燃機(jī)電廠生產(chǎn)過程一體化控制應(yīng)用研究

蔣澤熙

摘 要：文章在分析燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電技術(shù)重要性及應(yīng)用前景的基礎(chǔ)上，針對(duì)某燃機(jī)電廠現(xiàn)有燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組存在的控制性能低下問題，對(duì)其#1、#2燃機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行廠級(jí)控制系統(tǒng)一體化改造進(jìn)行研究，得出了一體化改造得到的既定指標(biāo)，可為此方面的應(yīng)用研究提供參考。

關(guān)鍵詞：燃機(jī)電廠；生產(chǎn)過程一體化；控制應(yīng)用

中圖書分類號(hào)：TM611.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2012）32-0137-02

隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染在全球范圍內(nèi)引起的廣泛關(guān)注，發(fā)掘和利用新型清潔能源已經(jīng)成為世界各國謀求發(fā)展的必經(jīng)之路。在能源的轉(zhuǎn)換、輸送、分配過程中，一般將電能作為能量流動(dòng)的中間或者終端形式，而電力產(chǎn)業(yè)則是流淌在國家日益強(qiáng)大軀體內(nèi)的血液，是關(guān)系著工業(yè)建設(shè)和居民生活等國計(jì)民生方面的命脈。因此，如何有效地將天然氣能源轉(zhuǎn)化為電能成為當(dāng)前各國能源應(yīng)用領(lǐng)域迫切需要解決的問題，而燃?xì)廨啓C(jī)則是解決這一問題的最佳途徑。

1 燃機(jī)電廠控制系統(tǒng)的改造需求分析

1.1 燃機(jī)電廠控制系統(tǒng)現(xiàn)狀

某燃機(jī)電廠現(xiàn)有兩套燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組，均為GE公司1983年研制生產(chǎn)的MS6001系列PG6531B型燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組，于1998年投產(chǎn)運(yùn)行。使用至今，兩套機(jī)組已經(jīng)經(jīng)歷了幾次升級(jí)改造，#1機(jī)組四個(gè)主要設(shè)備目前采用的控制方式分別為：燃機(jī)為GE Speedtronic Mark V控制系統(tǒng)；附機(jī)為ABB的Freelance2000控制系統(tǒng)；汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)為Woodward505E控制器；天然氣增壓壓縮機(jī)為Foxboro模擬控制PLC。#2機(jī)組的燃機(jī)、汽機(jī)、HRSG、天然氣增壓壓縮機(jī)均于2005年升級(jí)為Mark VI控制系統(tǒng)。

目前，#1燃機(jī)Mark V控制系統(tǒng)由于運(yùn)行不穩(wěn)造成控制卡件故障頻發(fā)，使得由此引發(fā)的停機(jī)次數(shù)逐年增加，#1天然氣增壓壓縮機(jī)Foxboro模擬控制器自投產(chǎn)至今已運(yùn)行近15 a，由于控制卡件無法正常工作，現(xiàn)已轉(zhuǎn)為手動(dòng)控制，由于這兩種控制系統(tǒng)早已停產(chǎn)，生產(chǎn)商不再提供技術(shù)支持和備件供應(yīng)，造成的修換難題不言而喻，每年因控制系統(tǒng)故障造成的直接利益損失近500萬元。

針對(duì)現(xiàn)有控制系統(tǒng)功能落后、故障頻繁、操作繁瑣、維修量大、一體化協(xié)調(diào)操作能力差等問題，本文擬對(duì)#1、#2燃機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行廠級(jí)控制系統(tǒng)一體化改造，以期提高設(shè)備控制水平，減少控制設(shè)備故障，增加燃機(jī)電廠創(chuàng)效能力。

1.2 燃機(jī)電廠一體化控制的應(yīng)用需求

廠級(jí)一體化控制改造需要對(duì)兩套燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組控制系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行改造，包括以下幾個(gè)方面的研究：一體化主控系統(tǒng)的選擇和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)方案確定；#2Mark VI一體化控制系統(tǒng)與#l附機(jī)ABB控制系統(tǒng)互聯(lián)控制；#1燃機(jī)Mark VI升級(jí)及控制一體化；#1天然氣增壓壓縮機(jī)Mark VI升級(jí)及控制一體化；#1燃機(jī)GEX-2000勵(lì)磁控制系統(tǒng)接入；#1燃機(jī)G60發(fā)電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)接入；#2HRSG新控制元件接入；#2燃機(jī)新控制元件連入；Mark VI一體化控制系統(tǒng)歷史站整合；內(nèi)部intranet網(wǎng)Web數(shù)據(jù)顯示等。

2 燃?xì)廨啓C(jī)生產(chǎn)過程一體化控制研究

2.1 一體化主控系統(tǒng)選型及其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備的應(yīng)用情況，通過對(duì)GE、ABB和Woodward等產(chǎn)品控制原理以及控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制一體化的學(xué)習(xí)和掌握，本文采用美國GE公司的Speedtronic Mark VI ICS一體化控制系統(tǒng)，并將其應(yīng)用于#1和#2燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組的燃機(jī)、汽機(jī)、余熱鍋爐以及輔助系統(tǒng)的一體化監(jiān)控。

系統(tǒng)的一體化網(wǎng)絡(luò)用MarkVI取代原有的#l Mark V控制柜，各組成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 #1燃機(jī)控制系統(tǒng)改造的意義和新系統(tǒng)的優(yōu)越性

將#l燃機(jī)控制系統(tǒng)由Mark V升級(jí)到Mark VI是此次改造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其意義及Mark VI的優(yōu)越性表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：

①采用了HMI人機(jī)接口、DCS控制系統(tǒng)、集成控制和I/O模塊、遠(yuǎn)程I/O接口、Ethernet實(shí)現(xiàn)對(duì)接至操作員接口，并且應(yīng)用范圍廣泛。

②Mark VI控制系統(tǒng)設(shè)置的多個(gè)聯(lián)絡(luò)柜方便大量節(jié)點(diǎn)的輸入輸出，實(shí)現(xiàn)了元件獨(dú)立、控制可靠、接線便捷等特點(diǎn)。

③Mark VI控制系統(tǒng)作為GE公司推出的新一代燃機(jī)控制裝置，其結(jié)構(gòu)和功能實(shí)現(xiàn)了冗余式配置，集成模塊化硬、軟件處理，組態(tài)化控制，友好人機(jī)交互，實(shí)時(shí)監(jiān)控診斷，元件、接口標(biāo)準(zhǔn)通用。

3 燃?xì)廨啓C(jī)一體化控制改造

3.1 一體化改造方案

①#l增壓機(jī)原監(jiān)控系統(tǒng)采用的Foxboro氣動(dòng)模擬控制器由于不涉及信號(hào)控制，所以無法像PLC、DCS等實(shí)現(xiàn)一體化互聯(lián)。通過進(jìn)行氣—電檢測(cè)儀表、氣—電控制執(zhí)行器改造，在研究分析原有控制算法、程序的基礎(chǔ)上，用#1 Mark VI控制系統(tǒng)進(jìn)行重新編寫，采用基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的EGD交換網(wǎng)絡(luò)協(xié)議用于一體化互聯(lián)。升級(jí)改造后的增壓機(jī)控制系統(tǒng)由氣動(dòng)模擬改為了數(shù)字控制，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)升級(jí)和性能改進(jìn)。

②將#1原燃機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)升級(jí)為GEX-2000，并通過硬連線和Modbus協(xié)議與#1 Mark VI控制系統(tǒng)互聯(lián)，并編寫對(duì)應(yīng)的擴(kuò)展應(yīng)用程序。

③將#1原燃機(jī)發(fā)電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)升級(jí)為G60，并通過硬連線和Modbus協(xié)議與#1 Mark VI控制系統(tǒng)互聯(lián)，編寫對(duì)應(yīng)的擴(kuò)展應(yīng)用程序并在萬維互聯(lián)狀態(tài)下進(jìn)行安裝調(diào)試。

④#2 HRSG氣動(dòng)控制閥TCVl 16通過編寫相應(yīng)程序和接線連入Mark VI控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)一體化監(jiān)控和保護(hù)。

⑤#l燃機(jī)、增壓機(jī)與聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)以及#1附機(jī)分別通過EGD交換網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議以及Modbus協(xié)議將各自的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)、報(bào)警和事件傳送到專用歷史站，當(dāng)距離較遠(yuǎn)時(shí)可加裝轉(zhuǎn)換器便于長距離信號(hào)傳輸。如圖2所示，歷史記錄從單元數(shù)據(jù)傳輸線路訪問#l、#2燃?xì)廨啓C(jī)控制器數(shù)據(jù)，其它的歷史數(shù)據(jù)獲得是通過Modbus和/或以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的接口來實(shí)現(xiàn)的。來自第三方設(shè)備的數(shù)據(jù)，象Bently Nevada監(jiān)視器，或非GE的PLC，通常通過Modbus獲得，HMI和其它操作員接口裝置到歷史記錄的通信通過廠級(jí)數(shù)據(jù)傳輸線路。

3.2 可以達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)

①可通過一體化HMl人機(jī)界面進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視、得到#l、#2機(jī)組設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、報(bào)警、事件信號(hào)。

②歷史站可以訪問并采集#1、#2機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)、報(bào)警、事件信號(hào)。

③Mark VI主控制系統(tǒng)與#1附機(jī)實(shí)現(xiàn)高速互聯(lián)，保持?jǐn)?shù)據(jù)、信號(hào)、命令等的傳輸和和報(bào)警、監(jiān)視、遙控等操作。

④燃機(jī)啟動(dòng)、運(yùn)行、停機(jī)較原先更加平穩(wěn)、迅速、可靠，燃機(jī)保護(hù)可實(shí)現(xiàn)快速動(dòng)作，其他一些實(shí)現(xiàn)的控制指標(biāo)如表1所示。

4 結(jié) 語

全廠燃機(jī)一體化控制終端可以通過任一臺(tái)操作站監(jiān)視和控制全廠的發(fā)電設(shè)備和輔助設(shè)備，達(dá)到全廠協(xié)調(diào)控制和事故處理。在提高#1機(jī)組聯(lián)合循環(huán)熱效率和發(fā)電效益的同時(shí)可以大幅減少維護(hù)工作量，而且由此節(jié)省的控制備件購置金可為電廠節(jié)省資本投入，創(chuàng)造更多效能。本文通過對(duì)#1、#2燃機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行廠級(jí)控制系統(tǒng)一體化改造，解決了現(xiàn)有控制系統(tǒng)功能落后、故障頻繁、操作繁瑣、維修量大、一體化協(xié)調(diào)操作能力差等問題，提高了設(shè)備控制水平，增加了燃機(jī)電廠創(chuàng)效能力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 俞立凡.新電氣操作方式在燃機(jī)電廠的應(yīng)用[J].華電技術(shù)，2009，31（5）.

[2] 林幼暉.惠州天然氣電廠電氣設(shè)計(jì)特點(diǎn)探討[J].電力建設(shè)，2004，（8）.

[3] 尹江，洪蔡燦，任學(xué)佳.燃機(jī)電廠主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)預(yù)測(cè)模型[J].自動(dòng)化應(yīng)用，2012，（5）.