燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組全廠控制系統(tǒng)優(yōu)化研究

黃冬蘭，莊續(xù)奎

(1.廣東省電力設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510663；2.珠海橫琴熱電有限公司，廣東 珠海 519015)

隨著國(guó)家能源政策的調(diào)整以及節(jié)能環(huán)保要求的進(jìn)一步提高，大型燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組在國(guó)內(nèi)掀起了新一輪的建設(shè)高潮。僅廣東地區(qū)今年就有至少5個(gè)以上的燃機(jī)項(xiàng)目即將或已經(jīng)開(kāi)始建設(shè)。

燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組的全廠控制系統(tǒng)較常規(guī)電廠控制系統(tǒng)有其特點(diǎn)：一方面涉及的系統(tǒng)和設(shè)備的數(shù)量及IO點(diǎn)數(shù)較常規(guī)電廠少很多，另一方面由于燃?xì)廨啓C(jī)本身控制的特殊性，其控制系統(tǒng)一直都是由燃?xì)廨啓C(jī)廠家配套提供，而主廠房其余設(shè)備通常納入業(yè)主單獨(dú)采購(gòu)的控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。此外，各輔助車(chē)間大多通過(guò)獨(dú)立的輔助車(chē)間控制網(wǎng)進(jìn)行控制。由此造成了全廠多套控制系統(tǒng)并存、軟硬件復(fù)雜多樣的局面。在多個(gè)控制系統(tǒng)存在的情況下，各控制系統(tǒng)互相之間需要通過(guò)硬接線、通訊接口來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，從而造成全廠控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性低、系統(tǒng)集成度低、維護(hù)和操作困難等種種問(wèn)題。

為了避免上述問(wèn)題，需要在建設(shè)之初就對(duì)全廠的控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 全廠控制系統(tǒng)優(yōu)化方案

1.1 全廠控制系統(tǒng)一體化

以往電廠控制系統(tǒng)中，輔助車(chē)間多采用PLC進(jìn)行控制，形成獨(dú)立的輔助車(chē)間控制網(wǎng)，與機(jī)組DCS之間的信息共享性差。

隨著分散控制系統(tǒng)(DCS)價(jià)格的降低，以及環(huán)境適應(yīng)能力的提高，輔助車(chē)間應(yīng)用DCS進(jìn)行控制的案例已經(jīng)越來(lái)越多，例如北侖港電廠2×1000MW機(jī)組、國(guó)華寧海電廠4×600MW機(jī)組、內(nèi)蒙古達(dá)旗電廠2×600MW機(jī)組、廣東梅縣荷樹(shù)園寶麗華二期2×300MW機(jī)組(CFB)以及越南冒溪電廠等，都是全廠采用DCS進(jìn)行控制。

輔助車(chē)間采用DCS一體化控制，面臨的主要問(wèn)題是實(shí)施過(guò)程中的配合及進(jìn)度控制。一方面，DCS廠家以往大多沒(méi)有輔助車(chē)間系統(tǒng)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，在組態(tài)方面可能會(huì)有不足，另一方面，由于各輔助車(chē)間投運(yùn)的時(shí)間不同，對(duì)于DCS系統(tǒng)的采購(gòu)及供貨也會(huì)造成一定的影響。

燃機(jī)電廠較普通燃煤電廠在這方面更加有優(yōu)勢(shì)。燃機(jī)電廠輔助車(chē)間較常規(guī)燃煤機(jī)組少很多，沒(méi)有常規(guī)電廠的輸煤系統(tǒng)、除灰系統(tǒng)以及除渣系統(tǒng)等，主要的輔助車(chē)間為水系統(tǒng)各個(gè)車(chē)間，相關(guān)的配合工作較常規(guī)燃煤電廠少很多，這使得燃機(jī)電廠輔助車(chē)間控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與DCS一體化更加方便可行。

采用全廠DCS一體化控制系統(tǒng)，不僅可實(shí)現(xiàn)硬件的統(tǒng)一，減少備品備件及維護(hù)工作量，而且為實(shí)現(xiàn)全廠管控一體化提供了可能性。

1.2 主網(wǎng)輔網(wǎng)一體化

以往電廠控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般按照主廠房和輔助車(chē)間控制系統(tǒng)相互獨(dú)立考慮，一方面是為了系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加清晰，另一方面也是為了減少相互之間的干擾，避免出現(xiàn)誤操作的情況。

隨著技術(shù)的發(fā)展，DCS的規(guī)模以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)都得到了優(yōu)化。目前大多數(shù)DCS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)都是可以平行連接的。主廠房控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和輔助車(chē)間控制網(wǎng)絡(luò)可以連接成一個(gè)大的全廠控制網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)信息的共享，相互之間可以通過(guò)軟件閉鎖避免誤操作。

2 優(yōu)化后控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及發(fā)展方向

2.1 優(yōu)化后控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

根據(jù)以往工程的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化后的控制系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1) 減少了硬接線和通訊接口，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，為提高了全廠自動(dòng)化程度奠定了基礎(chǔ)。

例如機(jī)組自啟停功能的實(shí)施過(guò)程中，由于很多邏輯和相關(guān)信號(hào)在調(diào)試期間才能最終確定，而此時(shí)控制系統(tǒng)硬件和電纜均已安裝完畢，要增加硬接線信號(hào)非常困難。采用一體化的控制系統(tǒng)后，信息高度共享，這類問(wèn)題就可以得到很好的解決。

(2) 軟硬件的統(tǒng)一

全廠控制系統(tǒng)一體化的實(shí)現(xiàn)，使得全廠的軟硬件都可以統(tǒng)一，減少了備品備件種類。采用通用的配置工具和診斷工具，可以簡(jiǎn)化對(duì)運(yùn)行、維護(hù)人員的培訓(xùn)。各類操作員站、工程師站、歷史站等，也可避免重復(fù)配置，降低了電廠建設(shè)投資。

(3) 提高自動(dòng)化水平，減員增效

通用操作員站畫(huà)面整合了全廠設(shè)備信息，信息量豐富，在邏輯自動(dòng)化程度較高的情況下，通過(guò)1個(gè)操作員即可監(jiān)控整臺(tái)機(jī)組，可大大減少機(jī)組運(yùn)行人員的數(shù)量。

西班牙巴塞羅那某燃機(jī)電廠全廠定員只有不到40人，正常情況兩臺(tái)機(jī)組集控室內(nèi)僅2人～3人負(fù)責(zé)完成全廠設(shè)備的監(jiān)控，自動(dòng)化水平很高，得益于該廠全廠控制系統(tǒng)的一體化。

(4) 集中報(bào)警

全廠報(bào)警信息和SOE 信息均可以集中顯示，所有控制設(shè)備的時(shí)間標(biāo)簽一致，在出現(xiàn)事故時(shí)，可以迅速準(zhǔn)確地調(diào)用報(bào)警和SOE 數(shù)據(jù)進(jìn)行事故分析。

2.2 一體化控制系統(tǒng)發(fā)展方向

由于現(xiàn)階段，燃?xì)廨啓C(jī)均為進(jìn)口設(shè)備，其控制系統(tǒng)也由主機(jī)廠配套提供。而全廠的其他設(shè)備的控制系統(tǒng)則由業(yè)主招標(biāo)采購(gòu)，很難保證機(jī)組控制系統(tǒng)與燃機(jī)控制系統(tǒng)采用同樣的硬件。在目前這種情況下最好能采取由燃機(jī)控制系統(tǒng)廠家或機(jī)島供貨商統(tǒng)一提供全廠的控制系統(tǒng)的操作方式。這種操作方式也會(huì)帶來(lái)一些新的問(wèn)題，比如燃機(jī)控制系統(tǒng)廠家對(duì)全廠其他系統(tǒng)不了解，在工程建設(shè)的各個(gè)階段會(huì)存在大量的配合和協(xié)調(diào)工作，由此可能對(duì)工程的進(jìn)度和質(zhì)量造成一定的影響。

燃機(jī)本體控制系統(tǒng)的情況與汽機(jī)DEH的情況有些類似，以往DEH也是汽機(jī)廠供的專用系統(tǒng)，比較難與DCS形成一體化。但是近幾年，隨著DCS硬件的完善以及汽機(jī)廠對(duì)DEH控制系統(tǒng)的深入了解，目前國(guó)內(nèi)三大主機(jī)廠的DEH基本都能做到和DCS采用同樣的硬件，形成一體化的控制系統(tǒng)。

期望在不久的將來(lái)，隨著我國(guó)對(duì)引進(jìn)的燃機(jī)技術(shù)的消化以及DCS系統(tǒng)的完善，可以實(shí)現(xiàn)燃機(jī)控制系統(tǒng)與機(jī)組DCS的一體化。

3 實(shí)施過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題

采用一體化設(shè)計(jì)時(shí)，輔助車(chē)間DCS一般與主廠房DCS一起打包采購(gòu)，由于部分輔助車(chē)間例如鍋爐補(bǔ)給水處理車(chē)間一般先于主廠房投產(chǎn)，因此DCS的招標(biāo)時(shí)間較常規(guī)設(shè)計(jì)需要提前。在這種情況下，會(huì)存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，在招標(biāo)時(shí)應(yīng)預(yù)估足夠的IO點(diǎn)數(shù)量，同時(shí)在簽訂DCS技術(shù)協(xié)議時(shí)應(yīng)協(xié)商好在實(shí)施過(guò)程中產(chǎn)生硬件變化情況下的解決辦法。

此外，由于DCS廠家對(duì)于輔助車(chē)間系統(tǒng)的工藝流程不太了解，在組態(tài)及調(diào)試過(guò)程中需要輔助車(chē)間工藝設(shè)備供貨商提供一定的協(xié)助和配合，因此在輔助車(chē)間設(shè)備招標(biāo)時(shí)應(yīng)寫(xiě)清楚相關(guān)要求，避免現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)問(wèn)題影響工程進(jìn)度和質(zhì)量。

4 某聯(lián)合循環(huán)機(jī)組控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

廣東省某2×390MW燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組燃機(jī)為GE公司9FA級(jí)燃機(jī)，燃機(jī)控制系統(tǒng)采用GE公司MARK VIe控制系統(tǒng)，除燃機(jī)以外的全廠系統(tǒng)及設(shè)備采用DCS一體化控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。

全廠各輔助車(chē)間，包括原水預(yù)處理、鍋爐補(bǔ)給水、廢水處理、天然氣調(diào)壓站、空調(diào)系統(tǒng)等全部采用DCS進(jìn)行控制。

單元機(jī)組控制系統(tǒng)與兩機(jī)公用系統(tǒng)以及輔助車(chē)間控制系統(tǒng)全部采用DCS，相互連接組成一個(gè)大的全廠控制網(wǎng)，各系統(tǒng)之間設(shè)置軟件閉鎖，避免出現(xiàn)誤操作的可能。

由于所有系統(tǒng)掛接在全廠控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)上，提高了各系統(tǒng)之間的信息共享性，而且也方便以后電廠擴(kuò)建時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)的擴(kuò)展。

該工程DCS已經(jīng)通過(guò)招標(biāo)進(jìn)行采購(gòu)，比較遺憾，無(wú)法與燃機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一體化。目前暫定通過(guò)OPC接口與機(jī)組DCS進(jìn)行通訊。

5 結(jié)語(yǔ)

燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)電廠控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案在技術(shù)上是可行的，但在實(shí)施過(guò)程中要精心設(shè)計(jì)，工程建設(shè)各方要全力配合，才能真正得到順利實(shí)施。

全廠控制系統(tǒng)優(yōu)化對(duì)于節(jié)省投資、提高全廠自動(dòng)化水平、減少檢修維護(hù)工作量等都非常有利。

控制系統(tǒng)的優(yōu)化是一項(xiàng)復(fù)雜而細(xì)致的工作，也是儀表與控制專業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)之一。控制系統(tǒng)的好壞直接決定機(jī)組的控制水平，影響機(jī)組的運(yùn)行效果。隨著越來(lái)越多的燃機(jī)項(xiàng)目的獲批，新一輪的建設(shè)高峰已經(jīng)來(lái)臨，在燃機(jī)電廠的設(shè)計(jì)階段，就要勇于創(chuàng)新，對(duì)全廠控制系統(tǒng)進(jìn)行充分的優(yōu)化，以期最大程度的提高自動(dòng)化水平，同時(shí)降低電廠建設(shè)投資，節(jié)約運(yùn)行維護(hù)成本，減少檢修工作量。

[1]周小力．燃機(jī)控制系統(tǒng)優(yōu)化與改進(jìn) [J]．燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，2008，(2)．

[2]管志龍，范小江．重型燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)電廠全廠一體化控制應(yīng)用[J]．燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，2011，(1)．