山西國金電力有限公司煤矸石綜合利用發(fā)電工程全廠自動化控制系統(tǒng)淺析

張 博

（山西省電力勘測設(shè)計(jì)院，山西 太原 030001）

山西國金電力有限公司煤矸石綜合利用發(fā)電工程全廠自動化控制系統(tǒng)淺析

張 博

（山西省電力勘測設(shè)計(jì)院，山西 太原 030001）

文章主要介紹了國金電力工程充分貫徹基于網(wǎng)絡(luò)化的控制方式和管理模式的設(shè)計(jì)理念，以達(dá)到減少控制點(diǎn)、減員增效的目的，也為類似工程提供了參考和借鑒。

DCS；DEH；集中控制系統(tǒng)

1 概述

本工程遵照“經(jīng)濟(jì)實(shí)用、系統(tǒng)簡單、備用減少、安全可靠、高效環(huán)保、以人為本”的原則，從高效的控制方式和管理模式、先進(jìn)可靠的控制系統(tǒng)、高度的自動化水平、盡量減少投資以及電廠全生命周期等方面考慮，將本工程建設(shè)成為既符合自身實(shí)際情況，又具有高效益、高度自動化水平的現(xiàn)代化電廠。

文章主要對全廠自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行論述。

2 控制方式及控制水平

本工程將充分貫徹基于網(wǎng)絡(luò)化的控制方式和管理模式的設(shè)計(jì)理念，采用爐、機(jī)、電及輔網(wǎng)集中控制的兩機(jī)一控方式，合設(shè)一個集中控制室，在主控室設(shè)置輔助系統(tǒng)集中控制包括輸煤（廠外）、石灰石制備、脫硫系統(tǒng)等在內(nèi)的區(qū)域，達(dá)到減少控制點(diǎn)、減員增效的目的。

2.1 廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)

本工程擬設(shè)置廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS），其監(jiān)控信息涵蓋了單元機(jī)組分散控制系統(tǒng)（DCS）、鍋爐爐管泄漏監(jiān)測系統(tǒng)、汽機(jī)振動監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)、廠用電管理系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)（車間）監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等全部電力生產(chǎn)過程。通過統(tǒng)一的實(shí)時數(shù)據(jù)庫平臺，使全廠實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)信息共享，確保全廠生產(chǎn)過程的統(tǒng)一管理，促使全廠安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。同時，SIS為MIS提供所需生產(chǎn)過程的信息，為企業(yè)的經(jīng)營管理提供全面的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和素材。

2.2 控制方式

2.2.1 單元機(jī)組的控制方式

采用爐、機(jī)、電、網(wǎng)及輔助車間集中控制方式，單元機(jī)組和輔助系統(tǒng)（車間）合設(shè)一個集中控制室，利用DCS完成鍋爐、汽機(jī)、發(fā)電機(jī)、發(fā)變組及廠用電、空冷設(shè)備、輔機(jī)冷卻水系統(tǒng)、空壓站、燃油泵房等的監(jiān)控。運(yùn)行人員在集中控制室以各操作員站的LCD及大尺寸液晶顯示器為監(jiān)控中心，在少量就地巡檢人員的檢查和配合下，實(shí)現(xiàn)對爐、機(jī)、電等的啟動、停止、正常運(yùn)行監(jiān)視以及事故的處理。

2.2.2 輔助系統(tǒng)（車間）的控制方式

（1）輔助系統(tǒng)（車間）采用集中控制方式，與單元機(jī)組合設(shè)集中控制室。各輔助系統(tǒng)（車間）采用分散控制系統(tǒng)（DCS）實(shí)現(xiàn)控制功能，所有輔助系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)組成輔助系統(tǒng)（車間）監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。運(yùn)行人員在控制室通過輔網(wǎng)操作員站的LCD，實(shí)現(xiàn)各輔助系統(tǒng)（車間）工藝過程的監(jiān)控。

（2）兩臺機(jī)組脫硫設(shè)備設(shè)置一套DCS系統(tǒng)，分別對兩臺機(jī)組脫硫系統(tǒng)和脫硫公用系統(tǒng)的工藝過程進(jìn)行監(jiān)控。脫硫DCS控制系統(tǒng)與機(jī)組DCS系統(tǒng)通過硬接線進(jìn)行聯(lián)鎖，以保證機(jī)組的正常運(yùn)行。在脫硫區(qū)域設(shè)置脫硫電子設(shè)備間，同時設(shè)置兩臺車間上位機(jī)，以便調(diào)試使用。

2.2.3 輔助監(jiān)控手段的設(shè)置

全廠設(shè)置一套閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)，對于主廠房區(qū)域及無人值班的輔助車間的運(yùn)行狀況、一些重要輔機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)以及一些危險區(qū)域的情況，通過就地?cái)z像頭、傳輸電纜把現(xiàn)場的圖像傳到集中控制室終端上實(shí)時顯示，以便對全廠的各個生產(chǎn)場所進(jìn)行直觀的監(jiān)視，同時也可將視頻信號傳輸至MIS供管理層人員查看。

2.3 自動化水平

2.3.1 單元機(jī)組自動化水平

（1）設(shè)置機(jī)組自啟停系統(tǒng)，除了設(shè)置必要的斷點(diǎn)需人工干預(yù)以外，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)組的自動啟動控制和停機(jī)控制。

（2）在寬負(fù)荷范圍內(nèi)運(yùn)行時，能夠保持正常的汽溫和汽壓。

（3）在DCS操作臺上配置鍋爐、汽機(jī)、發(fā)電機(jī)的硬接線緊急停止按鈕以及重要輔機(jī)的硬接線操作按鈕，以保證機(jī)組在緊急情況下的安全停機(jī)。

（4）保護(hù)聯(lián)鎖邏輯能使主輔機(jī)在各種運(yùn)行情況和狀態(tài)下自動完成各種事故處理，盡可能地避免誤操作。

（5）除燃燒調(diào)節(jié)在最低穩(wěn)燃負(fù)荷以上投入自動外，其它自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)按全程調(diào)節(jié)或程序自動投入調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

（6）兩臺機(jī)組設(shè)置DCS公用系統(tǒng)，不設(shè)單獨(dú)的操作員站，在單元機(jī)組操作員站上進(jìn)行監(jiān)控，兩臺單元機(jī)組指令相互閉鎖。

2.3.2 輔助系統(tǒng)（車間）自動化水平

各車間設(shè)就地上位機(jī)，便于啟動調(diào)試期間進(jìn)行就地監(jiān)控調(diào)試使用；在集中控制室設(shè)置輔助系統(tǒng)（車間）監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)操作員站。作為輔助系統(tǒng)（車間）的最終監(jiān)控手段，輔助系統(tǒng)（車間）監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)以通訊方式連入SIS系統(tǒng)，向SIS系統(tǒng)傳輸實(shí)時的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

3 單元機(jī)組分散控制系統(tǒng)（DCS）

3.1 DCS的功能

3.1.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）

對機(jī)、爐、電主輔機(jī)設(shè)備及工藝系統(tǒng)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時處理，并對處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、報(bào)警、制表、記錄、性能計(jì)算、歷史數(shù)據(jù)的存儲和檢索及事故追憶等。

3.1.2 模擬量控制系統(tǒng)（MCS）

MCS能夠滿足機(jī)組啟停、定壓、滑壓運(yùn)行的所有要求，在不投油穩(wěn)燃負(fù)荷至100%最大運(yùn)行負(fù)荷變動范圍內(nèi)，控制參數(shù)不超過允許值。

MCS分為協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)和各自動調(diào)節(jié)子系統(tǒng)。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)運(yùn)行方式包括協(xié)調(diào)控制方式、鍋爐跟蹤方式、汽機(jī)跟蹤方式和基本方式。在負(fù)荷要求變化時，同時給汽機(jī)、鍋爐控制子系統(tǒng)發(fā)出指令，以迅速滿足負(fù)荷變化的需要。

3.1.3 順序控制系統(tǒng)（SCS）

根據(jù)鍋爐、汽機(jī)、發(fā)電機(jī)及附屬設(shè)備和工藝系統(tǒng)的運(yùn)行要求，對需控制操作的設(shè)備實(shí)現(xiàn)順序控制，并提供運(yùn)行操作指導(dǎo)。

3.1.4 爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）

FSSS功能包括爐膛吹掃、燃油泄漏試驗(yàn)、點(diǎn)火器及油燃燒器管理、爐膛滅火保護(hù)、火檢冷卻風(fēng)機(jī)、密封風(fēng)機(jī)控制、主燃料跳閘MFT等。

3.1.5 汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）

DEH的基本控制功能包括轉(zhuǎn)速控制，負(fù)荷控制，閥門試驗(yàn)，汽機(jī)起停和運(yùn)行中的監(jiān)視、報(bào)警功能和制表記錄、操作指導(dǎo)功能，超速保護(hù)控制，超速跳閘保護(hù)，熱應(yīng)力計(jì)算功能，汽機(jī)自啟動及負(fù)荷自動控制，主汽壓力控制等。

DEH軟件功能的編制更需要DCS與汽輪機(jī)廠的緊密配合。DEH與DCS硬件系統(tǒng)一體化的進(jìn)程向前邁進(jìn)了一大步，DCS制造廠商已具有了實(shí)現(xiàn)DEH與DCS一體化的能力，最終將DEH納入DCS，使之達(dá)到一體化的目標(biāo)。

3.1.6 汽輪機(jī)緊急跳閘控制系統(tǒng)（ETS）

ETS的主要任務(wù)是監(jiān)督對汽輪機(jī)安全有重大影響的某些參數(shù)。當(dāng)這些參數(shù)超過安全限值或電廠整體運(yùn)行中出現(xiàn)異常情況時，ETS會發(fā)出控制指令，關(guān)閉汽輪機(jī)的全部進(jìn)汽閥門，保證安全停機(jī)。ETS的專業(yè)性、責(zé)任性強(qiáng)，一般由汽輪機(jī)廠成套配套。

3.1.7 給水泵汽輪機(jī)控制系統(tǒng)（MEH）

MEH系統(tǒng)以操作人員預(yù)先設(shè)定的升速率自動將給水泵汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速自最低轉(zhuǎn)速一直提升到預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)轉(zhuǎn)速。超過此轉(zhuǎn)速，MEH系統(tǒng)可接受DCS指令，實(shí)現(xiàn)給水泵汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速的遠(yuǎn)方自動控制。MEH系統(tǒng)還具有滑壓運(yùn)行、連鎖保護(hù)、跳閘試驗(yàn)、閥門試驗(yàn)、自診斷以及系統(tǒng)故障切手操等功能。

3.2 輔助系統(tǒng)（車間）監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)

3.2.1 輔助系統(tǒng)（車間）集中監(jiān)控方式

輔助系統(tǒng)（車間）集中監(jiān)控就是將各輔助系統(tǒng)（車間）的控制系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接，形成監(jiān)控層、控制層、現(xiàn)場層。對某些比較分散的輔助系統(tǒng)（車間），可考慮采用遠(yuǎn)程I/O機(jī)柜，機(jī)柜布置在現(xiàn)場信號源密集區(qū)。輔助系統(tǒng)（車間）監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)可方便與其它計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)全廠一體化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

本工程各輔助系統(tǒng)（車間）采用DCS實(shí)現(xiàn)控制功能，所有DCS聯(lián)網(wǎng)組成輔助系統(tǒng)（車間）監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。運(yùn)行人員在單元機(jī)組集控室主環(huán)通過輔網(wǎng)操作員站的LCD，實(shí)現(xiàn)各輔助系統(tǒng)（車間）工藝過程的監(jiān)控。

3.2.2 輔助系統(tǒng)（車間）集中監(jiān)控的優(yōu)點(diǎn)

（1）盡量減少輔助系統(tǒng)（車間）的運(yùn)行人員和就地控制室的設(shè)置，從而降低發(fā)電成本，提高全廠的經(jīng)濟(jì)效益，就地不再設(shè)值班人員。

（2）利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)功能達(dá)到信息資源共享、減少傳遞環(huán)節(jié)的目的，使管理者能及時、準(zhǔn)確地了解現(xiàn)場情況，盡快分析、解決問題，提高生產(chǎn)效率。

（3）易于和其它控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。

（4）控制點(diǎn)在物理位置上盡量集中，便于人員管理。

（5）由于設(shè)備類型（硬件和軟件）統(tǒng)一，在減少備品備件品種和數(shù)量的同時，還簡化了系統(tǒng)維護(hù)，同時方便了培訓(xùn)。

4 結(jié)束語

采用爐、機(jī)、電、網(wǎng)及輔助系統(tǒng)（車間）集中監(jiān)控方案后，電廠定員比常規(guī)同等容量機(jī)組大為縮減，大大提高了整體技術(shù)水平及勞動生產(chǎn)率，降低了生產(chǎn)運(yùn)行成本，適應(yīng)了市場經(jīng)濟(jì)的要求。此方案既是可行的，也是必要的，充分體現(xiàn)了新型燃煤示范電站的設(shè)計(jì)思想。

The W hole Plant’s Automation Control System Analysis of Coal Gangue Comprehensive Utilization Power Engineering in Shanxi Guojin Electric Power Co.Ltd.

Zhang Bo

This paper mainly describes Guojin electric power engineering fully implementing the design concept of Internet-based control method and management mode in order to achieve the purpose of reducing the control point and downsizing for efficiency.It can provide a reference for similar projects.

DCS；DEH；centralized control system

TD849+.5

A

1000-8136(2011)08-0028-02

張博，男，1981年出生，河北石家莊人，助理工程師，主要從事電力設(shè)計(jì)研究。