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    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(jī)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(kuò)建機(jī)組上的成功應(yīng)用，闡述了一體化設(shè)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(shè)計的主導(dǎo)思想是CAMP（Control、 Alarm、 Monitor 、Protect），即指控制、報警、監(jiān)視和保護(hù)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(yīng)用，很多電廠熱工分工改用機(jī)、爐、電的劃分方式，加強(qiáng)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(jìn)一步提高電廠機(jī)組的控制水平，使電廠運行更經(jīng)濟(jì)，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(jī)組）機(jī)組得到了廣泛地應(yīng)用，在全廠輔網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用也逐漸增多。

   1.1. 單元機(jī)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(jī)組的煙氣脫硫、脫硝控制直接也進(jìn)入單元機(jī)組DCS控制，標(biāo)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(qiáng)。

   1.2. 全廠輔控系統(tǒng)逐漸向主機(jī)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(jìn)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(luò)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(hù)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(jī)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(yīng)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?zhǔn)確性、實時性、快速性和機(jī)組運行的安全可靠性，解決了現(xiàn)場設(shè)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(jī)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(kuò)建2臺300MW級燃煤供熱機(jī)組，三大主機(jī)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(fēng)、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(jī)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(jī)；發(fā)電機(jī)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(luò)為和利時典型的C/S網(wǎng)絡(luò)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(luò)結(jié)構(gòu)擴(kuò)展時影響已經(jīng)投運的設(shè)備、影響網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷、影響數(shù)據(jù)傳輸速率等弊端。監(jiān)控層設(shè)置不同的地址，可以直接進(jìn)行連接，保證新“域”設(shè)備調(diào)試和并入主網(wǎng)時不影響已經(jīng)運行的設(shè)備，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)方便的擴(kuò)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(jī)組為#1號域，#2號機(jī)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(jī)可以登陸到網(wǎng)絡(luò)的任何一個域，可以查看任何一個域設(shè)備的運行情況，達(dá)到全廠“透明”監(jiān)控，實現(xiàn)機(jī)、爐、電、公用、輔助等系統(tǒng)即分散又集中的全能值班，確保機(jī)組的啟動、停止、安全經(jīng)濟(jì)運行和事故處理。

   3.1. 單元機(jī)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(jī)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(jī)電液調(diào)節(jié)裝置(DEH)、給水泵汽輪機(jī)控制系統(tǒng)(MEH)均隨主設(shè)備配供，采用與主機(jī)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(jìn)行通訊，實現(xiàn)上位機(jī)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(jī)組DCS系統(tǒng)。鍋爐脫硝系統(tǒng)也納入單元機(jī)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(jī)組主控制柜連接，循環(huán)水泵房內(nèi)的信號設(shè)就地遠(yuǎn)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(biāo)是機(jī)組監(jiān)視與控制的中心。單元機(jī)組實現(xiàn)全LCD監(jiān)控，每臺單元機(jī)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(dāng)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(jī)緊急跳閘、發(fā)電機(jī)解列等硬手操按鈕實現(xiàn)機(jī)組安全停機(jī)。

   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(jī)組公用域監(jiān)控，可分別由任一單元機(jī)組DCS操作員站進(jìn)行監(jiān)控，正常運行時通過閉鎖由#1機(jī)組操作站監(jiān)控，當(dāng)#1機(jī)組檢修時，監(jiān)控權(quán)可切換至#2機(jī)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(luò)，控制點設(shè)在集中控制室。

   3.3. 輔助車間DCS系統(tǒng)

   鍋爐補(bǔ)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(jī)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(shè)置操作員站和控制柜，同時在主廠房集中控制室內(nèi)也設(shè)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(jì)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(shè)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(bǔ)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(jìn)行集中控制，控制室設(shè)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(shè)置遠(yuǎn)程I/O，光纖連接，監(jiān)控功能由鍋爐補(bǔ)給水DCS控制站實現(xiàn)，納入輔助車間DCS網(wǎng)絡(luò)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(luò)，控制點設(shè)在集中控制室。

  凈水站、綜合水泵房各設(shè)一套DCS遠(yuǎn)程I/O柜，監(jiān)控功能由鍋爐補(bǔ)給水DCS控制站實現(xiàn)，納入輔助車間DCS網(wǎng)絡(luò)的水網(wǎng)，控制點設(shè)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(yuǎn)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(shè)備分散，輸煤線路長等特點，整個系統(tǒng)一般分為多個設(shè)備相對集中的分站進(jìn)行控制：在程控室設(shè)立主站；在碎煤機(jī)室或儲煤罐設(shè)立控制分站；在原煤倉間設(shè)立遠(yuǎn)程站。輸煤控制設(shè)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(jī)選流程，然后預(yù)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(shè)備按逆煤流方向自動依次啟動，進(jìn)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(shè)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(shè)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(jī)?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(shè)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(shè)置的一套獨立FGD_DCS實現(xiàn)監(jiān)控（兩臺機(jī)組合設(shè)一套），F(xiàn)GD_DCS采用與主廠房DCS一致的軟硬件。FGD_DCS機(jī)柜和工程師站布置在脫硫島電控樓的電子設(shè)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(jī)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(jī)柜及操作臺數(shù)量如下表:
  
                   

   4. 結(jié)語

   本工程#1、#2機(jī)組分別于2010 年1月和4月通過168小時滿負(fù)荷試運行，是電廠DCS控制全廠一體化成功應(yīng)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(yīng)用上體現(xiàn)出通用性強(qiáng)、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(jī)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(jì)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(dāng)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(hù)人員及費用，從而進(jìn)一步提高電廠“競價上網(wǎng)”的市場競爭力。

   參考文獻(xiàn)：

   [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