西門子SPPA—T3000在委內(nèi)瑞拉燃機(jī)電廠中的應(yīng)用與接口

高平+劉春梅+孫平

[摘 要]文章介紹了委內(nèi)瑞拉新中心電廠工程中的燃機(jī)控制系統(tǒng)（西門子SPPA-T3000）以及該控制系統(tǒng)與機(jī)組DCS的接口。文章介紹了SPPA-T3000的總體結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，重點(diǎn)分析了它與電廠機(jī)組DCS通訊、硬接線、電源、接地等接口問題，通過接口的可靠銜接為實(shí)現(xiàn)機(jī)組安全和可靠的運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[關(guān)鍵詞]委內(nèi)瑞拉；燃機(jī)控制系統(tǒng)；SPPA-T3000；DCS；接口

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2016.32.081

1 項(xiàng)目簡介

委內(nèi)瑞拉新中心發(fā)電廠是新建工程，分兩期建設(shè)，一期（即本期）建設(shè)規(guī)模是4套西門子公司的SGT6-5000F型、60Hz、雙燃料燃機(jī)燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組（4×192.625MW）單循環(huán)及相應(yīng)的輔助設(shè)施，二期工程將一期單循環(huán)擴(kuò)建成總裝機(jī)容量為1500MW聯(lián)合循環(huán)（包含一期工程）。

2 機(jī)組控制系統(tǒng)簡介

2.1 燃?xì)廨啓C(jī)組控制系統(tǒng)（以下簡稱燃機(jī)控制系統(tǒng)）：SPPA-T3000

燃機(jī)控制系統(tǒng)由燃?xì)廨啓C(jī)供貨商西門子公司成套提供，由一套燃機(jī)控制系統(tǒng)西門子SPPA-T3000控制4臺燃機(jī)。該系統(tǒng)是專門用于燃機(jī)控制、保護(hù)系統(tǒng)。

SPPA-T3000用于燃?xì)廨啓C(jī)本體及輔助系統(tǒng)的控制、調(diào)節(jié)、保護(hù)和監(jiān)視。

SPPA-T3000系統(tǒng)作為燃機(jī)啟、停、正常運(yùn)行和事故處理的主要控制設(shè)備，配備緊急停機(jī)按鈕作為后備操作和監(jiān)視手段。燃機(jī)控制系統(tǒng)和機(jī)組DCS之間設(shè)有通訊連接，用于控制和保護(hù)的信號采用硬接線連接。

SPPA-T3000是基于微處理器的控制系統(tǒng)，它的特點(diǎn)是：①冗余的控制器；②冗余的應(yīng)用服務(wù)器；③冗余的電源模塊；④通訊硬件；⑤輸入輸出硬件；⑥控制驅(qū)動接口；⑦連續(xù)動態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)；⑧超速跳閘模塊和跳閘繼電器系統(tǒng)；⑨歷史數(shù)據(jù)存儲；⑩系統(tǒng)機(jī)柜。

2.2 機(jī)組分散控制系統(tǒng)（以下簡稱機(jī)組DCS）

為保證機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，設(shè)計(jì)院負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)一套完整、可靠的機(jī)組DCS。

機(jī)組DCS實(shí)現(xiàn)全廠輔助系統(tǒng)包括燃油系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、化學(xué)水處理系統(tǒng)、生活污水系統(tǒng)、含油廢水系統(tǒng)、污泥脫水系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)-變壓器組及廠用電系統(tǒng)的集中監(jiān)視和控制。

3 熱工自動化水平

一期工程設(shè)一個集中控制室（以下簡稱集控室），集控室預(yù)留二期聯(lián)合循環(huán)四爐兩機(jī)的監(jiān)控位置。值班操作員可通過控制室內(nèi)的操作鍵盤和鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作。在機(jī)組的啟動、停止、正常運(yùn)行和異常工況的處理中只需運(yùn)行人員的少量干預(yù)即能自動完成。

DCS 以彩色LCD、專用鍵盤、鼠標(biāo)作為機(jī)組的主要監(jiān)控手段。燃機(jī)控制系統(tǒng)與機(jī)組DCS設(shè)有通訊連接，運(yùn)行人員在集控室通過燃機(jī)控制系統(tǒng)的人機(jī)接口可實(shí)現(xiàn)對燃機(jī)的監(jiān)控。在集控室內(nèi)不設(shè)置常規(guī)指示/記錄表、熱工信號光字牌、手動/自動操作站等監(jiān)控設(shè)備。在操作臺上配置機(jī)組硬接線的緊急停止按鈕及重要輔機(jī)的操作按鈕，以保證機(jī)組在緊急情況下安全停機(jī)。

4 燃機(jī)控制系統(tǒng)與機(jī)組DCS的銜接

機(jī)組的控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖見下圖（“控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)”）。

國內(nèi)常用的燃機(jī)控制系統(tǒng)是GE的MARK IV，西門子燃機(jī)控制系統(tǒng)SPPA-T3000（以下簡稱SPPA-T3000）系統(tǒng)是首次在國內(nèi)應(yīng)用，對該系統(tǒng)與機(jī)組DCS的銜接問題了解還不夠深入，為確保電廠的安全可靠運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)燃機(jī)控制系統(tǒng)與機(jī)組DCS的可靠連接。設(shè)計(jì)院在展開施工圖設(shè)計(jì)之前，必須解決如下問題： ①燃機(jī)操作員站安裝地點(diǎn)；②SPPA-T3000與機(jī)組DCS的通訊接口；③SPPA-T3000與機(jī)組DCS的硬接線連接；④SPPA-T3000系統(tǒng)的電源；⑤SPPA-T3000系統(tǒng)的接地；⑥燃機(jī)緊急停機(jī)按鈕。

為解決如上問題，項(xiàng)目總承包方組織設(shè)計(jì)院和有關(guān)單位與燃機(jī)供貨商美國西門子公司先后進(jìn)行3次設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)會，上述問題已逐一得到解決。具體如下。

4.1 燃機(jī)操作員站安裝地點(diǎn)

問題： 西門子公司的原設(shè)計(jì)是為每臺燃機(jī)提供一套操作員站，布置在燃機(jī)就地控制室，這樣就造成了燃機(jī)與機(jī)組分別在兩個地方控制的局面。業(yè)主要求在集控室內(nèi)也能實(shí)現(xiàn)燃機(jī)的監(jiān)控，于是提出了是否可以將燃機(jī)操作員站和相關(guān)的打印機(jī)等設(shè)備從就地控制室移到集控室的問題。

解決方案：經(jīng)過與西門子的相關(guān)技術(shù)人員認(rèn)真討論后，終于得出如下解決辦法。

（1）西門子提供的T3000的服務(wù)器在機(jī)組調(diào)試期間，仍然布置在燃機(jī)就地控制室，在運(yùn)行期間可將該服務(wù)器移至集控樓的電子設(shè)備間，由業(yè)主提供一段350米的光纜，用于將該服務(wù)器與燃機(jī)就地控制室的控制柜相連。

（2）西門子提供的燃機(jī)套操作員站（4套）、打印機(jī)（2臺），振動監(jiān)視系統(tǒng)終端（DMS）（2套，兩機(jī)公用一套），在機(jī)組調(diào)試期間，仍然布置在燃機(jī)就地控制室，在就地實(shí)現(xiàn)燃機(jī)的控制和監(jiān)視。待調(diào)試成功后，在運(yùn)行期間可將這8臺設(shè)備移到集控室。西門子公司同意提供240米雙絞線電纜（每臺設(shè)備30米）。

如上方案使這個問題得到了完美的解決，在集控室內(nèi)可通過燃機(jī)操作員站實(shí)現(xiàn)燃機(jī)的監(jiān)視和控制，這樣不但做到了集中監(jiān)控，還有利于機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，同時也減少了運(yùn)行人員。

4.2 SPPA-T3000與機(jī)組DCS的通訊接口

問題：由于西門子的SPPA-T3000是按照單循環(huán)機(jī)組設(shè)計(jì)的，所以只提供標(biāo)準(zhǔn)燃機(jī)單循環(huán)硬件線接口，不提供通訊接口。但是有限的硬接線信號不能滿足二期聯(lián)合循環(huán)監(jiān)視和控制的需要，因此需增加SPPA-T3000與機(jī)組DCS的通訊接口。

解決方案：要想實(shí)現(xiàn)兩個控制系統(tǒng)的通訊有兩種方案：

方案一：機(jī)組DCS系統(tǒng)采用西門子T3000產(chǎn)品，可以利用目前燃機(jī)SPPA-T3000現(xiàn)有多余的OSM（optical switch manager）通信口（2個），只需要做少量修改，無須增加任何接口硬件便可實(shí)現(xiàn)通訊連接，即可實(shí)現(xiàn)兩個控制系統(tǒng)的無縫連接。但是這就意味著機(jī)組DCS必須選擇西門子T3000產(chǎn)品，不滿足設(shè)備招標(biāo)要求。由于不是通過招標(biāo)方式確定機(jī)組DCS的廠家，DCS的價格會比正常招標(biāo)確定的設(shè)備的價格高很多，技術(shù)上可行，但是經(jīng)濟(jì)性不好。

控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

方案二：機(jī)組DCS采用其他品牌的DCS產(chǎn)品，要想實(shí)現(xiàn)兩個控制系統(tǒng)的通訊連接，西門子T3000需增加通訊接口硬件和軟件，有兩種通訊類型可選，一個是CM（MODBUS）型接口，一個OPC型接口。雖然要增加一些費(fèi)用，但是考慮到與其他品牌DCS接口的通用性，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，本項(xiàng)目最終確定由西門子公司增加OPC接口方案，以及相關(guān)的硬件接口和軟件配置及現(xiàn)場服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了SPPA-T3000與機(jī)組DCS的數(shù)據(jù)通訊。

4.3 SPPA-T3000與機(jī)組DCS的硬接線連接

問題：由于西門子的SPPA-T3000是按照單循環(huán)機(jī)組設(shè)計(jì)的，所以只提供標(biāo)準(zhǔn)燃機(jī)單循環(huán)硬接線接口。但是有限的硬接線信號不能滿足黑啟動及二期聯(lián)合循環(huán)的控制的需要，因此需增加SPPA-T3000與機(jī)組DCS的硬接線信號接口。

解決方案：考慮到本期設(shè)有電氣設(shè)置黑啟動系統(tǒng)以及和二期聯(lián)合循環(huán)時快速減負(fù)荷（fast cut-back）的控制要求，通過協(xié)商，決定在單循環(huán)燃機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)接口的基礎(chǔ)上增加如下信號。

（1）DI 信號：①DCS遠(yuǎn)方控制要求信號（Plant DCS Remote Control Request）；②全廠DCS啟動準(zhǔn)備好信號（Plant DCS Ready to Start）；③燃機(jī)快速減負(fù)荷（CT remote auto unload request）；④公用系統(tǒng)準(zhǔn)備黑啟動（BOP ready to blackstart）；⑤燃機(jī)處于ISOCHRONOUS運(yùn)行模式（ISOCHRONOUS mode of operation）；⑥52BBA 開關(guān)已閉合（52BBA closed）；⑦52BBA 開關(guān)已打開（52BBA opened）⑧要求黑啟動（Blackstart request）。

（2）DO信號： ①前置油泵啟動要求信號（Fuel Oil Forwarding Pump Request On）；②注水泵啟動要求信號（Injection Forwarding Pump Request On）；③燃機(jī)處于ISO模式（GT in ISO mode）；增加上述DI和DO硬接線信號后，可實(shí)現(xiàn)一期單循環(huán)和二期聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的控制要求，最終的硬接線接口清單見下表《硬接線接口清單》。

4.4 SPPA-T3000系統(tǒng)的電源

問題：由于SPPA-T3000的服務(wù)器柜、燃機(jī)套操作員站（4套）、打印機(jī)（2臺），振動監(jiān)視系統(tǒng)終端（DMS）（2套），在機(jī)組調(diào)試期間，布置在燃機(jī)就地控制室，在運(yùn)行期間將這些設(shè)備移到集控樓。移到集控樓后，必須解決這些設(shè)備的供電問題。

《硬接線接口清單》

解決方案：

（1）西門子SPPA-T3000的服務(wù)器柜需要2路120VAC的電源。當(dāng)布置在燃機(jī)就地控制室時，由西門子就地控制室內(nèi)的電源配電柜供電；當(dāng)移到集控樓電子設(shè)備間時，由電氣提供2路120VAC電源，其中一路來自廠用電，一路來自UPS，該服務(wù)器自帶電源自動切換裝置，確保供電的安全可靠。

（2）燃機(jī)套操作員站等8套設(shè)備各需要一路120VAC電源。當(dāng)布置在燃機(jī)就地控制室時，由燃機(jī)就地控制室內(nèi)的電源配電柜供電；當(dāng)移到集控室時，由機(jī)組DCS的電源分配柜為其供電。機(jī)組DCS電源柜將不僅負(fù)責(zé)DCS設(shè)備的供電，同時也為燃機(jī)操作員站等設(shè)備預(yù)留電源回路。電氣將為DCS電源柜提供2路電源，其中一路來自廠用電，一路來自UPS，機(jī)組DCS電源柜自帶電源自動切換裝置，確保供電的安全可靠。

4.5 SPPA-T3000系統(tǒng)的接地

問題：SPPA-T3000的部分控制設(shè)備從燃機(jī)就地控制柜移到集控室后，系統(tǒng)接地問題如何解決？

解決方案：SPPA-T3000的控制設(shè)備具體接地要求如下： 對于信號地（CEP），接地電阻必須小于1歐姆，采用#4/0 AWG銅導(dǎo)線，對于安全地（EG），采用 #1/0 AWG裸銅電纜接地電阻須小于1歐姆。

當(dāng)SPPA-T3000的控制設(shè)備在燃機(jī)就地控制柜時，統(tǒng)一接到燃機(jī)就地控制柜的總接地母排上，當(dāng)移到集控室后西門子SPPA-T3000的服務(wù)器和操作員站和振動監(jiān)視系統(tǒng)終端將連到機(jī)組DCS接地網(wǎng)上，然后再聯(lián)到全廠接地網(wǎng)。

4.6 燃機(jī)緊急停機(jī)按鈕

問題：在集控室如何實(shí)現(xiàn)緊急停燃機(jī)？

解決方案：緊急停機(jī)按鈕是獨(dú)立于燃機(jī)控制系統(tǒng)的，它用于實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)故障狀態(tài)下或在緊急情況下停燃機(jī)。西門子共提供三個獨(dú)立的緊急停機(jī)按鈕，一個布置在燃機(jī)就地控制室CJQ01機(jī)柜的門上，一個布置在燃機(jī)潤滑油站控制盤上，一個布置在集控室燃機(jī)操作臺上。按下任何一個按鈕，都會緊急停燃機(jī)。布置在就地控制室和就地控制柜上的按鈕在出廠時，已經(jīng)安裝好了，布置在集控室的緊急按鈕為單按鈕，西門子提供該按鈕，現(xiàn)場負(fù)責(zé)安裝在集控室燃機(jī)操臺上。

5 結(jié) 論

本系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用在委內(nèi)瑞拉新中心發(fā)電廠，目前在集控室操作燃機(jī)的問題都已經(jīng)解決，所有施工圖階段的熱控設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，特別是與燃機(jī)控制系統(tǒng)接口的設(shè)計(jì)都按照上述解決方案中的內(nèi)容執(zhí)行。目前機(jī)組DCS設(shè)備已經(jīng)運(yùn)往委內(nèi)瑞拉新中心發(fā)電廠現(xiàn)場，接口問題的解決為機(jī)組的順利調(diào)試及機(jī)組的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]委內(nèi)瑞拉工程西門子第1～3次設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)會紀(jì)要（熱控部分）.委內(nèi)瑞拉新中心發(fā)電廠施工圖熱控K0301卷冊[Z].

[2]西門子.Planta Centro Interface Requirements To Gt Control System[Z].

[3]西門子.Project Specific Hardwired Interface[Z].