某海外發(fā)電工程熱控設(shè)計綜述及風(fēng)險分析與應(yīng)對

殷利杰，甄 亞

（1.中國電建集團(tuán) 河南省電力勘測設(shè)計院有限公司，鄭州 450001；2.鄭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，鄭州 450007）

本工程為津巴布韋旺吉電廠三期擴建工程，本期建設(shè)2 臺335MW 亞臨界燃煤發(fā)電機組。單元機組采用DCS 控制系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)控，輔助車間采用PLC 控制系統(tǒng)分散監(jiān)控，并在單元控制室集中監(jiān)視。

盡管本工程單機容量和系統(tǒng)過程參數(shù)都比較低，但是作為一個國際工程，且有國際某知名咨詢公司作為工程監(jiān)理，所以在設(shè)計上與國內(nèi)類似工程相比，還是有較多差異，需要面對一些風(fēng)險與挑戰(zhàn)。

1 全廠自動化水平

1.1 電廠性質(zhì)及運行要求

有關(guān)資料顯示，津巴布韋全國目前實際發(fā)電能力為120 萬千瓦[1]，本期工程（67 萬千瓦）建成后將在津巴布韋電網(wǎng)中承擔(dān)三分之一的發(fā)電量，其重要性不言而喻。

因此，本期工程機組帶基本負(fù)荷，并可以自動適應(yīng)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)及系統(tǒng)對負(fù)荷的需求。其中，一個重要的設(shè)計原則就是要將機組的安全性、可靠性放在首要位置，兼顧先進(jìn)性。因此，機組控制系統(tǒng)設(shè)計為采用常規(guī)的DCS 進(jìn)行監(jiān)控，未使用現(xiàn)場總線技術(shù)；輔助車間采用可靠性更高、耐用性更強的PLC 控制系統(tǒng)。

按照EPC 合同要求，機組應(yīng)具備自動啟動和自動停機的功能，類似于國內(nèi)APS 系統(tǒng)功能。自動化水平要求較高。

1.2 全廠控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

全廠自動化系統(tǒng)將按照分級的原則設(shè)置，第一層次是過程控制層，主要包括機組控制網(wǎng)絡(luò)和輔助車間集中控制網(wǎng)絡(luò)組成；第二層次是現(xiàn)場設(shè)備及元件層，由各類現(xiàn)場監(jiān)測儀表、被控設(shè)備構(gòu)成。

1.2.1 單元機組控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

單元機組控制系統(tǒng)采用DCS 系統(tǒng)。每臺機組按爐、機、電一體化配置機組DCS。兩臺機組公用系統(tǒng)設(shè)置DCS 公用系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)，通過通訊接口與每臺單元機組的控制系統(tǒng)相聯(lián)。

單元機組采用爐、機、電集中控制方式，實現(xiàn)爐、機、電全能值班運行模式。本期工程兩臺機組合設(shè)一個單元控制室（即主控室），并按照津巴布韋業(yè)主習(xí)慣，將DCS 電氣操作員站從單元控制室中移出，和升壓站SCADA 系統(tǒng)的操作員站合設(shè)一個控制室，業(yè)主習(xí)慣稱其為“集中控制室”。在集中控制室內(nèi)，電氣操作員既可以完成對機組電氣系統(tǒng)的控制和監(jiān)視，還能接受電網(wǎng)調(diào)度下達(dá)的負(fù)荷控制指令。

1.2.2 輔助車間控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

水處理系統(tǒng)、輸煤系統(tǒng)、除灰系統(tǒng)、布袋除塵器系統(tǒng)、暖通系統(tǒng)分區(qū)設(shè)各自的控制網(wǎng)絡(luò)，分別采用同一品牌和型號的可編程控制器（PLC）進(jìn)行控制。在各輔助車間控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上構(gòu)建輔控網(wǎng)，并在主控室設(shè)置3 臺輔網(wǎng)操作員站，僅對各輔助車間進(jìn)行監(jiān)視。

2 其他熱控系統(tǒng)設(shè)計

2.1 火災(zāi)報警及消防聯(lián)動系統(tǒng)

火災(zāi)自動報警系統(tǒng)采用集中火災(zāi)自動報警控制方式。兩機一控的單元控制室是全廠的消防控制中心，其內(nèi)布置火災(zāi)自動報警及消防聯(lián)動控制盤。

火災(zāi)報警系統(tǒng)將全廠劃分為7 個子系統(tǒng)，分別為主廠房區(qū)域、集控樓區(qū)域、除灰區(qū)域、脫硫區(qū)域、水處理區(qū)域、輸煤區(qū)域和其他附屬建筑。

按照EPC 合同要求，火災(zāi)自動報警系統(tǒng)采用NFPA 標(biāo)準(zhǔn)。目前，不少海外工程在整體設(shè)計上都可以接受中國標(biāo)準(zhǔn)，唯獨火災(zāi)報警系統(tǒng)普遍都要求采用NFPA 標(biāo)準(zhǔn)，這也是在做海外工程投標(biāo)時應(yīng)該特別關(guān)注的部分。

2.2 視頻監(jiān)視系統(tǒng)（CCTV）

在電廠無人值守的車間、易燃易爆區(qū)域等重要位置設(shè)置監(jiān)視點。全廠共設(shè)置了100 個監(jiān)視點（攝像頭），總數(shù)量遠(yuǎn)少于國內(nèi)相同規(guī)模電廠的設(shè)置數(shù)量。這樣既有利于總承包方控制成本，也是與前述電廠設(shè)計總原則相一致，即側(cè)重于電廠安全、可靠運行，而非太多的先進(jìn)性設(shè)施。

2.3 仿真系統(tǒng)

由于本期工程是津巴布韋首臺三十萬千瓦級機組，當(dāng)?shù)貥I(yè)主工程師并沒有此類大型機組的運行經(jīng)驗。因此，一套專門針對本工程機組的、完整的、高精度的全范圍實時仿真系統(tǒng)對業(yè)主工程師來說尤為重要。

為保證仿真效果，本工程仿真系統(tǒng)采用了DCS 虛擬DPU 的方式進(jìn)行仿真，對DCS 系統(tǒng)的操作員站、工程師站配置，控制邏輯和畫面組態(tài)等，進(jìn)行一比一轉(zhuǎn)換，保證仿真系統(tǒng)與實際控制系統(tǒng)高度一致。

3 本工程風(fēng)險分析及應(yīng)對策略

3.1 EPC合同中的非常規(guī)要求

EPC 合同是雙方進(jìn)行工程實施最基本的依據(jù)，因此要盡早對合同有一個詳盡的研讀，若有異議，需要拿出有力的依據(jù)或標(biāo)準(zhǔn)條款來說服業(yè)主，否則就會面對增加投資的風(fēng)險。本工程EPC 合同中的一些風(fēng)險點如下。

3.1.1 機組自啟停功能

機組自啟停功能是對機組整體的自動化水平的較高要求。它不僅要求控制系統(tǒng)要有一套完整、嚴(yán)密的控制邏輯，還要求整個工藝系統(tǒng)要按照自啟停的要求進(jìn)行系統(tǒng)配置。比如，常規(guī)可以設(shè)置手動閥門的地方，在自啟停的系統(tǒng)中可能需要考慮配置電動閥門，以減少自啟停過程中不必要的斷點。這就要求從初步設(shè)計階段開始，設(shè)計院的各個專業(yè)要統(tǒng)籌考慮自啟停功能的要求，DCS 廠家要根據(jù)系統(tǒng)流程設(shè)計過程的聯(lián)鎖控制邏輯，機組調(diào)試單位要做好詳盡的調(diào)試計劃和步驟。調(diào)試的過程是尤為復(fù)雜的，也是風(fēng)險較高的階段。在機組啟動或停止的整個系統(tǒng)流程中，只要有一個設(shè)備或參數(shù)不在允許的狀態(tài)或范圍，過程就會中斷。由于系統(tǒng)十分復(fù)雜，設(shè)備繁多，排查非正常狀態(tài)也較為困難，整體調(diào)試時間不容易控制。

3.1.2 鍋爐保護(hù)系統(tǒng)達(dá)到SIL3等級

本工程鍋爐保護(hù)系統(tǒng)要達(dá)到SIL3 等級。在IEC 61508中規(guī)定了安全完整性水平等級，SIL3 屬于較高級別的安全等級，它要求系統(tǒng)的每小時的危險失效概率在10-8～10-7之間[2]。這個安全要求不僅考察某個獨立的設(shè)備，還有整個控制回路，即從就地檢測儀表、信號傳輸電纜，到控制系統(tǒng)的輸入模件、控制器、輸出模件、信號輸出電纜，再到就地的執(zhí)行機構(gòu)，以及各設(shè)備的供電回路等。任何一個設(shè)備失效都會導(dǎo)致整個控制回路失效。因此，不但對設(shè)備本身的可靠性有更高的要求，通常還需要進(jìn)行多重冗余配置，控制系統(tǒng)硬件需采用具有SIL3 安全等級認(rèn)證的產(chǎn)品。這些在做概算和招標(biāo)的時候都需要注意。

3.1.3 所有電纜要求鋼絲鎧裝

這一要求就屬于在EPC 合同中比較模糊，而后期業(yè)主又過度解讀的事項。在EPC 合同的電氣專業(yè)章節(jié)，要求“所有電纜應(yīng)符合IEC 標(biāo)準(zhǔn)并應(yīng)為鋼絲鎧裝型”，而儀表與控制章節(jié)的要求是“室外（outdoor）的控制與儀表（C&I）電纜應(yīng)使用鎧裝型”。業(yè)主以電氣章節(jié)的要求為依據(jù)，強烈要求全廠的電纜都使用鋼絲鎧裝電纜。而中方則強調(diào)熱控電纜應(yīng)使用熱控章節(jié)的要求，并列舉了數(shù)條關(guān)于熱控電纜無需鎧裝的理由。雙方經(jīng)過多次當(dāng)面會談和數(shù)次信函來往，但不能達(dá)成一致，最后只好先擱置爭議，信函沒有閉合。數(shù)月后，又重啟談判，中方仍然是列條文、舉實例、擺證據(jù)，據(jù)理力爭。最后終于說服了業(yè)主工程師，熱控電纜可不采用鋼絲鎧裝（包括室外）。事實證明，有些實在談不下來的事項，可以在時間允許的范圍內(nèi)暫時擱置一段時間，業(yè)主方的思想也會有變化。

3.2 國際標(biāo)準(zhǔn)和中國標(biāo)準(zhǔn)的問題

本工程的定性為業(yè)主可以接受部分中國標(biāo)準(zhǔn)，但是重要的部分需要使用國際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計。對于熱控專業(yè)來講，系統(tǒng)保護(hù)、熱力系統(tǒng)測點的配置、就地設(shè)備安裝等可采用中國標(biāo)準(zhǔn)，但是電纜要求符合IEC 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，火災(zāi)報警系統(tǒng)需采用NFPA 標(biāo)準(zhǔn)。熱控儀表閥和儀表管的選型業(yè)主并沒有強調(diào)使用國際標(biāo)準(zhǔn)，但是國內(nèi)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)還是2004 年實施的版本，在材料和規(guī)格方面有些不能適應(yīng)高參數(shù)的機組。因此，中方也參考了ASME 標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)條文[3-8]。

另外需要注意的是，某些中國標(biāo)準(zhǔn)沒有英文版，或者英文版的翻譯并不能反映出中文條文的含義，這在向業(yè)主解釋和推行中國標(biāo)準(zhǔn)時造成了很多困難。國內(nèi)相關(guān)部門和組織應(yīng)引起重視，盡早發(fā)行高質(zhì)量的英文版本，為中國向世界推行中國標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)造有利條件。

3.3 思維習(xí)慣的差異

業(yè)主工程師和業(yè)主監(jiān)理工程師的思維方式和國內(nèi)常規(guī)設(shè)計習(xí)慣有一定的差異，需要中國工程師在堅持原則的同時，盡快適應(yīng)業(yè)主的思維習(xí)慣。例如，控制系統(tǒng)的設(shè)計中，“拒動”和“誤動”是一對不可調(diào)和的矛盾，只能根據(jù)設(shè)計和運行經(jīng)驗進(jìn)行取舍和平衡。按照國內(nèi)的經(jīng)驗，控制回路的設(shè)置一般都采用常開觸點，這樣可以減少設(shè)備的誤動作。而業(yè)主則將安全看得至為重要，甚至在一些常規(guī)的回路中也要采用常閉觸點，這樣很小的一個線路故障都會引起設(shè)備跳閘，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

再比如，國內(nèi)都是兩臺機組設(shè)置一個“兩機一控”的集中控制室，機、爐、電各專業(yè)運行人員都集中在一個控制室內(nèi)，方便溝通與協(xié)調(diào)。而當(dāng)?shù)貥I(yè)主則習(xí)慣將全廠所有機組的電氣操作員站單獨集中到一個獨立于機組控制室的房間，稱之為“集中控制室”，而各機組的控制室稱為“就地控制室”，這其實是當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)調(diào)度的制度所決定的。當(dāng)?shù)氐碾娋W(wǎng)調(diào)度向各電廠下達(dá)負(fù)荷指令是以電話的方式傳達(dá)，所以電氣運行人員需要在更為安靜的獨立房間內(nèi)工作。

4 結(jié)論

中國國內(nèi)工程建設(shè)，從立項、設(shè)計到安裝、調(diào)試、運維，都有一套完備的制度和成熟的經(jīng)驗。各單位默契配合大大提升了工程實施的效率，但是過于強調(diào)效率也使中方的設(shè)計深度不能達(dá)到國際水準(zhǔn)，在面對嚴(yán)苛的國際標(biāo)準(zhǔn)和出圖深度時略顯吃力。即使是日常文控方面，國內(nèi)工程公司普遍都存在較大的提升空間。因此，本文根據(jù)筆者作為設(shè)計方的親身經(jīng)歷和體會，分析了本工程存在的挑戰(zhàn)和風(fēng)險，并給出了解決方案，以期為其他工程提供參考。