淺談660MW等級火電廠輔網(wǎng)程控的設(shè)計(jì)與安裝

【摘要】隨著火電廠自動化要求的越來越高，許多火力發(fā)電廠進(jìn)行了技術(shù)改造與革新。近年來，電廠生產(chǎn)人員更多關(guān)注三大主機(jī)的控制，運(yùn)用了DCS分散式控制系統(tǒng)，形成并完善了成熟的控制策略與控制網(wǎng)絡(luò)。但對輔助系統(tǒng)，如輸煤系統(tǒng)、化水系統(tǒng)、飛灰除塵系統(tǒng)、啟動鍋爐系統(tǒng)、脫硫脫銷等系統(tǒng)還只處于單一控制層面，部分發(fā)電廠未能將以上輔助系統(tǒng)信號引入中央集控室或未能將其互聯(lián)，造成火電廠運(yùn)行人員無法實(shí)時(shí)通覽全廠運(yùn)行情況，對生產(chǎn)運(yùn)行造成一定隱患與影響。為此，我借鑒國外電站工程的先進(jìn)技術(shù)與實(shí)踐，淺析輔網(wǎng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與安裝。

【關(guān)鍵詞】660MW；火電廠；輔網(wǎng)程控；設(shè)計(jì)與安裝

隨著火電廠自動化要求的越來越高，許多火力發(fā)電廠進(jìn)行了技術(shù)改造與革新。近年來，電廠生產(chǎn)人員更多關(guān)注三大主機(jī)的自動控制，特別是運(yùn)用了DCS分散式控制系統(tǒng)，形成并完善了成熟的控制策略與控制網(wǎng)絡(luò)。但對輔助系統(tǒng)，如輸煤系統(tǒng)、化水系統(tǒng)、飛灰除塵系統(tǒng)、啟動鍋爐系統(tǒng)、脫硫脫銷等系統(tǒng)還只處于單一控制層面，部分發(fā)電廠未能將以上輔助系統(tǒng)信號引入中央集控室或未能將其形成數(shù)據(jù)互聯(lián)，造成火電廠運(yùn)行人員無法實(shí)時(shí)通覽全廠運(yùn)行情況，對生產(chǎn)運(yùn)行造成一定隱患與影響。為此，現(xiàn)代大型火電企業(yè)流行采用輔網(wǎng)程控技術(shù)來解決這一問題。

1.基本概念

輔網(wǎng)程控（BOP），即發(fā)電廠輔助車間網(wǎng)絡(luò)控制。該控制系統(tǒng)以PLC程序控制為基礎(chǔ)，以總線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為紐帶，以冗余、熱備技術(shù)為保障，實(shí)現(xiàn)火電廠輔助車間終端信號處理、遠(yuǎn)程安全操作與監(jiān)視的功能。輔網(wǎng)程控由數(shù)據(jù)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備、電源柜、輔助車間PLC控制柜、網(wǎng)絡(luò)柜等部分組成總線型網(wǎng)絡(luò)。

2.輔網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求

2.1 總體要求

以國外沿海某600MW等級火電廠為例，輔助車間控制采用全廠集中監(jiān)控方式，即在集控室里的輔控操作員站上能完成對海水淡化系統(tǒng)、鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)（包括生活水系統(tǒng)和服務(wù)水系統(tǒng)）、廢水處理系統(tǒng)（包括凈化站系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)、含煤廢水處理系統(tǒng)以及其它綜合水系統(tǒng)等）、輸煤系統(tǒng)、制氫系統(tǒng)、啟動鍋爐房、集控樓暖通系統(tǒng)的監(jiān)控。同時(shí)也設(shè)有以下幾個(gè)輔助監(jiān)控點(diǎn)：水處理控制室、輸煤控制室、制氫站控制站、啟動鍋爐控制室。

2.2 設(shè)計(jì)必須滿足國際標(biāo)準(zhǔn)

如GB11920-98電站電氣部分集中控制裝置通用技術(shù)條件；GB4720-84低壓電器電控設(shè)備；JB616-84電力系統(tǒng)二次電路用屏（臺）通用技術(shù)條件；IEC144低壓開關(guān)和控制設(shè)備的外殼防護(hù)等級；ANSI488可編程儀器的數(shù)字接口；TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議；IEEE802局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)等。除上述標(biāo)準(zhǔn)外，還應(yīng)符合有關(guān)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

2.3 網(wǎng)絡(luò)及I/O點(diǎn)容量要求

全廠輔助車間控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)采用雙纜冗余星形拓?fù)錁I(yè)以太網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)采取有效措施以防止各類計(jì)算機(jī)病毒的侵害和數(shù)據(jù)丟失。以一臺660MW超臨界火電廠為例，全廠輔控網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)I/O點(diǎn)容量應(yīng)不小于8000點(diǎn)、標(biāo)簽量點(diǎn)不小于15000。

2.4 輔網(wǎng)程控的硬件要求

所有設(shè)備應(yīng)能在強(qiáng)電場、強(qiáng)磁場和振動環(huán)境中連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，能在環(huán)境溫度-10℃ ～50℃，相對濕度10～95%（不結(jié)露）的環(huán)境中連續(xù)運(yùn)行。PLC的CPU和遠(yuǎn)程站的網(wǎng)絡(luò)采用雙網(wǎng)絡(luò)，距離大于150米的遠(yuǎn)程站采用光纜，不接受同軸電纜。

2.5 操作員站及工程師站要求

上位監(jiān)控機(jī)應(yīng)采用先進(jìn)可靠的主流工業(yè)PC產(chǎn)品，具有抗干擾、防輻射能力。輔控網(wǎng)絡(luò)應(yīng)配備三臺獨(dú)立的監(jiān)控上位機(jī)，作為操作員站，布置在集控室，配備1臺監(jiān)控上位機(jī)作為工程師站，布置在工程師室。操作員站及工程師站具有多級安全管理功能，操作員站之間操作必須互相閉鎖。

操作員站運(yùn)行監(jiān)視應(yīng)具有數(shù)據(jù)采集、畫面顯示、參數(shù)處理、越限報(bào)警、制表打印以及各系統(tǒng)PLC參數(shù)設(shè)置、設(shè)備監(jiān)控、控制邏輯的修改、系統(tǒng)的調(diào)試等功能。

2.6 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備要求

全廠輔助控制系統(tǒng)中的主干網(wǎng)絡(luò)建議采用全雙工交換式100M光纖工業(yè)控制用以太網(wǎng)，采用雙纜冗余網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，至少留有一對備用芯，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中某一段光纜線路出現(xiàn)故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)能夠自動重新配置并繼續(xù)通訊，其重構(gòu)時(shí)間應(yīng)小于500ms，同時(shí)在此過程中不能造成數(shù)據(jù)的丟失或數(shù)據(jù)的變化。

2.7 電源與接地要求

按照車間要求與區(qū)域布置應(yīng)提供雙路交流230V±10%，50Hz±1Hz的單相電源。供電2路電源應(yīng)能自動無擾切換。當(dāng)故障時(shí)自動切換到另一路，并不應(yīng)引起系統(tǒng)的誤動及數(shù)據(jù)丟失，切換時(shí)間小于8毫秒。

3.輔網(wǎng)系統(tǒng)的安裝

3.1 應(yīng)用前的準(zhǔn)備

為了設(shè)計(jì)一套安全、合格的輔網(wǎng)控制系統(tǒng)，首先應(yīng)該對各個(gè)控制對象的特性與工藝流進(jìn)行分析與了解，對工藝中需要注重的環(huán)節(jié)給予明確，對運(yùn)行、維護(hù)工作的便捷給予考慮，明確網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架、數(shù)據(jù)處理要求、控制邏輯步序以及所需的軟、硬件數(shù)量，最終以工程人員給予安裝、調(diào)試完成。

3.2 系統(tǒng)安裝要求

3.2.1 PLC控制器選擇雙機(jī)熱備用，能控制系統(tǒng)設(shè)備的啟、停；現(xiàn)場信息采集與處理；同上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通信?？刂葡到y(tǒng)應(yīng)對整個(gè)工藝系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)視、管理和自動程序控制，并在PLC內(nèi)應(yīng)設(shè)有必要的保護(hù)和閉鎖功能。就地控制應(yīng)安裝有必要的聯(lián)鎖，遠(yuǎn)方/就地切換在就地控制箱上完成。控制邏輯中應(yīng)提供必要的閉鎖手段。

3.2.2 I/O點(diǎn)分配：系統(tǒng)安裝時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際工藝要求，選擇足夠數(shù)量的模塊設(shè)備，并適當(dāng)給予10-15%的預(yù)留以備用。

3.2.3 安裝技術(shù)要求：控制系統(tǒng)采用可編程序控制器（PLC）進(jìn)行順序控制，順控邏輯設(shè)計(jì)應(yīng)符合工藝系統(tǒng)的控制要求。

3.2.4 服務(wù)器、上位監(jiān)控系統(tǒng)安裝：操作系統(tǒng)應(yīng)選擇穩(wěn)定運(yùn)行的系統(tǒng)，服務(wù)器、上位機(jī)安裝環(huán)境應(yīng)確保散熱、干燥等標(biāo)準(zhǔn)要求。軟件控制系統(tǒng)功能可以實(shí)現(xiàn)包括模擬圖、棒狀圖、趨勢圖、操作畫面、報(bào)警畫面及操作指導(dǎo)等。工程人員應(yīng)對各輔助系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一要求的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)定義、邏輯組態(tài)，將組態(tài)后的軟件集成到全廠輔助系統(tǒng)集中監(jiān)控操作員站上。

3.2.5 網(wǎng)絡(luò)安裝：輔網(wǎng)控制系統(tǒng)應(yīng)安裝冗余的100M光纖通訊接口及以太網(wǎng)通訊接口。當(dāng)一條網(wǎng)絡(luò)線路通訊故障時(shí)，通過上層網(wǎng)應(yīng)可自動切換至另一條線路，不應(yīng)因此影響上層網(wǎng)絡(luò)對本系統(tǒng)的監(jiān)控。為了防止網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)本車間運(yùn)行數(shù)據(jù)的丟失，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，控制器應(yīng)設(shè)計(jì)冗余控制，通過一定容量的存儲技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)應(yīng)能被暫時(shí)存儲，待網(wǎng)絡(luò)通訊恢復(fù)正常后，這些數(shù)據(jù)應(yīng)能自動被送往上層網(wǎng)絡(luò)。

3.2.6 電源安裝：系統(tǒng)需配置滿足控制系統(tǒng)以及聯(lián)網(wǎng)所需的各檔電源和UPS裝置。安裝時(shí)應(yīng)考慮電源切換裝置。PLC機(jī)柜和遠(yuǎn)程I/O柜應(yīng)能同時(shí)接受兩路230VAC電源，并提供電源切換裝置，在一路電源故障時(shí)自動切換到另一路，并不應(yīng)引起系統(tǒng)的誤動及數(shù)據(jù)丟失。另外，安裝時(shí)還應(yīng)為上位機(jī)和每個(gè)PLC遠(yuǎn)程站提供UPS裝置，并每個(gè)UPS裝置要求預(yù)留30%裕量。

3.2.7 控制盤、臺、柜的安裝：控制盤柜的外殼安裝防護(hù)等級，一般室內(nèi)為IP52，室外為IP56。在盤柜的前后門安裝永久牢固的標(biāo)牌；機(jī)柜有足夠的強(qiáng)度；保證不變形。機(jī)柜內(nèi)的端子排布置在易于安裝接線的地方，即為離柜底300mm以上和柜頂150mm以下。

4.系統(tǒng)常見問題及維護(hù)

任何系統(tǒng)在投用時(shí)，由于對象所處環(huán)境、人為干預(yù)等影響造成系統(tǒng)容易出現(xiàn)若干問題。在輔網(wǎng)控制系統(tǒng)中一般容易出現(xiàn)系統(tǒng)故障、電源故障、軟件故障等不同問題，根據(jù)海外工程檢修實(shí)踐，列出幾種常見故障。

（1）控制器故障：當(dāng)出現(xiàn)控制系統(tǒng)故障時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出、接收指令將不能正常響應(yīng)。出現(xiàn)這種故障，應(yīng)首先到控制間去了解控制器的運(yùn)行狀態(tài)，以指示燈為依據(jù)，根據(jù)指示燈的不同，確定故障原因，如通訊故障、接口錯(cuò)誤、系統(tǒng)地址沖突、自檢錯(cuò)誤等。

（2）信號干擾故障：由于輔網(wǎng)車間分布在廠區(qū)各個(gè)領(lǐng)域，生產(chǎn)對象為煤、灰、水、氫等工質(zhì)，處理工藝較為簡單，處理環(huán)境較為惡劣，如煤場皮帶傳輸、灰倉料位、廢水處理、制氫干燥等。這些均會造成信號傳輸中斷或干擾。另外，在安裝機(jī)柜和敷設(shè)通訊電纜時(shí)，由于屏蔽、接地等安裝不當(dāng)也易造成電纜之間的電磁干擾。

（3）網(wǎng)絡(luò)故障：由于輔網(wǎng)程控基于現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)器與各個(gè)子站之間通過光纖連接，子站內(nèi)部通過以太網(wǎng)連接，容易造成光纜通訊中斷或網(wǎng)絡(luò)通訊中斷，還會由于網(wǎng)絡(luò)地址設(shè)置、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)置不佳造成信號不能正常傳輸至服務(wù)器。

（4）遠(yuǎn)程IO模塊、現(xiàn)場控制器模塊故障。遠(yuǎn)程IO模塊主要完成各個(gè)子站以及與中央服務(wù)器之間的通訊，由于遠(yuǎn)程IO受到控制器的錯(cuò)誤指令與掃描大量校驗(yàn)信號傳輸錯(cuò)誤等影響，容易造成故障出現(xiàn)?，F(xiàn)場控制器模塊主要完成現(xiàn)場信號的發(fā)送與接收，如果因安裝不當(dāng)、現(xiàn)場信號出現(xiàn)擾動以及柜內(nèi)電源配置不當(dāng)容易造成信號通道損壞、模塊燒毀的故障發(fā)生。

（5）服務(wù)器控制故障：服務(wù)器主要負(fù)責(zé)全網(wǎng)數(shù)據(jù)的接送，故此工程人員會在服務(wù)器設(shè)置全網(wǎng)標(biāo)簽數(shù)據(jù)庫，目的在于集控室可從服務(wù)器中直接調(diào)寫數(shù)據(jù)以利用。但由于網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)量較大，且某個(gè)子站如出現(xiàn)掉網(wǎng)，容易使服務(wù)器數(shù)據(jù)庫功能收到影響，一旦檢修不及時(shí)易使得服務(wù)器停止數(shù)據(jù)服務(wù)，造成運(yùn)行人員不能在集控室觀察、操作遠(yuǎn)方數(shù)據(jù)。

（6）解決方法：

①設(shè)計(jì)輔網(wǎng)程控系統(tǒng)之初，應(yīng)該對控制對象、控制要求進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃。

②加強(qiáng)對控制柜的巡檢與日常維護(hù)。

③加強(qiáng)在機(jī)柜與就地儀表安裝時(shí)的測試，對安裝標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格執(zhí)行。

④對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)、余量、數(shù)據(jù)標(biāo)簽的定義、網(wǎng)絡(luò)地址進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃、合理分配。

5.結(jié)束語

充分利用好輔網(wǎng)程控系統(tǒng)，可以使整個(gè)火電廠的自動化控制水平進(jìn)一步覆蓋全廠，還可以利用MIS系統(tǒng)接口與其連接，使全廠控制情況能夠在各個(gè)重要部門體現(xiàn)，進(jìn)而提高火電廠運(yùn)行人員對全廠系統(tǒng)的掌控能力。

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