今日頭條
官方微信
官方抖音
案例頻道 活動鏈接：2013年控制網(wǎng)行業(yè)專題---節(jié)能增效 電力新發(fā)展
摘要：為了提高控制水平，大型火電機組全廠DCS一體化程度越來越高。本文以國產(chǎn)DCS—HOLLiAS MACS系統(tǒng)在廣東南海2X300MW燃煤擴建機組上的成功應用，闡述了一體化設計方案。
關(guān)鍵詞：全廠一體化；火電廠；HOLLiAS MACS
80年代初，電廠熱工設計的主導思想是CAMP（Control、 Alarm、 Monitor 、Protect），即指控制、報警、監(jiān)視和保護需互相獨立，組成各自的系統(tǒng)。隨著DCS系統(tǒng)在電廠控制上的應用，很多電廠熱工分工改用機、爐、電的劃分方式，加強了系統(tǒng)之間的相互聯(lián)系，可以說這是電廠一體化的起步。為了進一步提高電廠機組的控制水平，使電廠運行更經(jīng)濟，更安全，一體化的控制程度也越來越高。
1. 目前大型火電廠控制系統(tǒng)現(xiàn)狀
目前DCS已在大型的火電（300MW及以上機組）機組得到了廣泛地應用，在全廠輔網(wǎng)系統(tǒng)應用也逐漸增多。
1.1. 單元機組控制系統(tǒng)一體化程度提高
隨著電廠將電氣發(fā)變組和廠用電系統(tǒng)的控制（ECS）功能納入DCS的SCS控制功能范圍，ETS控制功能改由DCS模件構(gòu)成，DEH與DCS的軟硬件統(tǒng)一，以及一些機組的煙氣脫硫、脫硝控制直接也進入單元機組DCS控制，標志著控制系統(tǒng)一體化，在DCS技術(shù)的發(fā)展推動下得到很大加強。
1.2. 全廠輔控系統(tǒng)逐漸向主機一體化靠攏
目前在電廠輔網(wǎng)系統(tǒng)（簡稱BOP），主要包括水、煤、灰以及其它PLC控制小系統(tǒng)。控制上，PLC和DCS的差別并不十分明顯，PLC在成熟度和工程經(jīng)驗上占有優(yōu)勢，但不同的供貨商提供的控制系統(tǒng)之間接口較多，需要進行較多的接口協(xié)調(diào)工作，而DCS一體化方案在系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊交換方面使整體網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)簡潔，通訊可靠，通訊速率更高；且由于全廠采用統(tǒng)一的DCS軟硬件，在系統(tǒng)運行、檢修、維護上對用戶來說都是極大的便利。輔助車間控制系統(tǒng)無論采用PLC或DCS，在功能上均能滿足控制要求，但要實現(xiàn)全廠主、輔機控制系統(tǒng)一體化，DCS系統(tǒng)具有更大的優(yōu)勢。
1.3. 局部系統(tǒng)應用現(xiàn)場總線技術(shù)
自動化技術(shù)的發(fā)展，推動了自動化儀表產(chǎn)品的出現(xiàn)，現(xiàn)場總線系統(tǒng)（FCS）是其中一種，HOLLiAS MACS DCS 的現(xiàn)場控制級即采用該總線技術(shù)，提高了控制信號傳輸?shù)臏蚀_性、實時性、快速性和機組運行的安全可靠性，解決了現(xiàn)場設備的現(xiàn)代化管理，同時也降低工程投資。因此現(xiàn)場總線技術(shù)跟DCS系統(tǒng)的深入結(jié)合是今后電廠控制系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。
2. 項目概況
該電廠一期工程安裝2臺200MW高壓燃油機組，現(xiàn)已經(jīng)通過了水煤漿鍋爐的技術(shù)改造，采用的DCS控制系統(tǒng)為HOLLiAS MACS。新擴建2臺300MW級燃煤供熱機組，三大主機均采用哈爾濱三大動力公司的產(chǎn)品，鍋爐為亞臨界、∏型、自然循環(huán)、一次中間再熱、單爐膛、四角切圓燃燒方式、擺動火嘴調(diào)溫、平衡通風、固態(tài)排渣、全鋼懸吊結(jié)構(gòu)、露天布置的燃煤汽包鍋爐；汽機為亞臨界一次中間再熱，單軸、雙缸雙排汽、抽汽凝汽式供熱汽輪機；發(fā)電機為QFSN-330-2型,水?氫?氫冷卻方式，靜態(tài)自并勵勵磁，額定容量為388MVA。全廠DCS控制系統(tǒng)亦為HOLLiAS MACS。
3. 全廠控制系統(tǒng)一體化配置方案
DCS網(wǎng)絡為和利時典型的C/S網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，橫向分層，分為控制層和監(jiān)控層。縱向采用“域”的概念，數(shù)據(jù)傳輸，相對獨立，克服了對等網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)擴展時影響已經(jīng)投運的設備、影響網(wǎng)絡負荷、影響數(shù)據(jù)傳輸速率等弊端。監(jiān)控層設置不同的地址，可以直接進行連接，保證新“域”設備調(diào)試和并入主網(wǎng)時不影響已經(jīng)運行的設備，實現(xiàn)了網(wǎng)絡方便的擴展性。全廠DCS控制系統(tǒng)采用“域”的概念，分為五個相對獨立的“域”，公用為#0號域，#1機組為#1號域，#2號機組為#2號域，輔網(wǎng)DCS系統(tǒng)分為#3號域，脫硫系統(tǒng)為#4號域。上層監(jiān)控網(wǎng)通過網(wǎng)線或光纖相互級聯(lián)，通過一臺計算機可以登陸到網(wǎng)絡的任何一個域，可以查看任何一個域設備的運行情況，達到全廠“透明”監(jiān)控，實現(xiàn)機、爐、電、公用、輔助等系統(tǒng)即分散又集中的全能值班，確保機組的啟動、停止、安全經(jīng)濟運行和事故處理。
3.1. 單元機組DCS系統(tǒng)
單元域其覆蓋范圍包括：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)、模擬量控制系統(tǒng)(MCS)、順序控制系統(tǒng)(SCS)、爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)(FSSS) 、汽機旁路控制（BPS）和電氣控制（ECS包括發(fā)變組、廠用電等）等。
汽輪機電液調(diào)節(jié)裝置(DEH)、給水泵汽輪機控制系統(tǒng)(MEH)均隨主設備配供，采用與主機DCS系統(tǒng)相同的軟硬件配置，并納入單元DCS四個獨立的現(xiàn)場控制站。
鍋爐爐管泄漏檢測系統(tǒng)采用獨立的監(jiān)控系統(tǒng)，與DCS進行通訊，實現(xiàn)上位機集中監(jiān)視。鍋爐吹灰系統(tǒng)隨鍋爐配套，通過通訊+硬件線方式納入單元機組DCS系統(tǒng)。鍋爐脫硝系統(tǒng)也納入單元機組DCS控制范圍內(nèi)。
循環(huán)水泵房控制分兩部分接入DCS，與循環(huán)水泵6kV配電裝置聯(lián)系的信號直接與主廠房內(nèi)的DCS單元機組主控制柜連接，循環(huán)水泵房內(nèi)的信號設就地遠程I/O柜，通過光纖及專用的DP轉(zhuǎn)換器與放在電子間的主控柜連接。
在集中控制室內(nèi)，操作員站的LCD和鼠標是機組監(jiān)視與控制的中心。單元機組實現(xiàn)全LCD監(jiān)控，每臺單元機組配置5臺LCD操作員站(含DEH操作員站)，操作員站的功能相同，信息共享。當分散控制系統(tǒng)（DCS）發(fā)生通訊故障、失電或操作員站全部故障時，可通過安裝在操作臺上的少數(shù)獨立于DCS的硬按鈕：主燃料跳閘（MFT）、汽機緊急跳閘、發(fā)電機解列等硬手操按鈕實現(xiàn)機組安全停機。
3.2. 公用DCS系統(tǒng)
燃油泵房、儀表及檢修用壓縮空氣系統(tǒng)、熱網(wǎng)系統(tǒng)、脫硝氨氣站、廠用電公用部分等納入機組公用域監(jiān)控，可分別由任一單元機組DCS操作員站進行監(jiān)控，正常運行時通過閉鎖由#1機組操作站監(jiān)控，當#1機組檢修時，監(jiān)控權(quán)可切換至#2機組操作站監(jiān)控。
脫硝氨氣站控制系統(tǒng)采用PLC控制方式，隨鍋爐廠配供。采用通訊方式接入主廠房DCS公用網(wǎng)絡，控制點設在集中控制室。
3.3. 輔助車間DCS系統(tǒng)
鍋爐補給水處理、工業(yè)廢水處理系統(tǒng)、凈水站、綜合水泵房、污水處理系統(tǒng)、電除塵、氣力除灰、機械除渣、汽水取樣及加藥系統(tǒng)、集中空調(diào)等輔助車間組成全廠輔助車間分散控制系統(tǒng)。
監(jiān)控布置為“3+1”即“3分散+1集中”，即在現(xiàn)場水、煤、灰3個分散控制點分別設置操作員站和控制柜，同時在主廠房集中控制室內(nèi)也設置操作站，通訊用光纖連接。
在安裝調(diào)試和初期運行期間采用水、煤、灰分散控制點監(jiān)控。為了減少值班運行人員，提高效率，便于總值長的統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理，提高自動化水平和經(jīng)濟運行水平，在輔助車間系統(tǒng)調(diào)試完成正常運行后，運行人員通過布置在集中控制室的全廠輔助車間控制系統(tǒng)操作員站，實現(xiàn)對輔助系統(tǒng)(車間)的啟/停運行控制，正常運行的監(jiān)視和調(diào)整以及設備運行異常與事故工況的處理。全廠輔助車間分散控制系統(tǒng)配置方案圖詳見下圖。
圖1 全廠輔助車間分散控制系統(tǒng)配置
3.3.1. 水網(wǎng)系統(tǒng)
鍋爐補給水處理系統(tǒng)、工業(yè)廢水處理系統(tǒng)、凈水站、綜合水泵房、汽水取樣及加藥系統(tǒng)、含油污水等作為一個單獨的水控制點進行集中控制，控制室設在化水車間內(nèi)。
水汽取樣及加藥系統(tǒng)也納入DCS系統(tǒng)，設置遠程I/O，光纖連接，監(jiān)控功能由鍋爐補給水DCS控制站實現(xiàn)，納入輔助車間DCS網(wǎng)絡的水網(wǎng)系統(tǒng)。
集中空調(diào)控制系統(tǒng)采用DCS，直接納入輔助車間DCS網(wǎng)絡，控制點設在集中控制室。
凈水站、綜合水泵房各設一套DCS遠程I/O柜，監(jiān)控功能由鍋爐補給水DCS控制站實現(xiàn)，納入輔助車間DCS網(wǎng)絡的水網(wǎng)，控制點設在化水控制室及集中控制室。
污水處理廠家自帶小控制系統(tǒng)；含油污水控制系統(tǒng)以硬接線接入取樣加藥遠程I/O站。
3.3.2. 煤網(wǎng)系統(tǒng)
電廠煤系統(tǒng)通常包含輸煤和含煤廢水處理兩部分內(nèi)容。煤系統(tǒng)控制工藝流程如下圖所示：
圖2 輸煤系統(tǒng)控制工藝
由于輸煤系統(tǒng)現(xiàn)場設備分散，輸煤線路長等特點，整個系統(tǒng)一般分為多個設備相對集中的分站進行控制：在程控室設立主站；在碎煤機室或儲煤罐設立控制分站；在原煤倉間設立遠程站。輸煤控制設計可分為程控自動、聯(lián)鎖手動、解鎖手動三種功能。程控自動是通過上位機選流程，然后預啟。待擋板和除鐵器到位后，發(fā)出允許啟動，這時按下程啟按鈕，設備按逆煤流方向自動依次啟動，進入正常工作狀態(tài)。工作完畢后，按程停按鈕,系統(tǒng)自動按順煤流方向從煤源開始停相關(guān)設備。正常情況下多采用程控啟動，其它兩種方式多見于調(diào)試或部分設備故障情況下使用。
3.3.3. 灰網(wǎng)系統(tǒng)
納入灰網(wǎng)DCS監(jiān)控的有:氣力除灰系統(tǒng)(含除灰空壓機?灰?guī)??水力除渣系統(tǒng)?電除塵系統(tǒng)等?其中電除塵系統(tǒng)由電除塵供貨商配供IPC控制系統(tǒng)，與灰網(wǎng)DCS做通訊監(jiān)視?監(jiān)控亦采用就地設灰控控制室及電子集中監(jiān)控相結(jié)合的方式。
3.4. 脫硫系統(tǒng)
煙氣脫硫系統(tǒng)由在脫硫島電控樓設置的一套獨立FGD_DCS實現(xiàn)監(jiān)控（兩臺機組合設一套），F(xiàn)GD_DCS采用與主廠房DCS一致的軟硬件。FGD_DCS機柜和工程師站布置在脫硫島電控樓的電子設備間內(nèi)，F(xiàn)GD_DCS操作員站布置在脫硫島電控樓的控制室內(nèi)，作為脫硫系統(tǒng)的主要監(jiān)控點。少量重要的信號通過硬件線與主機相連。
3.5. 全廠DCS基本配置
本工程全廠分散控制系統(tǒng)(DCS)機柜及操作臺數(shù)量如下表:
4. 結(jié)語
本工程#1、#2機組分別于2010 年1月和4月通過168小時滿負荷試運行，是電廠DCS控制全廠一體化成功應用的典型范例。調(diào)試及運行過程中，HOLLiAS MACS DCS系統(tǒng)在電廠一體化控制應用上體現(xiàn)出通用性強、組態(tài)靈活、控制功能完善、數(shù)據(jù)處理方便、顯示操作集中、人機界面友好、運行安全可靠等優(yōu)點，為電廠穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟運行提供了有力的保障。
電廠控制系統(tǒng)全廠DCS系統(tǒng)一體化是當然業(yè)內(nèi)一個大趨勢，它能夠提高全廠自動化控制水平，優(yōu)化電廠資源配置、降低熱工備品備件類型和數(shù)量、減少維護人員及費用，從而進一步提高電廠“競價上網(wǎng)”的市場競爭力。
參考文獻：
[1]胡曉花.火電廠輔助車間控制方式及系統(tǒng)選型方案討論[J].電廠自動化，2008，3：60-65.
[2]章素華.現(xiàn)代發(fā)電廠自動控制一體化思想討論[J].火電廠熱工自動化,2006,1:52-59.
摘自《自動化博覽》2011年第十期
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號