意识到了这点， 目前已有一些d c s 可以在控制器下层的现场总线上连接现场总线智能化仪表， 实现全数字化通信。但是，在d c s 工程师站上对现场仪表进行诊断、维护和组 态的功能目前都只处于开发阶段。因此，不赞成f c s 取代d c s 的提法，更确切 的提法是，未来现场总线智能化仪表和f c s 概念将熔入d c s 中，推动d c s 功能 进一步发展，使用户的配置方式更加灵活。 8 第三章包头市第二热电厂热工自动化的现状评述 第三章包头市第二热电厂热工自动化的现状评述 3 1 包头市第二热电厂简介 内蒙华电包头第二热电厂位于内蒙古自治区包头市青山区厂前路，是国家 “一五”计划、由原苏联援建的1 5 6 个重点项目之一，也是内蒙古自治区第一 座高温高压热电厂。到上世纪6 0 年代末期形成了五机六炉2 0 万千瓦装机容量， 为内蒙古西部最大的主力发电企业；1 9 8 6 年扩建两台1 0 万千瓦机组，并根据供 热需要增建一台2 5 万千瓦背压机组，全厂装机容量达到4 2 5 万千瓦装机容量， 担负着向电网供电、向内蒙古一机厂、二机厂提供工业蒸汽以及向包头市青山 区城区进行集中供热的任务。1 9 9 4 年进行股份制改造组建内蒙古蒙电华能热电 股份有限责任公司，在上海证交所上市( 交易名称：内蒙华电) ，以稳定的经营 业绩通过市场融资等资本运作方式实现了低成本扩张，目前包头第二热电厂成 为内蒙华电下属的发电厂之一。 随着国家电力体制改革，2 0 0 4 年年初北方联合电力有限责任公司组建，内 蒙华电划归北方联合电力有限责任公司。包头第二热电厂作为所属单位，抓住 机遇，实施以大代小、热电联产，谋求可持续发展，于2 0 0 4 年1 0 月完成2 2 0 万千瓦供热机组的建设任务，使企业的发电及供热能力得到稳定和提高，企 业固定资产达到2 4 4 亿元，2 0 0 7 年5 月也完成2 3 0 万千瓦机组建设任务。2 0 0 6 年完成老机组全部退役工作，目前，全厂装机容量达到1 0 0 万千瓦装机容量， 老企业实现了脱胎换骨，跨上一个崭新的发展平台。 北方联合电力公司跨入华能集团公司管理序列，给企业带来了新的发展机 遇。作为电力企业较老的一家企业，包头第二热电厂的自动化的起步也是很早 的。但因为长期垄断经营使电力企业管理自动化缺乏市场竞争的压力，一直以 来只是采用半自动化，而对自动化的程度有所忽视，包头第二热电厂也不例外， 最早的计算机中心还是只负责生产自动化系统的维护工作的。随着电力改革的 不断深入，为了适应电力可持续发展的需要，电力企业自动化重点也在变化和 发展，由电力生产过程自动化向企业管理、经营和决策自动化发展；企业内部 管理向为企业市场环境下的竞争和经营运营、优质服务发展；由自动化基础工 9 第三章包头市第二热电厂热工自动化的现状评述 程建设向自动化应用系统的开发和建设发展。自动化已经成为电力发展不可或 缺的组成部分，是决定电力能否实现可持续发展的关键因素，也成为包头第二 热电厂战略发展中最重要的一个目标。一些重要的自动化应用系统，发电厂级 别监控信息系统( s i s ) 等信息化应用系统逐步建设，网络安全系统成为重点建 设项目之一。因此，电厂的组织机构和职能也发生了相应的变化，电力生产自 动化转由热工车间负责建设，调度自动化由继电保护室负责建设。 3 2 包头市第二热电厂热工自动化现状分析 包头第二热电厂d c s 系统以2 0 万3 0 万集控为中心，通过光纤主要连接中 央交换机与电气车间、锅炉车间、化学车间、热工车间、汽机车间、2 0 万机、 3 0 万机，八个点的二级交换机，构成星型以太网络结构的千兆网主干作为硬件 支撑。 2 0 世纪末，d c s 在国内燃煤机组上应用时，其监控功能覆盖范围还仅限d a s 、 m c s 、f s s s 和s c s 四项。即使在2 0 0 4 年发布的q d g 卜k 4 0 卜2 0 0 4 火力发电厂 分散控制系统( d c s ) 技术规范书中，d c s 应用的主要功能子系统仍然还是以 上四项，但实际上近几年d c s 的应用范围迅速扩展，除了一大批高参数、大容 量、不同控制结构的燃煤火电机组( 如浙江玉环电厂1 0 0 0 m w 机组) 的各个控制 子系统全面应用外，脱硫系统、脱硝系统、空冷系统、大型循环流化床( c f b ) 锅炉等新工艺上都成功应用。可以说只要工艺上能够实现的系统，d c s 都能实现 对其进行可靠控制。 随着二电厂将电气发变组和厂用电系统的控制( e c s ) 功能纳入d c s 的s c s 控制功能范围，e t s 控制功能改由d c s 模件构成，d e h 与d c s 的软硬件合二为一， 以及一些机组的烟气湿法脱硫控制直接进入单元机组d c s 控制的成功运行，标 志着控制系统一体化，在d c s 技术的发展推动下而走向成熟。由于一体化减少 了信号间的连接接口以及因接口及线路异常带来的传递过程故障，减少了备品 备件的品种和数量，降低了维护的工作量及费用，所以近几年一体化控制系统 在不同容量的新建机组中逐渐得到应用，控制系统一体化的实现，是电力行业 d c s 应用功能快速发展的体现。排除人为因素外，控制系统一体化将为越来越多 的电厂所采用。 随着电子技术的发展，近年来d c s 系统在结构上发生变化。过去强调的是 1 0 第三章包头市第二热电厂热工自动化的现状评述 控制功能尽可能分散，由此带来的是使用过多的控制器和接口间连接。但过多 的控制器和接口间连接，不一定能提高系统运行可靠性，相反到有可能导致故 障停机的概率增加。何况单元机组各个控制系统间的信号联系千丝万缕，互相 牵连，一对控制器故障就可能导致机组停机，即使没有直接导致停机，也会影 响其它控制器因失去正确的信号而不能正常工作。因此随着控制器功能与容量 的成倍增加、更多安全措施( 包括采用安全性控制器) 、冗余技术的采用( 有的 d c s 的核心部件c p u ，采用2 2 冗余方式) 以及速度与可靠性的提高，目前d c s 正在转向适度集中，将相互联系密切的多个控制系统和非常复杂的控制功能集 中在一对控制器中，以及上述所说的单元机组采用一体化控制系统，正成为d c s 应用技术发展的新方向，这不但减少了故障环节，还因内部信息交换方便和信 息传递途径的减少而提高了可靠性。此外，随着近几年d c s 应用技术的发展， 如采用通用化的硬件平台，独立的应用软件体系，标准化的通讯协议，p l c 控制 器的融入，f c s 功能的实现，一键启动技术的成功应用等，都为d c s 增添了新的 活力，功能进一步提高，应用范围更加宽广。 二电厂有1 0 多个辅助车间，国内过去通常都是由p l c 和上位机构成各自的 网络，在各车间控制室内单独控制，因此得配备大量的运行人员。为了提高外 围设备控制水平和劳动生产率，达到减员增效的目的，随着d c s 技术和网络通 讯功能的提高，目前各个辅助车间的控制已趋向适度集中，整合成一个辅控网 ( 简称b o p 即b a l a n c eo fp l a n t 的缩写) 方向发展，即将相互独立的各个外围 辅助系统，利用计算机及网络技术进行集成，在全厂i t 系统上进行运行状况监 控，实现外围控制少人值班或无人值班。近几年新建工程迅速向这个方向发展。 燃煤机组b o p 覆盖了水、煤、灰等共1 3 个辅助车间子系统的监控，下设水、煤、 灰三个监控点，集中监控点设在四机一控室里，打破了传统的全厂辅助车间运 行管理模式，不但比常规减员3 0 ，还提升了全厂运行管理水平。整个辅控网的 硬件和软件的统一，减少了库存备品备件及日常管理维护费用。由于取消了多 个就地控制室，使得基建费用和今后的维护费用都减少。一些老厂的辅助车间 也在进行b o p 改造。 3 3 包头市第二热电厂热工自动化存在的问题 1 、关于处理器 第三章包头市第二热电厂热工自动化的现状评述 使用d c s 在处理器方面仍有如下表现：冗余处理器的主备切换不正常；处 理器的初始化易引发意外；处理器配置不够，负载较重，风险集中等。 应采取有效措旅，避免冗余处理器切换故障发生。近几年，国内有多个冗 余处理器对未能正常切换而发生故障的案例，有些甚至引起机组跳闸。究其原 因，可能是处理器对抗干扰能力差，或系统安装、连接不合格，或其它原因。 检修、维护中应特别注意在机组停运时对有“前科”的处理器对的测试、观察、 状态跟踪。在接地系统、电源配置、网络连接中排除可能产生的干扰因素，控 制系统区域应具备防止干扰措施，如i 0 通道的隔离、良好的电缆屏蔽和合理 的电缆走向、“关闭手机”的警示等。 处理器的配置应满足分散度要求、负荷率要求，并能兼顾系统相对独立完 整的要求。处理器的数量常常因商务原因而配置偏紧，导致分散度不够或负载 较重。一些d c s 在投运后出现画面刷新慢，通讯速度慢，甚至处理速度不一致 而导致错误逻辑关系等常常是处理器负载过重引起。有些d c s 为降低处理器负 载，均衡处理任务而放弃工艺、功能划分原则。总而言之，充裕的处理器余量 是必要的，不能因节省经费或市场竞争而影响系统性能。在一些d c s 中，( i 0 ) 子模件智能化程度较高，具有逻辑处理功能，实际应用中这种子模件常常与主 ( 大) 处理器一起分担控制处理任务。由于子模件一般不做( 也不易实现) 双 重冗余配置，对子模件控制任务的分配应特别慎重，重要的控制任务最好由主 处理器完成。由子模件完成重要控制任务( 有时考虑到速度因素) 时，可考虑 采用双重或三重冗余( 三取二方式) ，在模件输入输出端做处理。 重视机组运行中的处理器初始化：注意系统维护，尽可能避免机组运行中 出现处理器初始化( 可能因在线组态下装造成；可能因处理器不正常主备切换 导致重启造成；也可能由干扰或其它不明原因引起) 。设计中应重视初始化参数 的选择( 工程应用中常被“默认”而过，缺乏仔细研究) ，一般选择维持原状态， 特别注意尽量避免触发除报警外的“动作”，如果触发动作应确保在任何状态是 朝向安全的。 2 、通讯接口 随着计算机网络与通讯技术的发展，d c s 与其它系统的通讯也越来越容易， 但近年来国内还是有因通讯问题导致或诱发机组跳闸甚至扩大至设备损坏的案 例( 不再详述) 。笔者建议：同一厂内不同( 机组或种类) d c s ( 包括共用系统、 辅控系统) 在建立“点信息记录 、“标签名称”等方面应重视总体规划，规范 1 2 第三章包头市第二热电厂热工自动化的现状评述 设计，避免接口通讯中错误的刷新、覆盖；同时应尽量避免机组运行中的通讯 程序修改维护、通讯代码传递。 3 、报警系统 报警系统是人机界面的重要组成部分，同时报警系统涉及的数据信息量多 面广，常常是导致d c s 通讯故障甚至处理器、操作站“死机”的祸根。报警系 统的设计是目前d c s 应用( 特别是老机组d c s 改造项目) 的薄弱环节。“报警 信息多”是很多机组d c s 的通病( 也是“老病”) 。除设备原因外，不合理的报 警内容使得报警系统异常繁琐。由于“报警信息多”，d c s 最基本的“列表报警 功能也因“不实用”而被冷落。在“光字牌”取消后，一些d c s 设计了形式类 似的报警画面“软光字牌”，形式比较贴近运行人员，对运行操作有一定帮 助。但“软光字牌”设置较多( 据了解有个别3 0 0 m w 机组软光字设置数量达6 0 0 一7 0 0 点) 时，运行人员过分倚重，“列表报警”中的其它信息( 如时间、报警回归等) 易遭忽略。 对于老机组的报警内容应从工艺角度认真筛选、审查，从控制系统角度部 分报警内容也需优化调整。智能化、动态的报警系统很早被提出而一直未落实、 实践。如：同时出现相关报警，只显示真正原因( 其它可查找) ，而不列出全部 报警条目，实现报警智能化；报警状态、参数的设置与设备( 机组) 运行状态 密切关联，实现动态化报警。真正使报警系统有效发挥作用，是目前d c s 设计 应用需不断研究、探讨的课题。 4 、保护投切设置 技术规范明确要求“保护和闭锁功能应是经常有效的，应设计成无法由控 制室人工切除。”机组最初就采用d c s 作为热控系统的，基本没有“保护投切设 置”。热控系统改造为d c s 的机组，“保护投切设置”较为普遍。设置原因有设 备问题( 检修频繁) ，也有思想原因。用户为稳妥，往往最终选择维持旧的运行、 维护方式与习惯。 “保护投切设置”要严格控制数量，不能以切除保护遮掩( 掩盖) 设备问 题，回避管理问题，更不能因为保护频繁动作而切除保护。有些d c s 改造项目 设计，以设备故障多，检修频繁为名，不仅对机组主保护、重要辅机保护条件 设置“投切”，进而延伸到一些联锁条件也设置“投切”。数量庞大的“保护投 切设置”，偏离了最初设计意图，使得“投切”操作频繁，增加了故障因素及管 理难度，对切除条件的相关监视也增加了操作员监控强度，难免使一些保护条 1 3 第三章包头市第二热电厂热工自动化的现状评述 件形同虚设。 对有限数量的“保护投切设置”，应加强投切操作管理( 有以“软工作票” 形式设置授权的设计实例) ，严格按申请、授权、监视、切除、恢复、记录、报 告等程序实施操作。切投保护条件，要有相应措施，要注意相关参数、状态的 监视，避免机组( 设备) 失去相应保护。 保护投切设置要由合理、科学的逻辑背景支撑，如切除操作应有确认过程， 切除的保护应设置相应警示等。 5 、电源 模件柜( 包括处理器柜) 供电可靠：一般有专用电源模件( 配电柜分散供 电) ，采用双重热备、矩阵、“n + 1 ”等多种方式供电，各机柜也能做到独立供电， 可靠性高。工程师站、操作员站供电是d c s 系统供电的薄弱环节：常常1 路 ( 2 2 0 v a c ) 电源供操作站或2 路( 2 2 0 v a c ) 分别对一半数量操作员站供电，l 路 ( 2 2 0 v a c ) 供工程师站及其打印机等，对每台站而言实际供电为单路。少数d c s 采用交流电源切换装置，可实现双路交流电源冗余切换( 切换时间在3 0 m s 内) ， 提高了工程师站、操作员站供电可靠性。 系统冗余供电的要求涵盖了工程师、操作员站，对其供电建议选用可靠性 高的交流电源切换装置。独立配置的中间继电器柜典型设计为每面机柜设2 只 电源模块，通过高选供继电器线圈。有些设计为降低成本，直流电源集中布置， 还有单路供电等均应在设计、应用中避免。变送器、电磁阀供电应尽量独立， 分散。d c s 电源系统( 包括关系密切的外围供电) 的监视、报警不容忽视，冗余 供电的单路失电即应报警、提示。 6 、接地 不同型式的d c s 系统对接地要求不同，但归根结底是满足“一点接地”的 要求。整个接地系统最终只有一点接到接地网上，并满足接地电阻的要求。d c s 系统的接地要求应该是确定的、完整周全的，不能为迎合用户的不同要求而改 变。电厂环境下，要求d c s 有较强的抗干扰能力，用户希望接地方式及接地电 阻的要求宽松些。 7 、关于大屏幕 图像拼接系统的出现，丰富了大屏幕显示功能，使大屏幕与d c s 通讯简单 化，也使其它视频信号方便接入，特别是醒目的显示效果，常使其成为控制室 的“亮点”。大屏幕的使用原本想减少操作站( 含显示器) 数量，但实际应用中 1 4 第三章包头市第二热电厂热工自动化的现状评述 常缘于对大屏幕质量的信任度( 同时运行成本高) 不够而无法实现，使得大屏 幕成为d c s 的装饰、点缀。原本依赖于大屏幕的设计，如老机组改造中运行人 员特别看重的火焰监视图像、水位监视图像等采用视频信号直接接入大屏幕而 取消工业电视，大屏幕专用画面或报警信息的设计等，因大屏幕无法与普通显 示器同样持续运行而陷入尴尬。大屏幕的设计选用应慎重，应选用可长期连续 运行的产品，否则就放弃。 8 、重视运行人员培训，减少误操作 一些案例表明，运行人员对d c s 了解不够，或受夸大宣传的影响，高估d c s 功能，有甚者将d c s 误认为“万能”的“黑匣子”。由此引发一些低级的操作错 误，实在应该避免。 1 5 第四章包头市第二热电厂自动化战略环境分析 第四章包头市第二热电厂自动化战略环境分析 电厂热工自动化是在火力发电的道路中慢慢发展而来的，自动化的发展也 为我国的电力事业提供了有效的基础。目前，我国在火力发电加强了技术改革， 现阶段的电厂热动自动化已经得到了很大的发展。随着世界高科技的飞速发展 和我国机组容量的快速提高，电厂热工自动化技术不断地从相关学科中吸取最 新成果而迅速发展和完善。 4