聯(lián)合循環(huán)電廠控制系統(tǒng)一體化應(yīng)用

佟純濤，劉立立

（1.國電投周口燃?xì)鉄犭娪邢薰?，河?周口 466200；2.天津華電南疆熱電有限公司，天津 300450）

0 引言

因效率高、啟動快、污染小等優(yōu)點(diǎn)，燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)電廠在國內(nèi)得到了較快的發(fā)展。 近幾年燃?xì)廨啓C(jī)的建設(shè)也達(dá)到了一個(gè)新的高峰。 控制系統(tǒng)作為電廠的大腦中樞，對于電廠高效、穩(wěn)定、安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用［1］。 燃煤機(jī)組經(jīng)過較長時(shí)間的發(fā)展，控制系統(tǒng)一體化得到了較好的發(fā)展與應(yīng)用，在燃煤機(jī)組主輔機(jī)控制上效果顯著［2］。 控制系統(tǒng)一體化的實(shí)施，對于燃煤機(jī)組在集中控制、改善崗位人員配置等運(yùn)行管理上有很好的推動作用。 而聯(lián)合循環(huán)電廠因燃機(jī)在國內(nèi)發(fā)展滯后， 控制系統(tǒng)的一體化應(yīng)用相對比較滯后。 在燃煤機(jī)組實(shí)施一體化控制的很多經(jīng)驗(yàn)都值得聯(lián)合循環(huán)電廠所借鑒。 本文針對聯(lián)合循環(huán)電廠控制系統(tǒng)一體化應(yīng)用進(jìn)行分析與探討。

1 控制系統(tǒng)概述

“一拖一” 多軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組包括一臺燃?xì)廨啓C(jī)、一臺余熱鍋爐、一臺蒸汽輪機(jī)，配備輔助系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、公用部分和給水系統(tǒng)。以上各系統(tǒng)間不是孤立的，系統(tǒng)間存在著一定的聯(lián)系，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念往往通過硬接線完成。在新建電廠中，上述設(shè)備通常由不同的系統(tǒng)控制。由于燃機(jī)控制的獨(dú)特性，燃機(jī)控制系統(tǒng)一直由燃機(jī)廠家配套提供。 而汽輪機(jī)、余熱鍋爐、輔機(jī)設(shè)備等通常采用單獨(dú)的控制系統(tǒng)， 從而造成了多系統(tǒng)并存的情況。

在多系統(tǒng)并存的情況下， 為確保各系統(tǒng)之間的聯(lián)系， 各系統(tǒng)之間通常采用硬接線或網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。這樣造成全廠控制系統(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題［3］，不利于機(jī)組級自動啟停機(jī)控制系統(tǒng)（Automatic Plant Start-up and Shut-down System，簡稱 APS）的實(shí)現(xiàn)。同時(shí)接口站等設(shè)備也需重復(fù)配置，增加通信接口或硬接線，造成IO 占用，成本增加、資源浪費(fèi)。 因此，控制系統(tǒng)一體化是聯(lián)合循環(huán)電廠控制系統(tǒng)的必然選擇。

查找某燃機(jī)電廠前期調(diào)研資料及相關(guān)參考文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)， 國內(nèi)某控制系統(tǒng)的應(yīng)用主要在燃煤電廠及鋼鐵行業(yè)［4］，在燃機(jī)控制上的應(yīng)用相對較少，而且沒有在燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)電廠實(shí)現(xiàn)一體化控制的案例，這也是本文要介紹的重點(diǎn)。

2 控制系統(tǒng)一體化的應(yīng)用

2.1 整體設(shè)計(jì)

在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段， 某燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)電廠提出全廠一體化控制和機(jī)組級自動控制的構(gòu)想。 專業(yè)人員對方案的可行性進(jìn)行了深入調(diào)研， 最終決定將燃機(jī)控制系統(tǒng)（Turbine Control System，簡稱TCS）與單元公用控制系統(tǒng)（Distribution Control System，簡稱DCS）實(shí)現(xiàn)一體化控制，從而為機(jī)組級自動控制的實(shí)施提供平臺。

聯(lián)合循環(huán)電廠在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)統(tǒng)籌考慮各主設(shè)備的內(nèi)在聯(lián)系，對控制系統(tǒng)進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，全廠系統(tǒng)輸入輸出接口IO 總量設(shè)計(jì)在8 000 點(diǎn)左右。 燃機(jī)控制系統(tǒng)、蒸汽輪機(jī)、余熱鍋爐、電氣及其他公用系統(tǒng)都采用某公司控制系統(tǒng)。 為方便一體化后燃機(jī)TCS數(shù)據(jù)能夠連接到DCS 高速數(shù)據(jù)網(wǎng)，設(shè)計(jì)預(yù)留TCS 與DCS 的控制網(wǎng)絡(luò)（Control network，簡稱 Cnet）的聯(lián)網(wǎng)端口，這樣就避免增加硬接線和通信接口，減少系統(tǒng)IO 點(diǎn)量，提高系統(tǒng)的可靠性與便捷性。

所有的操作員站（Operator Station，簡稱 OPS）均連接在操作網(wǎng)絡(luò)（Operational networks，簡稱 Onet）上。主服務(wù)器通過以太網(wǎng)連接至Onet， 通過PNI800 模件連接至Cnet。 原則上每一臺操作員站都可以操控全廠的任意設(shè)備，但考慮操控安全性，對操作員站進(jìn)行了權(quán)限規(guī)劃。公用操作員站只能操作公用系統(tǒng)，但可以監(jiān)視單元機(jī)組和燃機(jī)畫面； 燃機(jī)操作員站只能操作燃機(jī)系統(tǒng)，但可以監(jiān)視公用系統(tǒng)畫面。這樣可以防止多重指令同時(shí)下發(fā)，造成設(shè)備誤動，引發(fā)不安全事件。

2.2 控制器配置與布置

電廠系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，按照一體化思想，共設(shè)置8 個(gè)電子間，燃機(jī)、汽機(jī)、鍋爐、電氣布置在一個(gè)電子間內(nèi)（每臺機(jī)組各一個(gè)）；機(jī)組公用部分電氣、加藥、熱網(wǎng)布置在一個(gè)電子間內(nèi)，空壓機(jī)、遠(yuǎn)水泵房、鍋爐補(bǔ)給水、循環(huán)水各單獨(dú)布置一個(gè)電子間。燃機(jī)電廠全廠共配置了41 對控制器，如表1 所示。

表1 控制器分配

某燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)電廠TCS 與DCS 一體化實(shí)施前，由于沒有成功案例可尋，多次與控制公司技術(shù)工程師討論，組織實(shí)施測試，多次驗(yàn)證方案的正確性。 實(shí)施過程中，融合國內(nèi)外該控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，取其精華去其糟粕，適應(yīng)國人使用習(xí)慣，多次驗(yàn)證，保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。實(shí)施后，減少運(yùn)行值班員切換操作臺次數(shù)，減少誤操作的可能性，提高機(jī)組運(yùn)行可靠性。

3 控制系統(tǒng)一體化的特點(diǎn)及優(yōu)勢

3.1 特點(diǎn)

根據(jù)項(xiàng)目實(shí)施與使用過程的經(jīng)驗(yàn)， 一體化控制系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：

1）系統(tǒng)集成。 一體化控制，減少IO 測點(diǎn)與硬接線數(shù)量，簡化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；使用網(wǎng)間點(diǎn)信號，減少硬接線成本，系統(tǒng)間的信息交換主要采用通信，便于邏輯組態(tài)與完善；自動控制邏輯實(shí)現(xiàn)更加方便，提高機(jī)組可靠性與智能性。

2）系統(tǒng)維護(hù)?？刂葡到y(tǒng)一體化的實(shí)現(xiàn)，避免了多套控制系統(tǒng)存在的麻煩，減少了備品、備件的種類和數(shù)量，節(jié)約投資，同時(shí)也方便運(yùn)行、維護(hù)人員的操作和培訓(xùn)，可有效提高機(jī)組自動化水平。

3）運(yùn)行監(jiān)盤。聯(lián)合循環(huán)電廠值班人員少，控制系統(tǒng)一體化的實(shí)現(xiàn)， 減少了頻繁切換操作臺造成的誤操作和時(shí)間浪費(fèi)； 機(jī)組級報(bào)警和事件順序記錄信息集中展示［5］，便于事故原因分析及數(shù)據(jù)的調(diào)取。 控制系統(tǒng)一體化后，運(yùn)行管理便于實(shí)施，還可精簡人員。

4）時(shí)鐘的唯一性。 為保證不同操作員站操作設(shè)備導(dǎo)致控制沖突，一體化控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，采用統(tǒng)一時(shí)鐘信號，保證了控制的準(zhǔn)確性與可靠性。

3.2 優(yōu)勢

控制系統(tǒng)一體化的設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)、管理，縮短了電廠的基建過程。采用一體化設(shè)計(jì)時(shí)，由同一個(gè)供貨商進(jìn)行整體設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)、廠內(nèi)調(diào)試階段就由供貨商完成大量內(nèi)部協(xié)調(diào)工作，節(jié)約在現(xiàn)場的工作量，縮短服務(wù)時(shí)間和提高服務(wù)質(zhì)量。 避免了協(xié)調(diào)多個(gè)廠家參與，難度大，調(diào)試周期長，風(fēng)險(xiǎn)高的缺點(diǎn)。控制系統(tǒng)一體化的實(shí)施，解決了多系統(tǒng)接口問題，為實(shí)現(xiàn)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組級的APS 提供方便，邏輯組態(tài)更加快捷，調(diào)試維護(hù)更加方便，APS 系統(tǒng)可靠性大大提高［6］。

4 結(jié)束語

控制系統(tǒng)一體化代表了聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠控制的技術(shù)發(fā)展方向， 提高發(fā)電廠的自動化水平、 降低成本、提高效益［7-8］。 一體化系統(tǒng)對于電廠技術(shù)人員熟悉聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)， 增強(qiáng)技術(shù)能力也有很大的幫助。

聯(lián)合循環(huán)電廠一體化控制突破設(shè)備廠商的保護(hù)，改變?nèi)紮C(jī)主設(shè)備單獨(dú)控制的方式，實(shí)現(xiàn)了全廠統(tǒng)一監(jiān)視，統(tǒng)一控制，統(tǒng)一管理。實(shí)踐證明，全廠一體化控制對于電廠在節(jié)省投資、高效運(yùn)行、簡化維護(hù)等方面都非常有利。一體化控制的實(shí)現(xiàn)，使電廠運(yùn)行在經(jīng)濟(jì)性、可靠性及智能化方面得到了有效提高，是今后聯(lián)合循環(huán)電廠發(fā)展的方向。