全廠DCS一體化控制方案在超超臨界間接空冷燃煤機(jī)組中的設(shè)計應(yīng)用

潘煒瑋

（浙江省電力設(shè)計院，杭州 310012）

全廠DCS一體化控制方案在超超臨界間接空冷燃煤機(jī)組中的設(shè)計應(yīng)用

潘煒瑋

（浙江省電力設(shè)計院，杭州 310012）

依托寧夏某新建超超臨界間接空冷燃煤機(jī)組的實(shí)際設(shè)計，詳細(xì)闡述DCS一體化控制方案、控制器配置、電子室優(yōu)化以及控制電源優(yōu)化等內(nèi)容，給全廠DCS一體化控制方案設(shè)計提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)，并對存在的問題提出了應(yīng)對策略。

全廠DCS一體化；輔網(wǎng)DCS；間接空冷；電子室；電源

0 引言

傳統(tǒng)大型火力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的設(shè)計方案是機(jī)組采用DCS（分散控制系統(tǒng)）控制，輔助車間采用PLC（可編程控制器）加上位機(jī)的控制方式。DCS控制系統(tǒng)隨著技術(shù)發(fā)展和市場競爭，相對于PLC在可靠性、可維護(hù)性、可擴(kuò)展性、系統(tǒng)完整性、經(jīng)濟(jì)性等方面均有一定的優(yōu)勢，全廠主機(jī)、輔網(wǎng)采用DCS一體化控制已成必然趨勢。大容量、高參數(shù)機(jī)組，輔助車間系統(tǒng)更為復(fù)雜，采用全廠DCS一體化控制，強(qiáng)化了各系統(tǒng)單元之間的聯(lián)系，提高了發(fā)電廠機(jī)組的整體控制水平。

隨著燃煤機(jī)組“上大壓小”措施的貫徹執(zhí)行，建設(shè)大容量、高參數(shù)、低能耗、超低排放的超超臨界級機(jī)組已成為新建燃煤機(jī)組最具經(jīng)濟(jì)性的選擇；對于水資源比較貧乏的寧夏地區(qū)，間接空冷機(jī)組可大幅度減少發(fā)電廠對水的需求量。依托寧夏某發(fā)電廠一期 2×660 MW工程間接空冷燃煤機(jī)組的實(shí)際設(shè)計，研究和分析了全廠DCS一體化的設(shè)計架構(gòu)和應(yīng)用。

1 工程概況

該發(fā)電廠一期為新建工程，采用2×660 MW超超臨界燃煤間接空冷機(jī)組，同步建設(shè)脫硫裝置和脫硝設(shè)施，預(yù)留再擴(kuò)建2×1 000 MW機(jī)組條件。鍋爐采用北京巴布科克·威爾科克斯有限公司的B&WB-1975/28.3-M超超臨界、一次中間再熱、單爐膛、前后墻對沖燃燒、濕式排渣、全鋼構(gòu)架封閉式鍋爐；汽輪機(jī)采用上海汽輪機(jī)有限公司的NJK660-27/600/610高效超超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸兩排汽、凝汽式汽輪機(jī)；發(fā)電機(jī)采用上海汽輪發(fā)電機(jī)有限公司的QFSN2-660-2水氫氫冷卻、自并勵靜態(tài)勵磁汽輪發(fā)電機(jī)；間接空冷裝置采用億吉埃冷卻系統(tǒng)貿(mào)易（北京）有限公司提供的表凝式間接空冷系統(tǒng)。

2 全廠DCS一體化控制方案

DCS系統(tǒng)采用Emerson的Ovation系統(tǒng)，設(shè)置2套單元機(jī)組DCS（含2臺單元機(jī)組的DCS公用系統(tǒng)）及1套全廠輔控DCS。

單元機(jī)組DCS控制范圍包括：鍋爐及輔助系統(tǒng)和設(shè)備、汽輪發(fā)電機(jī)組及輔助系統(tǒng)和設(shè)備、ECS（電氣控制系統(tǒng)）、間接空冷系統(tǒng)、循泵房系統(tǒng)、除灰系統(tǒng)、除渣系統(tǒng)、煙氣脫硝系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)、干式靜電除塵器、濕式靜電除塵器等。汽輪機(jī)DEH（數(shù)字化電液控制系統(tǒng)）、ETS（汽輪機(jī)危急跳閘系統(tǒng)）、給水泵汽輪機(jī)MEH（電液控制系統(tǒng)）、給水泵汽輪機(jī)METS（危急跳閘系統(tǒng)）也采用Emerson的Ovation系統(tǒng)，與DCS軟硬件一體化，分別作為獨(dú)立節(jié)點(diǎn)納入單元機(jī)組DCS控制。

2臺機(jī)組設(shè)置1套獨(dú)立的公用DCS，對公用系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和控制，控制范圍包括熱力公用系統(tǒng)（主廠房區(qū)域內(nèi)）、廠用電公用系統(tǒng)、除灰儀用空壓機(jī)系統(tǒng)、脫硫公用系統(tǒng)、輔機(jī)水泵房、除灰渣公用、采暖加熱站、燃油泵房系統(tǒng)、干灰分選系統(tǒng)等。公用DCS不設(shè)獨(dú)立的操作員站，在2臺單元機(jī)組DCS中均可對接入公用網(wǎng)的系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和控制，同時具有相互閉鎖功能，確保在同一時間只能由1臺單元機(jī)組DCS對公用系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，防止誤操作。

全廠輔控DCS采用與主機(jī)DCS軟、硬件一致的獨(dú)立控制系統(tǒng)，納入其監(jiān)控的工藝系統(tǒng)包括輸煤系統(tǒng)、鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)、凝結(jié)水精處理系統(tǒng)、汽水取樣、化學(xué)加藥系統(tǒng)、機(jī)組排水槽、綜合水泵房、工業(yè)廢水系統(tǒng)、酸洗廢水池處理系統(tǒng)、生活污水系統(tǒng)、含煤廢水系統(tǒng)、脫硝氨區(qū)系統(tǒng)等。

啟動鍋爐房和制氫站2個系統(tǒng)相對獨(dú)立，設(shè)備廠家長期采用PLC成套設(shè)計供貨，難以提供控制邏輯及要求，仍保留PLC控制，留通信接口與DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。

各種小型PLC控制應(yīng)用范圍最大限度地予以取消，真正實(shí)現(xiàn)了超超臨界間接空冷燃煤機(jī)組控制系統(tǒng)的DCS全廠一體化，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方案如圖1所示。

3 DCS控制器配置方案

DCS控制系統(tǒng)遵循功能分散和物理分散的原則，按工藝流程和設(shè)備布置區(qū)域就近集中合理設(shè)置就地電子室，并合理設(shè)置遠(yuǎn)程控制器?？刂破鞣峙浼半娮邮覚C(jī)柜布置詳見表1、表2、表3（以下表格I/O點(diǎn)數(shù)量均不含備用點(diǎn)）。

表1 單元機(jī)組DCS（單臺機(jī)組）

圖1 全廠DCS一體化網(wǎng)絡(luò)

DCS系統(tǒng)的安全可靠性與控制器的分散度、負(fù)荷率息息相關(guān)，而分散度和負(fù)荷率往往又取決于控制器的數(shù)量。以上的布局及配置，綜合考慮了DCS控制系統(tǒng)物理分散、危險分散、網(wǎng)絡(luò)集成的特點(diǎn)及工藝系統(tǒng)的相似性和物理位置相近的特點(diǎn)，并結(jié)合發(fā)電廠的運(yùn)行管理模式及DCS廠家豐富的組態(tài)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)。該控制器的配置方案既能保證負(fù)荷率，又能保證分散度，簡單又具有很強(qiáng)的可操作性。

表2 公用DCS

表3 輔網(wǎng)DCS

4 全廠監(jiān)控點(diǎn)和電子室優(yōu)化

工程采用機(jī)、爐、電集中控制方式，2臺機(jī)組設(shè)1個集控室，集控室位于兩爐之間集控樓中的15.5 m層，在集控室的機(jī)組DCS操作員站上可實(shí)現(xiàn)對單元機(jī)組和公用系統(tǒng)的監(jiān)視和控制。

當(dāng)前大多數(shù)電廠輔助車間設(shè)有水、煤、灰3個輔助監(jiān)控點(diǎn)，本工程結(jié)合現(xiàn)有發(fā)電廠的運(yùn)行和管理模式，以及輔助車間系統(tǒng)工藝的特殊性，將灰系統(tǒng)納入單元機(jī)組DCS控制，取消傳統(tǒng)意義上灰系統(tǒng)監(jiān)控點(diǎn)，輔助車間僅保留化水控制室和輸煤控制室2個監(jiān)控點(diǎn)。

脫硫系統(tǒng)設(shè)有就地控制室（單元脫硫系統(tǒng)設(shè)置1臺操作員站兼工程師站），重要信號采用硬接線接至機(jī)組DCS，集控室預(yù)留脫硫操作員站位置，待條件成熟后將脫硫操作員站移至集控室。

就地電子設(shè)備間，根據(jù)工藝系統(tǒng)相同或相似就近布置，物理位置相近的工藝系統(tǒng)合設(shè)電子設(shè)備間，符合DCS控制系統(tǒng)分散布置、集中控制的特點(diǎn)。

5 空冷島控制方式選擇

早期引進(jìn)的間接空冷機(jī)組，是由設(shè)備廠家成套提供儀表和控制系統(tǒng)，一般采用就地PLC控制，且不能實(shí)現(xiàn)全程自動控制。本工程在廠家提供控制要求的基礎(chǔ)上，將空冷島納入單元機(jī)組DCS控制，實(shí)現(xiàn)空冷島控制系統(tǒng)的軟硬件與主機(jī)DCS一體化。

本工程用閉式循環(huán)冷卻水代替開式循環(huán)冷卻水，用空冷塔代替濕冷塔，百葉窗采用連續(xù)可調(diào)的模擬量控制來調(diào)整開度，使其冷卻速度和效能與機(jī)組達(dá)到良好的匹配?？绽鋶uDCS約950個I/ O點(diǎn)，系統(tǒng)共設(shè)2對遠(yuǎn)程控制器，由于空冷島離主廠房較遠(yuǎn)，所以將其作為獨(dú)立節(jié)點(diǎn)一并納入單元機(jī)組DCS。

6 一體化DCS電源的可靠性設(shè)計

一體化DCS電源根據(jù)DCS網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工藝系統(tǒng)重要程度、系統(tǒng)所在區(qū)域等因素，分級分類設(shè)計。

DCS是全廠的控制核心，其電源的合理配置，是機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障。按負(fù)荷分類，DCS需要交流不間斷電源負(fù)荷，采用2路UPS電源冗余供電，在電子設(shè)備間設(shè)置單元機(jī)組DCS配電柜和公用DCS配電柜，單元機(jī)組DCS配電柜兩路進(jìn)線電源分別來自電氣2路UPS電源，公用DCS配電柜的電源則由2臺單元機(jī)組DCS配電柜進(jìn)線端供電。

理論上，與DCS一體化的控制系統(tǒng)，應(yīng)由DCS系統(tǒng)統(tǒng)一供電，如除灰系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)、間接空冷系統(tǒng)納入單元機(jī)組DCS控制，其配電也隨機(jī)組DCS系統(tǒng)統(tǒng)一設(shè)計，這樣也提高了這些系統(tǒng)控制的可靠性。由于燃油泵房、輔機(jī)水泵房、壓縮空氣、除灰公用、干灰分選系統(tǒng)納入公用DCS網(wǎng)控制，系統(tǒng)則由公用DCS配電柜供電。

脫硫系統(tǒng)相對獨(dú)立集中，脫硫綜合樓每臺單元機(jī)組脫硫DCS各設(shè)1面配電柜，由單元機(jī)組DCS配電柜供電；脫硫工藝樓脫硫公用系統(tǒng)DCS設(shè)1面配電柜，由公用DCS配電柜供電。

凝結(jié)水系統(tǒng)雖然納入輔網(wǎng)DCS控制，但它布置在主廠房，系統(tǒng)仍然歸入機(jī)組DCS供電，1號，2號凝結(jié)水精處理系統(tǒng)由1號，2號單元機(jī)組DCS配電柜供電，凝結(jié)水精處理公用系統(tǒng)由公用DCS配電柜供電。

化水車間系統(tǒng)（包括鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)和綜合水泵系統(tǒng)）、輸煤系統(tǒng)的控制機(jī)柜，由于電子室離電氣UPS較遠(yuǎn)，采用獨(dú)立DCS配電柜，由就地車間提供2路廠用電源，采用就地配置UPS裝置的供電模式。

工業(yè)廢水系統(tǒng)、生活污水處理系統(tǒng)等控制系統(tǒng)，電子間距離遠(yuǎn)，系統(tǒng)可靠性需求相對較低，采用就地車間兩路廠用電源供電方式。

7 存在的問題與建議

在實(shí)現(xiàn)全廠DCS一體化的設(shè)計過程中，由PLC控制的輔助系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)镈CS控制時，工程組織流程均發(fā)生了變化，對參與項(xiàng)目的設(shè)備供應(yīng)商、設(shè)計單位、組態(tài)調(diào)試單位、建設(shè)單位等的協(xié)調(diào)與有序溝通提出了新的要求。

（1）制水一般是電廠建設(shè)中的重要節(jié)點(diǎn)，進(jìn)度在主體建設(shè)之前。輔助系統(tǒng)采用PLC控制時，工藝設(shè)備、控制系統(tǒng)、組態(tài)、調(diào)試等均由制水設(shè)備供應(yīng)商獨(dú)立提供。采用全廠一體化DCS控制后，與制水設(shè)備供應(yīng)商的協(xié)調(diào)與溝通工作就需要從技術(shù)規(guī)范書、合同談判階段介入，原來由設(shè)備供應(yīng)商自行負(fù)責(zé)的設(shè)計、組態(tài)、調(diào)試等工作，現(xiàn)在就需要其提供大量的技術(shù)資料（如PID圖、SAMA圖、控制要求說明、I/O清單等），由設(shè)計院來完成設(shè)計、由DCS廠家和調(diào)試單位來完成組態(tài)調(diào)試等工作?？刂埔蟮淖兓?，就需要各方參建人員協(xié)調(diào)溝通，設(shè)計階段的工作和任務(wù)量相應(yīng)增大，要求設(shè)計人員統(tǒng)籌安排，以滿足工程進(jìn)度的要求。

（2）全廠DCS一體化控制的方案確定后，應(yīng)就某些特殊系統(tǒng)是否會早于DCS投運(yùn)（例如：采暖加熱站、生活污水）以及有些單體設(shè)備是否必須用PLC控制，進(jìn)行調(diào)研、分析，避免DCS系統(tǒng)中I/O點(diǎn)的重復(fù)設(shè)計。

（3）在設(shè)計過程中應(yīng)加強(qiáng)與業(yè)主單位的溝通工作，詳細(xì)了解用戶的需求及后期發(fā)展規(guī)劃，充分了解發(fā)電廠的管理和運(yùn)行模式，合理布置各監(jiān)控點(diǎn)及就地電子室。

（4）由于汽輪機(jī)和給水泵汽輪機(jī)設(shè)備早于DCS招標(biāo)，可以在其標(biāo)書中約定，若ETS與METS能滿足DCS快速保護(hù)要求的，則DEH，ETS，MEH，METS與DCS一體化。

（5）由于DCS系統(tǒng)需要穩(wěn)定可靠的UPS電源，在初步設(shè)計階段就需考慮是否需要額外增加UPS容量。

（6）本工程遵循發(fā)電廠運(yùn)行模式，集控樓設(shè)置在兩爐之間，精處理電子室布置在CD框架間。雖然凝結(jié)水精處理與取樣屬于輔控系統(tǒng)，但就物理位置相近的布置原則來看，在以后工程可以優(yōu)化布置在集控樓電子室。

8 結(jié)語

全廠DCS一體化控制方案的應(yīng)用充分利用了有限的投資，提高了發(fā)電廠的自動化及信息化水平。同時其所具有的維護(hù)簡單、控制功能完善、擴(kuò)展豐富、組態(tài)便捷、數(shù)據(jù)下載及上傳方便、顯示信息集中、人機(jī)操作界面友好、安全性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，隨著DCS系統(tǒng)的不斷發(fā)展性價比越來越突出，采用統(tǒng)一控制系統(tǒng)將是以后新建項(xiàng)目的必然選擇，超超臨界燃煤機(jī)組全廠DCS一體化控制必將會成為發(fā)展趨勢。

[1]錢培峻.超超臨界機(jī)組主輔控一體化控制的設(shè)計研究[J]．華東電力，2010，38（7）∶998-1001．

[2]孫瑜，張金祥，劉明佳，等.國產(chǎn)DCS在600 MW超臨界機(jī)組輔助車間控制一體化中的應(yīng)用[J].中國電力，2008（8）∶76-79.

[3]斯材軍，張成文，陳若春，等.基于單域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的主輔DCS一體化控制方案[J].浙江電力，2015，34（6）∶31-34.

（本文編輯：張 彩）

Design and Application of Integrated DCS Scheme in an Ultra-supercritical Indirect Air-cooling Coal-fired Unit

PAN Weiwei

（Zhejiang Electric Power Design Institute，Hangzhou 310012，China）

∶Based on the actual design of a new ultra-supercritical indirect air-cooling unit in Ningxia，the paper elaborates on the DCS integration control scheme,controller configuration，optimization of electronic room and control power，providing experience for integrated DCS design and presenting solutions to the problems.

integrated DCS design；auxiliary DCS；indirect air-cooling；electrical room；power supply

TK32

B

1007-1881（2016）11-0042-04

2016-08-15

潘煒瑋（1984），女，工程師，主要從事發(fā)電廠儀表和控制的設(shè)計工作。