六十年回往

——记火电厂自动化技术的发展历程

李子连

    电厂自动化系统对发电机组来说，相当于一个人的大脑、耳目和手足，它是顺应发电机组的发展而进步的。以火电厂主机组为例，我国从20世纪50年代初制造出第1台中温中压6MW汽轮机发动机组开始，在引进苏联技术的支持下，不断创新，生产出高温高压50MW、100MW、200MW、300MW汽轮发电机组。80年代，又在引进美国技术的支持下，生产出亚临界300MW、600MW汽轮发电机组。21世纪以来，在与国外厂商技术合作的前提下，生产出超临界600MW～1000MW汽轮发电机组，并建成、投产电厂。主机组技术的发展，带动了火电厂自动化技术的发展和提高。

   一、建国初期雄心勃勃，“文革”十年无法出力

   20世纪50年代初，电厂的机组容量小，自动化系统简单，热力、电气系统为母管制，在锅炉与汽轮机附近设置仪表盘，由人工操作，即可满足锅炉、汽轮机启停和正常运行的要求。发电机、主变压器等控制则在主控制室内进行，此种方式称为就地控制。

   50年代中期，从东德和捷克进口了2×50MW机组，分别安装在保定热电厂和唐山发电厂，因热力系统为单元制（一炉对一机），采用了二台机组（炉机电）在一起的集中，主要参数为自动控制，其他为远方操作。

   大跃进时期，毛泽东发出“超英赶美”号召。1958年，北京高井电厂设计安装了当时国产单机容量最大的100MW汽轮机，热力系统按单元制设计。考虑到炉机电已成为一个整体，因此自动化系统设计中首次提出2 台机组在1个控制室进行集中控制，并按机电值班员、锅炉值班员方式配置控制盘，得到电厂领导的支持。电厂领导也对运行管理体制按单元制机组的特点，大胆改革为运行分场和检修分场制，分别负责机组的运行与检修。高井电厂的实践证明，集中控制方式有利于炉机电之间的联系，便于机组启停，事故处理和正常负荷的调节，受到厂领导与运行人员的欢迎。

   与此同时，全国各地建设的单元制机组也采用了集中控制设计，但由于受母管制电厂运行习惯的影响，在管理上仍沿袭炉机电分场制，由此带来一系列问题，如控制室人多，交接班或检修时人更多且乱等。一些电厂对炉机电集控方式提出不同意见，“文革”期间，有的电厂倒退到将电气与机炉控制分开来，仍按母管制电厂模式设电气主控制室。

    60年代，美国电厂开始研究应用计算机。1964年，电力部组织力量在上海南京电厂已运行的12MW机组作应用计算机试验，以后还多次在老厂的大机组（200MW）上作科研应用试验。1965年批准高井电厂新建3号机组（100MW）作为应用计算机的工程试点，实现对机组的数据采集与处理（DAS）和模拟控制（MCS）功能，组成三结合（设计、科研、电厂）设计组在电厂现场进行集中控制与应用计算机的设计。采用的计算机是北京738厂生产的晶体管工业计算机，其可靠性MTBF（平均无故障运行时间）只有50h。当时这两项技术与世界先进技术的发展是同步的。“文革”开始，设计组的骨干被抽调回单位参加运动，计算机的应用留给电厂人员继续工作。1968年投入DAS功能，后因计算机设备落后难以维护，予以拆除，其他两个老厂试点除望亭电厂外也无果而终。

   1969年，受极左思潮的影响，当时水电部领导下令将华北电力设计院设计人员分别下放到内蒙、山西、河北和北京四省（市），成立各省市电力设计院，因力量分散使很多高新技术工作难以开展。

   1975年，周恩来在四届人大上提出“实现四个现代化”，使自动化工作者再次受到鼓舞，感到责任重大。为此，建议部局领导将自动化设计工作者组织起来，总结过去经验，提高设计水平。在全国电力设计同行们响应下，由当时河北院牵头，开展了《热工自动化设计手册》的编写工作，并在1980年完成书稿，1981年由中国电力出版社出版。这是第一本热工自动化设计经验总结的图书，受到广大同行们的欢迎，为满足读者需要多次再版发行。

   在1978年的全国科技大会上，邓小平提出“科学技术是第一生产力”，意味着科学的春天到来。广大科技人员决心再干一场。此时，电力规划设计管理局成立热控（自动化）设计情报网，指定河北电力设计院为热控情报网网长单位，组织各院设计人员交流信息，特别是国外的新技术。藉此机会，由情报网牵头组织有设计、科研、仪表制造人员参加的调查组，对70年代中期成套进口的陡河250MW机组，元宝山、大港300MW机组的热工自动化进行现场调研，编写了《成套进口机组热工自动化调查报告》，提出可供学习的技术和经验。1979年冬，电力规划设计总院调笔者到北京工作，为继续提高自动化设计水平创造了有利条件。

二、改革开放增强活力，发展前进提高水平

   70年代以前，在应用计算机（试用）科研项目的方面花费的资金多，除培养一批计算机应用人才外，其他效果不显著。在电厂设计的自动化项目中，又因主机可控性差，自动化设备落后等原因，真能投入自动的少。当时在电厂流行的是“自动化、不听话”，在领导眼中，自动化是可有可无的，不被重视。当开展节约运动时，首先要求热工自动化设计进行检查，砍掉一些花钱多的先进技术。为使热工自动化技术进步与发展，笔者认识到必须从专业本身入手，做出成绩，转变观念，化解压力，方能轻装前进。

统一思想、鼓舞士气、扭转局面

   1982年夏，电力规划设计总院联合部科技司、生产司共同组织开办“热工自动化工作研讨班”，以《成套进口机组热工自动化调研报告》为基础，组织全国的设计、科研、生产方面自动化骨干参加，进行认真研究讨论，结合国情，提出从进口机组中可供学习的技术和经验。经研究总结得出：重点明确火电厂应用计算机要在新建机组中统一设计，纳入自动化系统中随机组同时投产。在水电部第一次计算机应用工作会议上，明确由电力规划设计总院归口领导管理。其他可用的技术、经验写入研究班纪要，由总院颁发《热控设计补充规定19条》在设计中实施。自此之后，齐心协力，相互支持，共同解决出现的问题，设计工作有了大的提高。

结合国情、实事求是、敢做敢闯

   当时的国情是技术落后，一穷二白，特别是外汇匮乏。80年代初，石横电厂引进美国300MW机组的自动化系统，采用美国Foxboro公司生产的FOX I/A计算机，实现DAS功能，其合同价为170万美元。采用了组件组装仪表SPEC-200，实现模拟量控制（MCS），花外汇约150万美元。显然，要在国产300MW机组上采用计算机和控制设备，依靠进口是不现实的。为迎头赶上国外先进技术，并在国内推广，必须立足国内，自主创新。计算机的应用是带动自动化技术发展的龙头，因此先要抓住计算机的应用。

（1）抓龙头——计算机应用工程试点

    选择好试点电厂和计算机机型，是试点工程成败的关键，当时河北唐山陡河电厂7、8号机组（200MW）正在设计，有纳入自动化系统统一设计的条件，陡河电厂又有应用从日本成套进口250MW机组计算机的经验，电厂领导也积极支持，经有关方面共同研究后，决定以陡河电厂7、8号机组作为试点工程，同时追加预算200万元。

   当时国内可供应的计算机有三种，一为上海福克斯波罗（Foxboro）公司的FOX-300型，但国内尚未生产；二为美国DEC公司的PDP-11，是一种通用机，技术先进，但配套不齐；三为华南计算机公司引进的法国CEM公司Solar-16计算机。通过调查，前两者均需支付外汇，且很难保证工期。Solar-16计算机配套产品较全，又有在法国核电厂的应用经验，不需外汇。从推广应用角度出发，决定摒弃单纯追求先进的观点，先用Solar-16为试点计算机。

    当时，上述机型均没有在电厂的应用软件，Solar-16虽有在核电厂的应用经验，但未引进应用软件，需组织力量开发。经商定以中国电力科学院电厂自动化所为主，东北电力试验研究所参加，组成应用软件开发组。要求应用软件配合计算机的安装、调试工作，能与机组同时投产，为此，多次组织中间检查和试验，及时解决出现的问题。

   试点计算机只实现数据采集与处理（DAS）功能，模拟量控制系统（MCS）仍选用组件装仪表。当时中美合资的上海Foxboro公司可以生产SPEC-200组装仪表。由于过去对国产组装仪表的可靠性不放心，因而在应用中均加装了硬手操器。该公司称SPEC-200不用硬手操器，愿意在国内电厂做试验，可不用支付外汇；陡河电厂也愿意接受，故在陡河7、8号机组上进行试用，实践证明SPEC是可靠的，简化了控制系统，为在300MW机组上推广应用提供了依据。

   1987年，陡河电厂7号机组按期投产。只用了３年时间，完成设计、应用软件开发、硬件配套、安装调试工作，使计算机与机组同时投入。在控制盘上，可从显示器“CRT”监测机组运行参数。一年多的运行、调试与考核，达到了设计要求，可满足生产需要。1988年7月，由水电部和电子部组织技术鉴定，确认Solar-16计算机可以在新建的300MW机组上应用，为国家节省了大量的外汇，同时也救活了花费一亿多元引进的Solar机生产线。Solar机从而列入国家的计算机型谱HN-3000。该项目被电力部评为科技成果一等奖、国家科委科技成果二等奖。

    在进行陡河计算机试点的同时，组织厂家开发应用于200MW机组的微机数采与处理装置（DAS），首先制订了技术规范书，为国内厂家开发生产提供技术条件，满足研发生产微机数采装置的需要。经过2～3年的努力，生产了约十种类型微机数采装置，如电科院的EDPF-1000、电子部六所的CSE-810、新华公司的DAS-300、南京电力自动化设备厂的WSJ-500等。通过试点应用、技术鉴定后，在新建的200MW机组推广应用。

（2）迎头赶上，及时跟踪、掌握DCS技术

    70年代，国外在总结功能集中式计算机系统失败的经验基础上，提出功能分散式的计算机系统，即分散控制系统（DCS）。在陡河电厂计算机试点的同时，及时跟踪国外DCS技术，多次召开会议研究其发展进程和应用技术。1987年2月，组织分散控制系统技术研究班，首先抓住应用DCS中的关键技术——通讯网络，学习通讯技术的基本知识，同时，请国外厂商介绍他们的DCS产品和应用情况。在研究班上提出了应用DCS的原则意见——应用功能、硬件配置，可靠性和模拟仪表的关系、电源与抗干扰等，并对六种分散控制系统如：西屋的WDPF、日立的HIACS-3000、西门子的Teleperm-ME、美国Foxboro的I/A系列、贝利的Infi-90、美国L&N的MAX-1000进行了对比和评价。此时，华东电管局望亭电厂扩建14号300MW机组，要求进行DCS应用试点，经各方商量后批准了该项目，同时向国家申请了外汇使用指标，为向国外采购设备作准备。

   望亭电厂和设计院共同组成谈判组，与外商进行谈判和询价，经性价比后确定采用西屋公司的WDPF进行试点，实现DAS和MCS功能，同样要求DAS功能与机组同时投用。在机组调试中妥善解决有关可控性问题之后，投入MCS功能，经过近５年的努力，达到了设计要求，并进行了验收测试，于1992年由电力部组织技术鉴定，得到了专家组的一致好评。该项目获电力部科技成果二等奖，为300MW及以上机组采用DCS积累了经验。

  “七五”期间，在新建或老厂改造中采用计算机实现监视功能的200MW机组85台（大多为微机数采装置），300MW机组14台，除个别电厂外，大部分为国产Solar-16计算机；采用分散控制系统（DCS）的300MW机组有9台，随华能国际电力开发公司成套进口的300MW机组18台，主要是实现DAS和MCS功能。在改革开放思想的指引下，火电厂应用计算机工作发展迅速，取得了突破性进展，应用水平也在逐步提高。

（3）增加炉膛保护设计，保障锅炉安全

    80年代以前，锅炉厂供应的电站锅炉只有简单炉膛火焰检测器和灭火停炉保护，设备简陋，加上当时发、供电任务非常紧张，保发电重于保安全，造成不少锅炉炉膛爆炸，损失严重。为减少这类事故，在设计中增加了炉膛保护设计，并力促厂家生产炉膛看火工业电视，解决集控室观看炉火焰问题。机械部在引进CE公司的锅炉制造技术的同时，也引进炉膛安全保护设备，仪表局也向美国Forney公司引进炉膛安全保护系统（FSSS）——AFS-1000产品，鉴于当时投资紧张，除安排试点工程外，1000t/h以下锅炉安装简易炉膛保护，1000t/h及以上锅炉安装FSSS。此时，一些单个品种的仪表生产，如开关量仪表、变送器、执行机构等，也借300MW、600MW机组引进技术的东风加快了步伐，为提高自动控制系统的可靠性提供了物质基础。

（4）大胆创新、摆脱控制、研发DEH

    80年代初，机械部从美国西屋引进300MW、600MW汽轮机生产技术，但是没有同时购进汽轮机的数字式纯电调控制系统（DEH），这等于是无头的汽轮机。在国内生产出汽轮机后，还需从美国进口汽轮机控制系统，按当时每台DEH约需200万美元，否则汽轮机是转不起来的。1983年，上海发电设备成套研究所组建以计算机为核心的数字电液控制（DEH）国产化研发中心，研究、试制和生产300MW、600MW机组的DEH。第一台引进技术的300MW机组在湖北汉川电厂试用时，同时使用了第一台国内自主研发的纯电调控制系统（DEH），虽然试运行中遇到过一些问题，但终于把300MW汽轮机开起来，并入电网运行，这是我国汽轮机控制系统发展的一个大飞跃。在90年代多次试用、试验，确认国内制造的纯电调控制系统可靠之后，很快得到推广，不再进口国外的DEH。90年代末期，在老厂大机组技术改造中，普遍采用了DCS实现纯电调的功能，取代原来的电液并存系统，大大提高了汽轮机的调节特性，为电厂自动化水平的提高特别是协调控制的投入做出了突出贡献。

建立新规，巩固成绩，打好基础

  “文革”中，过去行之有效的规章制度废除了，工作处于混乱状态。电厂自动化系统是发电机组安全经济运行的保障，对系统性能、功能配置和可靠性有严格要求，必须按科学规律办事。在开展计算机试点工作时，首先制订了应用计算机的暂行管理条例，使试点工作有章可循。借鉴当时引进的山东石横电厂300MW、安徽平圩电厂600MW机组试用FOX I/A计算机技术和我们自己试点工作得到的经验，先后制定了应用计算机的暂行技术规定、计算机技术规范书，完善了Solar-16的配套设备，在推广应用时有标准可循，不致造成安全隐患和资金浪费。同时，制定了炉膛安全保护设计暂行规定，火电厂应用DCS技术原则，微机数采与处理装置技术规范书，对锅炉汽轮机、给水泵及其他辅助机的控制测量要求，计算机在线验收测试规定等。为90年代制定行业技术标准打下了基础。  

培训骨干，提高定额，改革管理体制，发挥各方积极性

   培训骨干。为提高计算机的设计水平，华北电力大学开办了两期“计算机知识培训班”，培训了各设计院骨干力量60人。

   增加设计工时定额。采用计算机内容后增加了设计工作量，为不致工作量增加得不到相应的报酬，影响自动化设计者的积极性，经电规院组织设计院内部各专业的协调，增加了热控设计的工时定额，提高设计费用。

   增加自动化投资比例。经对以往工程预算的分析统计，自动化投资仅占总投资的2～3%。“七五”计划中提出提高自动化投资占总投资的5～6%建议；1987年在水电部、机械部、电子部共同召开的落实国务院“中档水平”意见的大会上，通过与国家计委的沟通，采纳了此项建议。

   颁发“新型”电厂管理办法。1992年1月，能源部听取各方面对提高自动化的意见后，颁发《关于新型电厂实行新管理办法的若干意见》。从整个管理体制上进行改革，明确新型电厂必须是两台机组实现集中控制，规定了人员定额指标及素质要求。此后，各新建电厂纷纷要求实行新的管理体制，集中控制和计算机应用得到新建电厂领导的支持，大大加快自动化的发展。

三、稳步前进、自主创新、辉煌成就

稳步前进，跻身世界先进水平的行列

   在80年代计算机（包括DCS）试点应用中，证明了它的可靠性有很大提高，取得了运行值班员的信任。1992年，能源（电力）部组成以部领导为首、各司局参加的热工自动化领导小组，协调各方意见作出决策，稳步推广应用DCS并逐步扩大其应用功能，减少模拟仪表和操作设备。

1995年，电力部组织DCS和DEH（汽轮机控制系统）调查组对全国16个电厂进行调查。查出DCS硬件损坏情况严重，分析原因，一是产品本身设计不合理，个别元器件质量差；二是机房环境差，密封不好，尘土大，室温高，电源不稳等；三是安装、维护人员不熟练，使用不当。针对这些情况，及时向制造厂作了通报，并在设计和使用中采取相应措施，提高施工和运行人员的水平，这些问题很快得到解决。DCS应用功能从DAS、MCS逐步扩大到SCS（程序控制）、FSSS（炉膛安全保护）和DEH。到90年代末，新建机组以及老厂改造的200MW、300MW机组全部应用了DCS。

   发电厂的发电机和主变压器的电气控制系统（ECS），因其反应速度快，比机炉的要求更高，长期不愿也不敢使用DCS，但通过机炉运行证明，DCS的可靠性不比原电气控制设备差，而且是发展方向，电气控制系统（ECS）也开始采用DCS，最终实现了机炉电控制系统的一体化，即DCS的应用功能包括DAS、MCS、SCS、FSSS、DEH和ECS。进入DCS的I/O（输入/输出）点数，随机组容量的加大也在逐步增加。通过约20年努力，已赶上国外先进水平，使我国火电大机组的自动化水平跻身世界先进水平的行列。

实现国产化，自主创新，取得辉煌成果

    实现控制设备的国产化是我国的一贯政策。90年代，通过各种渠道进口的DCS已达14种。为防止电厂应用的DCS品种过多，给电厂运行带来不便，如备品备件供应困难等，也为防止国外DCS设备借我国电厂做试验场地，原能源（电力）部热工自动化领导小组决定要加以限制。根据各类DCS的性能指标、应用经验、国内是否有合作单位等因素，推荐了8种DCS作为电厂优先选用的品种。当时强调“国内有合作单位”的主要用意是：希望国内科研、生产单位通过与外商的合作，学习和掌握国外技术，逐步提高国产化率，直至结合国情研发生产具有自主知识产权的DCS。

    目前，国电智深控制技术公司在与外商合作的基础上，消化吸收国外技术，研发生产出具有自主知识产权的EDPF-NT，国电智深的EDPF-NT已在大连庄河电厂超临界600MW机组上应用，实现了DCS上述六大功能并扩展到主要辅助系统的控制。经过一年多的调试运行，2007年，中国电机工程学会组织召开了EDPF-NT 鉴定会，得到电厂和专家们的一致好评，为我国超临界机组的火电厂提供“中国制造的DCS”开创了先例。新华社报道：在重大装备上装上“中国大脑”标志着我国自动化领域的又一个重大突破，更意味着大机组自动化控制系统只能依靠进口的局面成为过去。2008年，国电智深的EDPF-NT又在谏壁电厂新建的100MW机中应用。同时，也希望有潜力的科研、生产单位要立志创新生产出适应各种类型机组的DCS供用户选用，迅速改变长期依靠进口的局面。也希望在电力主管部门的支持下，各在建电厂积极采用适合国情、可靠性高、具有自主知识产权的中国DCS。

   作者简介：李子连，1927年5月生，籍贯湖南浏阳，毕业于武汉大学，原电力部电力规划设计总院教授级高级工程师，电力部热工自动化领导小组顾问、部科学技术委员会委员。1993年10月起享受国务院特殊津贴。著有《火电厂自动化发展历史见证》。退休后创建过程自动化技术交流中心并任主任。