電廠集控室布置方案優(yōu)化

孫 巖，孫國春

(遼寧電力勘測設計院，遼寧 沈陽 110179)

1 概述

華能大連第二熱電廠是大連市政府組織有關部門及專家經過論證，在原五二三廠區(qū)域新建的用以替代大連熱電集團北海擴建項目，并已納入熱電聯(lián)產規(guī)劃，建成后成為大連市北部椒金山以南的主城區(qū)東部最主要的燃煤熱電廠，總規(guī)劃區(qū)域供熱面積7405萬m2。該項目的建設對該區(qū)域內現有的以小熱電、鍋爐房為主的供熱產業(yè)結構進行整合升級意義重大。根據熱負荷的情況，該項目分兩期建設，一期工程計劃在2012年投產，可以代替大石化、大化熱電廠現有共計149MW小型供熱機組和供熱區(qū)域內30余座鍋爐房，裝機方案擬為2×50MW 抽汽背壓機+2×350MW超臨界抽汽凝汽供熱機組；二期工程計劃在2015年前投產，裝機方案擬為2×300MW級抽汽凝汽供熱機組，可替代大連熱電集團北海、東海、香海熱電廠到期退役后共計253MW小型供熱機組，并具備向市中心繼續(xù)輻射的潛力。我院參與了一期工程的勘察設計投標。

大型火力發(fā)電機組控制，從八十年代末的常規(guī)監(jiān)控儀表盤附加計算機進行數據采集監(jiān)視控制方式，發(fā)展到目前普遍采用分散控制系統(tǒng)全CRT/LCD實現對單元機組監(jiān)視、控制方式；監(jiān)控機組的臺數由常規(guī)的兩機一控發(fā)展到三機一控甚至四機一控；控制室的監(jiān)控內容也由單元機組的監(jiān)控發(fā)展到包括電氣網控(NCS)甚至包括全廠輔助車間工藝系統(tǒng)的集中監(jiān)視控制，成為真正意義上的火電廠集中控制室。此外控制室在主廠房中的布局也隨著國外新的火電廠設計理念的引入、國人對火電廠設計認識的加深，特別是電力體制改革，廠網分開、競價上網、節(jié)約投資，謀求效益的最大化，不斷地突破舊的觀念或規(guī)程規(guī)定的束縛而變得多樣化。熱控專業(yè)電廠設計主要目標之一的是要使機組控制室進一步智能化、自動化、小型化。

對應機組監(jiān)控方式的改變、監(jiān)控內容的增加、監(jiān)控水平的提高、示范電廠設計理念的消化，如何使機組控制室設計優(yōu)化，體現出控制室新穎形象，創(chuàng)造一個能夠最大限度地發(fā)揮操作人員能力的環(huán)境，減輕操作人員壓力，避免潛在的人為差錯可能引發(fā)機組故障，把控制室建成全廠的數字化、信息化、智能化的監(jiān)控中心將是電廠設計人員的追求目標。

2 國內外電廠集中控制室布置介紹

2.1 以往工程集控室布置情況

以往設計的火力發(fā)電廠普遍采取兩機一控方式，機組集控室多數布置在兩爐之間的集中控制樓，集中控制樓還設置電子設備室和電氣低壓配電室、直流配電室、化學汽水取樣等房間。

究其原因，主要有以下三點：

(1)早期建成的電廠多數采用常規(guī)模擬表盤作為電廠運行操作的主要手段，集控室里布置有大量的監(jiān)視儀表和操作設備，大量電纜從現場進入集控室。采用兩臺機組設一個集中控制室時，控制室離兩臺機組較近，可以節(jié)約大量的電纜。

之后，一些電廠逐漸采用了DCS控制系統(tǒng)，但由于人們早期對DCS的穩(wěn)定性、系統(tǒng)設備的安全可靠性尤其是控制網絡的可靠性存在一定的疑慮，因此在控制室里仍設置了數量眾多的常規(guī)后備儀表和硬手操。另外，由于早期控制水平和控制設備可靠性低，在機組啟、停及運行過程中需要運行人員經常到現場巡視和處理設備故障問題，采取兩機一控方式時，控制室距兩臺機組較近，運行人員從控制室到現場方便，處理現場問題較為及時。由于需要較多的運行人員，采取兩機一控方式監(jiān)控時，互相干擾較少。

(2)以往大多數電廠一期工程只上一臺或兩臺機組，考慮到工程的獨立完整性，習慣上采取兩機一控甚至一機一控方式。

(3)以往工程設計中，人們主觀上更愿意套用已建工程的設計，沒有考慮到在建工程的實際情況，沿襲了以往工程的設計思路，缺乏創(chuàng)新。

2.2 國外300MW以上多臺機組的火力發(fā)電廠的集控室布置

通過查閱相關資料可以發(fā)現，國外電廠總平面布置不拘一格，因地制宜劃分功能區(qū)域，順暢緊湊、節(jié)約占地是其共同特點。尤其是集控室的布置位置較靈活，如日本磯子電廠，控制室與辦公室一起布置在汽機房頂部；常陸那珂、橘灣電廠將控制室設在生產辦公樓，與主廠房脫開并通過天橋相連，電子室設在汽機房內；德國黑泵和尼德豪森電廠的主控制室布置在主廠房固定端。很少見到將控制室放在兩臺機中間的國內常規(guī)設計。這些設計異曲同工之處是消除了兩機之間、機爐之間的障礙，使得機房布置更加緊湊且明快通暢，提高了運行人員工作的安全性，改善了運行人員的工作環(huán)境。主控室內的布置設計也作為一個｜“亮點”而加了重筆，特別為了減少外來的參觀人員對主監(jiān)控盤的干擾，在主控室外側或上方安裝大平面玻璃，參觀者只能“極目遠眺”或“居高攬勝”，運行人員也可安心操作。

2.3 目前國內300MW以上多臺機組的火力發(fā)電廠的集控室布置

目前我國國內300MW、600MW及以上多臺機組的火力發(fā)電廠的集控室布置吸收了國外的相關設計理念，越來越多的新建電廠采取了多機一控的控制方式。國華寧海電廠、廣東華能海門電廠均采用四機一控方式，集控室布置在A列外2號、3號機之間的集控樓上；華能玉環(huán)電廠采用四機一控方式，控制室布置在主廠房固定端的生產辦公樓上，與主廠房的運轉層同標高，并有天橋相連。

3 多機一控布置的優(yōu)點及技術可行性

3.1 多機一控布置的優(yōu)點

(1)減員增效、降低電廠生產運行成本

(2)有利于縮減控制室面積降低工程造價

(3)便于運行人員之間互相學習、共同提高，機組啟停時可提供相互支持

(4)便于公用及輔助生產系統(tǒng)的有效監(jiān)控

3.2 多機一控布置的技術可行性

隨著當今計算機通信和網絡技術的發(fā)展，DCS控制系統(tǒng)軟、硬件性能和穩(wěn)定可靠性的不斷提升，以及DCS系統(tǒng)在電廠十幾年應用經驗的積累，DCS在火力發(fā)電廠的應用已達到相當成熟的地步。目前，大多數新建電廠都采用DCS控制系統(tǒng)，以CRT操作員站為中心對單元機組進行監(jiān)視和控制，控制室已取消了大多數常規(guī)儀表和后備手操，只保留了停機、停爐等少數幾個硬操作按鈕以確保DCS出現故障時能實現安全停機。同時，高效率、高可靠性的新型數據傳輸技術在DCS通信網絡上的普遍應用，通信網絡的冗余、容錯設計，使得當今DCS控制系統(tǒng)的抗干擾能力和系統(tǒng)魯棒性(ROBUST)大大提高。隨著光纜傳輸介質使用成本的不斷降低和大量使用，DCS系統(tǒng)通信網絡可根據應用需要大范圍延伸，多數DCS系統(tǒng)網絡節(jié)點間的最大距離在采用光纜情況下可達幾公里至幾十公里。DCS操作員站可布置在離電子機柜相當遠的集控室內，而不象早期DCS網絡對通信節(jié)點的距離有非?？量痰南拗?一般在100m左右)。另外，隨著電廠自動化水平和設備可靠性的提高，現在新建電廠在機組啟、停及運行過程中不再象早期電廠一樣需要大量的運行人員，以及需要運行操作人員經常到現場巡視及處理問題，而只需少量的運行操作人員在極少數就地人員的配合下，在集控室內就可實現機組的啟?？刂?。采用多機一控方式，只需在傳統(tǒng)兩機一控方式的基礎上增加少量的通信電纜、電源電纜和控制電纜。從控制系統(tǒng)技術可行角度出發(fā)，采用四機一控方式實現全廠集中監(jiān)控是可行的。

4 本工程集中控制室布置方案

由于本工程的特殊性，即廠區(qū)的特殊地理位置，毗鄰海邊并且部分廠區(qū)為填海建設，我們將以減員增效、合理降低電廠運行成本作為本工程設計的一個重要原則，提高自動控制水平和科學管理水平，最大限度的減少運行檢修人員；做到運行人員可以在集控室內通過分散控制系統(tǒng)(DCS)操作員站對整個系統(tǒng)進行啟停操作、正常運行的監(jiān)控及事故處理。設置必要的工業(yè)電視，實現全CRT/LCD監(jiān)控，僅在DCS操作臺上配置緊急停機按鈕及少量設備的硬接線操作按鈕，以保證機組在緊急情況下安全快速停機。整個機組的控制水平要求達到機組正常運行時只設一名機組值班員和一名輔助值班員的運行管理水平；輔助車間采用集中控制系統(tǒng)進行控制；充分發(fā)揮DCS的布置分散、控制集中的特點，采用模塊化設計，將大量控制系統(tǒng)設備模塊化分配后進行物理分散布置，布置地點考慮靠近被控設備，并與主廠房的布置相協(xié)調，充分利用主廠房現有空間；設計階段就要考慮改善運行人員工作環(huán)境，提供舒適性和方便性。

鑒于多機一控具有減員增效、降低電廠生產運行成本、降低工程造價、便于運行人員之間互相學習共同提高、便于公用及輔助生產系統(tǒng)的有效監(jiān)控等優(yōu)點，本工程擬設置多機一控的集中控制室。

4.1 方案一

采用六機一控方式，六臺機組(預留下期2臺機組)設一個集中控制室，布置在1、2號機組與3、4號機組之間的集控樓12.6m層A排到3/A排，與3、4號機組鍋爐房、汽機運轉層為同一標高，作為機組運行人員的主要活動區(qū)域，工程師室布置在控制室一側。集中控制室內布置六臺機組控制臺、輔助車間控制臺、工業(yè)電視系統(tǒng)液晶電視盤、值長操作臺等。面積約249m2。其中1、2號機組操作員站控制臺成直線布置一排，正對集控樓03軸線方向，機組液晶顯示屏及爐膛火焰和汽包水位電視等懸掛在操作臺對面的裝飾墻上；3、4號單元機組操作臺與輔控網操作臺、全廠工業(yè)電視操作臺成直線布置一排，正對集控樓3/A排方向，工業(yè)電視及單元機組液晶顯示屏及爐膛火焰電視等懸掛在操作臺對面的裝飾墻上；預留下期2臺機組操作員臺成直線布置一排，正對集控樓1/01軸線方向?；馂膱缶瘷C柜布置在3、4號機組面對的裝飾墻上。機組的打印機布置在3、4號機組面對的裝飾墻后。網控、通訊調度、值長操作臺與3、4號機組操作臺同向，布置在集中控制室的適中位置。工程師室為獨立小室，布置六臺機組的DCS、DEH工程師站、DCS歷史站、NCS工程師站、ECMS工程師站及輔網工程師站等。

同層3/A排至B排間布置SIS室、交接班室、衛(wèi)生間。SIS室面積約30 m2，布置SIS機柜、SIS工作站、SIS服務器及打印機。

4.2 方案二

采用六機一控方式，六臺機組(預留下期2臺機組)設一個集中控制室，布置在1、2號機組與3、4號機組之間的集控樓12.6m層A排到3/A排，與3、4號機組鍋爐房、汽機運轉層為同一標高，作為機組運行人員的主要活動區(qū)域，工程師室布置在控制室一側。集中控制室內布置六臺機組控制臺、輔助車間控制臺、工業(yè)電視系統(tǒng)液晶電視盤、值長操作臺等。面積約249m2。其中1、2號機組操作員站控制臺成直線布置一排，面對控制室東南角，機組液晶顯示屏及爐膛火焰和汽包水位電視等懸掛在操作臺對面的裝飾墻上；3、4號單元機組操作臺與輔控網操作臺、全廠工業(yè)電視操作臺成直線布置一排，正對集控樓03軸線方向，工業(yè)電視及單元機組液晶顯示屏及爐膛火焰電視等懸掛在操作臺對面的裝飾墻上；預留下期2臺機組操作員臺成直線布置一排，正對集控樓3/A排方向。機組的打印機布置在預留機組面對的裝飾墻后。網控、通訊調度、值長操作臺與1、2號機組操作臺同向，布置在集中控制室的適中位置。工程師室為獨立小室，布置六臺機組的DCS、DEH工程師站、DCS歷史站、NCS工程師站、ECMS工程師站及輔網工程師站等。

同層3/A排至B排間布置SIS室、交接班室、衛(wèi)生間。SIS室面積約30 m2，布置SIS機柜、SIS工作站、SIS服務器及打印機。

4.3 各方案比較

三個方案的集中控制室所處的集中控制樓體積相同，均位于1、2號機組和3、4號機組之間。方案一、方案二為六機一控方案，控制臺布置方式有所不同。方案三為四機一控方案，控制室面積比前兩個方案小。三個方案的DCS操作員站均采用雙顯示器技術，減少操作臺數量，合理利用集控室空間。方案一，各機組的操作員站布置比較整齊，1～6號機組操作臺順序排列，各單元機組操作空間劃分清晰，工程師站緊鄰集控室，位于集控樓一側，考慮將工程師站與集控室間設置全玻璃隔斷，增加集控室的采光度，使其環(huán)境更加明亮舒適。方案二，各機組的操作員站布置較方案一緊湊，值長臺對各機組的視野更好，但由于小機與大機的操作員站數量上有差異，為了合理利用空間，各機組操作員站的排序較方案一稍差，但整個布置的美觀度較強。綜上，本次投標我們推薦集中控制室布置方案一。

5 結語

集中控制室布置的優(yōu)化設計將是發(fā)電廠內多個相關專業(yè)綜合方案優(yōu)化設計的結果。我們有信心下力氣研究控制室布置優(yōu)化設計的新趨勢，不斷更新設計觀念，努力學習新的技術，取長補短，期待與業(yè)主積極配合，打造出具有集團公司形象特色、符合現代化電廠發(fā)展趨勢的集中控制室，使集中控制室真正成為全廠熱力設備及系統(tǒng)的監(jiān)視控制中心。

[1]金黔軍.華能玉環(huán)電廠四機一控集控室布置方案探討[C].哈爾濱.中國動力工程學會自動控制專委會，2004.

[2]車朝瑞.淺談大型火電廠的熱工自動化水平.中國高新技術企業(yè).2009.