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    活動鏈接：2013年控制網行業專題---節能增效 電力新發展

   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DCS—HOLLiAS MACS系統在廣東南海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、監視和保護需互相獨立，組成各自的系統。隨著DCS系統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，加強了系統之間的相互聯系，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現狀

   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，在全廠輔網系統應用也逐漸增多。

   1.1. 單元機組控制系統一體化程度提高

   隨著電廠將電氣發變組和廠用電系統的控制（ECS）功能納入DCS的SCS控制功能范圍，ETS控制功能改由DCS模件構成，DEH與DCS的軟硬件統一，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，標志著控制系統一體化，在DCS技術的發展推動下得到很大加強。

   1.2. 全廠輔控系統逐漸向主機一體化靠攏

   目前在電廠輔網系統（簡稱BOP），主要包括水、煤、灰以及其它PLC控制小系統。控制上，PLC和DCS的差別并不十分明顯，PLC在成熟度和工程經驗上占有優勢，但不同的供貨商提供的控制系統之間接口較多，需要進行較多的接口協調工作，而DCS一體化方案在系統數據通訊交換方面使整體網絡結構簡潔，通訊可靠，通訊速率更高；且由于全廠采用統一的DCS軟硬件，在系統運行、檢修、維護上對用戶來說都是極大的便利。輔助車間控制系統無論采用PLC或DCS，在功能上均能滿足控制要求，但要實現全廠主、輔機控制系統一體化，DCS系統具有更大的優勢。

   1.3. 局部系統應用現場總線技術

   自動化技術的發展，推動了自動化儀表產品的出現，現場總線系統（FCS）是其中一種，HOLLiAS MACS DCS 的現場控制級即采用該總線技術，提高了控制信號傳輸的準確性、實時性、快速性和機組運行的安全可靠性，解決了現場設備的現代化管理，同時也降低工程投資。因此現場總線技術跟DCS系統的深入結合是今后電廠控制系統發展的趨勢。

   2. 項目概況

    該電廠一期工程安裝2臺200MW高壓燃油機組，現已經通過了水煤漿鍋爐的技術改造，采用的DCS控制系統為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品，鍋爐為亞臨界、∏型、自然循環、一次中間再熱、單爐膛、四角切圓燃燒方式、擺動火嘴調溫、平衡通風、固態排渣、全鋼懸吊結構、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；發電機為QFSN-330-2型,水?氫?氫冷卻方式，靜態自并勵勵磁，額定容量為388MVA。全廠DCS控制系統亦為HOLLiAS MACS。

   3. 全廠控制系統一體化配置方案

   DCS網絡為和利時典型的C/S網絡結構，橫向分層，分為控制層和監控層。縱向采用“域”的概念，數據傳輸，相對獨立，克服了對等網絡結構擴展時影響已經投運的設備、影響網絡負荷、影響數據傳輸速率等弊端。監控層設置不同的地址，可以直接進行連接，保證新“域”設備調試和并入主網時不影響已經運行的設備，實現了網絡方便的擴展性。全廠DCS控制系統采用“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DCS系統分為#3號域，脫硫系統為#4號域。上層監控網通過網線或光纖相互級聯，通過一臺計算機可以登陸到網絡的任何一個域，可以查看任何一個域設備的運行情況，達到全廠“透明”監控，實現機、爐、電、公用、輔助等系統即分散又集中的全能值班，確保機組的啟動、停止、安全經濟運行和事故處理。

   3.1. 單元機組DCS系統 

   單元域其覆蓋范圍包括：數據采集系統(DAS)、模擬量控制系統(MCS)、順序控制系統(SCS)、爐膛安全監控系統(FSSS) 、汽機旁路控制（BPS）和電氣控制（ECS包括發變組、廠用電等）等。

   汽輪機電液調節裝置(DEH)、給水泵汽輪機控制系統(MEH)均隨主設備配供，采用與主機DCS系統相同的軟硬件配置，并納入單元DCS四個獨立的現場控制站。

   鍋爐爐管泄漏檢測系統采用獨立的監控系統，與DCS進行通訊，實現上位機集中監視。鍋爐吹灰系統隨鍋爐配套，通過通訊+硬件線方式納入單元機組DCS系統。鍋爐脫硝系統也納入單元機組DCS控制范圍內。

   循環水泵房控制分兩部分接入DCS，與循環水泵6kV配電裝置聯系的信號直接與主廠房內的DCS單元機組主控制柜連接，循環水泵房內的信號設就地遠程I/O柜，通過光纖及專用的DP轉換器與放在電子間的主控柜連接。

   在集中控制室內，操作員站的LCD和鼠標是機組監視與控制的中心。單元機組實現全LCD監控，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（DCS）發生通訊故障、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獨立于DCS的硬按鈕：主燃料跳閘（MFT）、汽機緊急跳閘、發電機解列等硬手操按鈕實現機組安全停機。

   3.2. 公用DCS系統

    燃油泵房、儀表及檢修用壓縮空氣系統、熱網系統、脫硝氨氣站、廠用電公用部分等納入機組公用域監控，可分別由任一單元機組DCS操作員站進行監控，正常運行時通過閉鎖由#1機組操作站監控，當#1機組檢修時，監控權可切換至#2機組操作站監控。

   脫硝氨氣站控制系統采用PLC控制方式，隨鍋爐廠配供。采用通訊方式接入主廠房DCS公用網絡，控制點設在集中控制室。

   3.3. 輔助車間DCS系統

   鍋爐補給水處理、工業廢水處理系統、凈水站、綜合水泵房、污水處理系統、電除塵、氣力除灰、機械除渣、汽水取樣及加藥系統、集中空調等輔助車間組成全廠輔助車間分散控制系統。

    監控布置為“3+1”即“3分散+1集中”，即在現場水、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也設置操作站，通訊用光纖連接。

   在安裝調試和初期運行期間采用水、煤、灰分散控制點監控。為了減少值班運行人員，提高效率，便于總值長的統一協調管理，提高自動化水平和經濟運行水平，在輔助車間系統調試完成正常運行后，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操作員站，實現對輔助系統(車間)的啟/停運行控制，正常運行的監視和調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配置方案圖詳見下圖。
   
                 
                                      圖1 全廠輔助車間分散控制系統配置

  3.3.1. 水網系統

   鍋爐補給水處理系統、工業廢水處理系統、凈水站、綜合水泵房、汽水取樣及加藥系統、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。

   水汽取樣及加藥系統也納入DCS系統，設置遠程I/O，光纖連接，監控功能由鍋爐補給水DCS控制站實現，納入輔助車間DCS網絡的水網系統。

   集中空調控制系統采用DCS，直接納入輔助車間DCS網絡，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，監控功能由鍋爐補給水DCS控制站實現，納入輔助車間DCS網絡的水網，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；含油污水控制系統以硬接線接入取樣加藥遠程I/O站。

   3.3.2. 煤網系統

  電廠煤系統通常包含輸煤和含煤廢水處理兩部分內容。煤系統控制工藝流程如下圖所示：

                  
                                             圖2 輸煤系統控制工藝

    由于輸煤系統現場設備分散，輸煤線路長等特點，整個系統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。工作完畢后，按程停按鈕,系統自動按順煤流方向從煤源開始停相關設備。正常情況下多采用程控啟動，其它兩種方式多見于調試或部分設備故障情況下使用。

    3.3.3. 灰網系統

   納入灰網DCS監控的有:氣力除灰系統(含除灰空壓機?灰庫)?水力除渣系統?電除塵系統等?其中電除塵系統由電除塵供貨商配供IPC控制系統，與灰網DCS做通訊監視?監控亦采用就地設灰控控制室及電子集中監控相結合的方式。

    3.4. 脫硫系統

   煙氣脫硫系統由在脫硫島電控樓設置的一套獨立FGD_DCS實現監控（兩臺機組合設一套），FGD_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，FGD_DCS操作員站布置在脫硫島電控樓的控制室內，作為脫硫系統的主要監控點。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(DCS)機柜及操作臺數量如下表:
  
                   

   4. 結語

   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。調試及運行過程中，HOLLiAS MACS DCS系統在電廠一體化控制應用上體現出通用性強、組態靈活、控制功能完善、數據處理方便、顯示操作集中、人機界面友好、運行安全可靠等優點，為電廠穩定、可靠、經濟運行提供了有力的保障。

   電廠控制系統全廠DCS系統一體化是當然業內一個大趨勢，它能夠提高全廠自動化控制水平，優化電廠資源配置、降低熱工備品備件類型和數量、減少維護人員及費用，從而進一步提高電廠“競價上網”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選型方案討論[J].電廠自動化，2008，3：60-65.

   [2]章素華.現代發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