大型火力發(fā)電廠輔助車間系統(tǒng)控制方式及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的研究

付奎

摘 要：文章從大型火力發(fā)電廠輔助車間的特點(diǎn)以及目前采用的控制系統(tǒng)現(xiàn)狀入手，對(duì)輔助車間系統(tǒng)采用集中控制方式加以論述。文中還對(duì)火力發(fā)電廠輔助車間控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)選用做了詳細(xì)分析和比較，并從工程技術(shù)水平和造價(jià)兩個(gè)方面綜合比較了常規(guī)輔助車間BOP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)控制方案與冗余星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的BOP以太網(wǎng)控制方案的優(yōu)缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：火力發(fā)電廠；輔助車間；BOP網(wǎng)；控制方式

引言

近年來(lái)國(guó)內(nèi)外涌現(xiàn)出了一大批的單機(jī)容量1000MW的火力發(fā)電機(jī)組，其輔助車間系統(tǒng)的自動(dòng)化水平也越來(lái)越受到行業(yè)的重視，電廠運(yùn)行對(duì)輔助車間自動(dòng)化要求也日漸提高，這就給輔助車間（系統(tǒng)）的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)的應(yīng)用提出了新的要求。

如何提高輔助車間控制系統(tǒng)及控制點(diǎn)配置的合理性和管控一體化水平，以滿足輔助車間工藝系統(tǒng)的特點(diǎn)和地理位置的要求，已成為輔助車間控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)。目前國(guó)內(nèi)大型火力發(fā)電廠均按照全廠輔助生產(chǎn)車間控制網(wǎng)（BOP網(wǎng)）設(shè)置，該網(wǎng)通過(guò)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)與各個(gè)輔助車間（系統(tǒng)）控制系統(tǒng)相連，通過(guò)設(shè)置在CCR（集控室）的輔助車間操作員站，對(duì)全廠各個(gè)輔助車間系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和控制。

1 輔助車間（系統(tǒng)）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1.1 型式一

近年來(lái)設(shè)計(jì)的大型火力發(fā)電廠一般是根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)程，將同類型、同性質(zhì)的輔助車間控制系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)通訊方式連成相對(duì)集中的控制網(wǎng)，一般劃分為水網(wǎng)、煤網(wǎng)、灰網(wǎng)，并在就地留有相應(yīng)的水、煤、灰集中控制室，每個(gè)控制室都設(shè)有固定的運(yùn)行值班人員。

水網(wǎng)連接的輔助車間有：鍋爐補(bǔ)給水車間、凈化站車間、凝結(jié)水精處理車間、工業(yè)廢水車間、生活污水與含油污水處理車間、循環(huán)冷卻加藥車間、儲(chǔ)氫車間、脫硫廢水處理系統(tǒng)等，水網(wǎng)操作員站一般布置在就地補(bǔ)給水車間集中控制室內(nèi)。

灰網(wǎng)連接的輔助車間有：氣力輸送及灰?guī)煜到y(tǒng)、電除塵系統(tǒng)、除渣系統(tǒng)等，其操作員站布置在就地除灰集中控制室內(nèi)。

煤網(wǎng)包括的輔助車間有：燃料儲(chǔ)存、輸煤等，一般在煤網(wǎng)控制室就地設(shè)置就地操作員站。

各電廠在水、煤、灰集中控制網(wǎng)基礎(chǔ)上，通過(guò)數(shù)據(jù)通訊方式把各輔助車間連成一個(gè)整體的控制網(wǎng)，簡(jiǎn)稱BOP網(wǎng)，BOP網(wǎng)操作員站布置在CCR控制室，可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行人員在主廠房集控室完成對(duì)各輔助車間的運(yùn)行監(jiān)視，并了解輔助車間的運(yùn)行狀況，具體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)附圖1。

1.2 型式二

通過(guò)細(xì)致的聯(lián)系配合，將全廠各主要輔助車間（系統(tǒng)）控制系統(tǒng)所采用的可編程控制器（PLC）硬件設(shè)備統(tǒng)一為同一生產(chǎn)廠家相同系列的產(chǎn)品，這就統(tǒng)一了通訊協(xié)議和數(shù)據(jù)庫(kù)格式。在此基礎(chǔ)上，采用冗余星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以太網(wǎng)方式，采用兩臺(tái)功能足夠強(qiáng)大互為冗余的服務(wù)器，并通過(guò)雙冗余的主交換機(jī)，與各個(gè)輔助車間控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，讀取各子輔助車間控制系統(tǒng)的設(shè)備信息，生成網(wǎng)段內(nèi)各輔助車間的全部監(jiān)控畫(huà)面，并把所有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存放在服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)中。各操作員站以C/S結(jié)構(gòu)方式訪問(wèn)輔助車間控制網(wǎng)的服務(wù)器，并對(duì)網(wǎng)段內(nèi)的各輔助車間控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視及控制。運(yùn)行人員的控制指令經(jīng)主交換機(jī)傳至各輔助車間控制系統(tǒng)，完成對(duì)所有設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。輔助車間控制網(wǎng)的操作員站布置在機(jī)組集控室內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)只設(shè)巡檢維護(hù)站，真正實(shí)現(xiàn)全廠集中監(jiān)控，具體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)附圖2。

2 兩種控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)型式的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

上述兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)均能滿足分別設(shè)計(jì)、招標(biāo)采購(gòu)、施工安裝和調(diào)試要求，具有控制方式靈活、方便的特點(diǎn)，由于各輔助車間（系統(tǒng)）的獨(dú)立控制系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)關(guān)與輔助車間控制網(wǎng)（子網(wǎng)或總網(wǎng)）鏈接，即使是輔助車間控制網(wǎng)故障，各輔助車間仍可繼續(xù)運(yùn)行而不受影響。

在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方面，結(jié)構(gòu)型式一為三級(jí)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備較多，故障率高。相對(duì)而言，結(jié)構(gòu)型式二簡(jiǎn)化為二級(jí)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，減少了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，安全性較高。

在建筑專業(yè)方面，由于結(jié)構(gòu)型式一設(shè)有水、煤、灰集中控制網(wǎng)，與結(jié)構(gòu)型式二相比，需增設(shè)水、煤、灰監(jiān)控點(diǎn)及相應(yīng)控制室，并應(yīng)配套相應(yīng)的電氣照明、空調(diào)等設(shè)備。

就日常運(yùn)行及人員配置方面，結(jié)構(gòu)型式一投產(chǎn)初期可按專業(yè)配置運(yùn)行人員，以后可以根據(jù)運(yùn)行人員的運(yùn)行水平和電廠的運(yùn)行需要，逐步實(shí)現(xiàn)在CCR對(duì)全廠輔助車間（系統(tǒng)）進(jìn)行控制和監(jiān)視，這種由專業(yè)運(yùn)行人員轉(zhuǎn)變成全能運(yùn)行人員有一定的緩沖期，對(duì)電廠各系統(tǒng)安全運(yùn)行影響較少。結(jié)構(gòu)型式二全能運(yùn)行人員需隨著電廠投運(yùn)而配備，對(duì)輔助車間（系統(tǒng)）運(yùn)行人員要求高，但通過(guò)培訓(xùn)可以提高運(yùn)行人員素質(zhì)，能避免對(duì)輔助車間（系統(tǒng)）安全運(yùn)行的影響。

在工程投資費(fèi)用方面，由于結(jié)構(gòu)型式一需設(shè)水、煤、灰控制室及其相應(yīng)的電氣照明、空調(diào)等設(shè)備，因此在設(shè)備采購(gòu)、土建等投資較高。

兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)型式的主要優(yōu)缺點(diǎn)比較匯總?cè)绫?所示。

綜合表1中各方面因素，結(jié)構(gòu)型式二具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、故障率低、投資省、運(yùn)行值班人員少等優(yōu)點(diǎn)。

此外，雖然目前火力發(fā)電廠輔助車間設(shè)備的控制通常采用由可編程邏輯控制器（PLC）與工控機(jī)（PC）組成的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。但最近，越來(lái)越多的新建電廠輔助車間系統(tǒng)開(kāi)始采用DCS控制方式，DCS控制方式的網(wǎng)絡(luò)型式也與形式一和形式二相對(duì)應(yīng)。

3 輔助車間（系統(tǒng)）控制網(wǎng)優(yōu)化方案

從減人增效和以人為本而基本出發(fā)點(diǎn)，考慮吸收近期實(shí)施的工程經(jīng)驗(yàn)和輔助車間（系統(tǒng)）控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)研究的成果。輔助車間（系統(tǒng)）控制網(wǎng)優(yōu)化方案推薦采用機(jī)組集控室集中控制方式（不排除個(gè)別例外）。根據(jù)全廠輔助車間工藝系統(tǒng)的特點(diǎn)和從方便管理出發(fā)，設(shè)置機(jī)組分散控制系統(tǒng)（DCS）公用控制網(wǎng)和輔助車間控制網(wǎng)（BOP網(wǎng)）。在全廠輔助車間控制網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)過(guò)程中可以分步實(shí)施，網(wǎng)絡(luò)采用星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即設(shè)置兩層控制網(wǎng)絡(luò)。輔控網(wǎng)的基本配置包括一臺(tái)輔控?cái)?shù)據(jù)服務(wù)器、一對(duì)冗余熱備的模塊化核心交換機(jī)、3臺(tái)對(duì)等功能的輔網(wǎng)操作員站、1臺(tái)工程師站。控制網(wǎng)絡(luò)采用100/1000Mbps工業(yè)以太網(wǎng)。

此外，如為單元制的輔助系統(tǒng)（如凝結(jié)水精處理、電除塵、除灰系統(tǒng)、除渣系統(tǒng)、脫硝系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)等），則建議直接接入機(jī)組分散控制系統(tǒng)（DCS），通過(guò)單元機(jī)組的操作員站監(jiān)控，也可以納入輔助車間控制網(wǎng)（BOP網(wǎng)）。

如為機(jī)組公用的輔助系統(tǒng)（如中央空調(diào)系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、凝結(jié)水精處理系統(tǒng)再生部分、脫硫公用系統(tǒng)），則建議接入分散控制系統(tǒng)（DCS）的公用控制網(wǎng)，兩臺(tái)機(jī)組的操作員站均可進(jìn)行監(jiān)控。

全廠公用的輔助車間，如鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)、凈水站（綜合水泵房）、廢水處理、脫硝貯氨系統(tǒng)、燃油泵房、輸煤程控等，按結(jié)構(gòu)方式二組成輔助車間控制網(wǎng)（BOP網(wǎng)），在兩機(jī)集控室設(shè)備全能值班操作員站進(jìn)行監(jiān)控。

設(shè)計(jì)中建議采用就地控制方式的輔助車間如：

（1）啟動(dòng)鍋爐在啟動(dòng)鍋爐房?jī)?nèi)集中控制；（2）灰?guī)煨痘以诨規(guī)靸?nèi)集中控制；（3）取水泵房在泵房?jī)?nèi)集中控制。

上述輔助車間除輸煤系統(tǒng)和啟動(dòng)鍋爐房在運(yùn)行期間臨時(shí)設(shè)置就地值班員外，均采用無(wú)人值班、定期巡視的控制方式。

4 結(jié)束語(yǔ)

輔助車間及輔助系統(tǒng)監(jiān)控方案的優(yōu)化是依靠科技進(jìn)步、設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變思想及電廠實(shí)行新的運(yùn)行、管理辦法后，對(duì)以往的設(shè)計(jì)技術(shù)重新加以研究而提出的新方案。目的是為了提高輔助車間的自動(dòng)化水平從而降低系統(tǒng)運(yùn)行成本。文章提出的全廠整體生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)控全部集中方案，單元機(jī)組和輔助車間、輔助系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上完全分開(kāi)，層次分明將為電廠全面提高自動(dòng)化水平，提供良好的條件，并帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)效益，從而使電廠在今后的發(fā)展中更具有競(jìng)爭(zhēng)力。

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