全廠DCS一體化控制方案在超超臨界間接空冷燃煤機組中的設計應用

潘煒瑋

（浙江省電力設計院，杭州 310012）

全廠DCS一體化控制方案在超超臨界間接空冷燃煤機組中的設計應用

潘煒瑋

（浙江省電力設計院，杭州 310012）

依托寧夏某新建超超臨界間接空冷燃煤機組的實際設計，詳細闡述DCS一體化控制方案、控制器配置、電子室優化以及控制電源優化等內容，給全廠DCS一體化控制方案設計提供可借鑒的經驗，并對存在的問題提出了應對策略。

全廠DCS一體化；輔網DCS；間接空冷；電子室；電源

0 引言

傳統大型火力發電機組控制系統的設計方案是機組采用DCS（分散控制系統）控制，輔助車間采用PLC（可編程控制器）加上位機的控制方式。DCS控制系統隨著技術發展和市場競爭，相對于PLC在可靠性、可維護性、可擴展性、系統完整性、經濟性等方面均有一定的優勢，全廠主機、輔網采用DCS一體化控制已成必然趨勢。大容量、高參數機組，輔助車間系統更為復雜，采用全廠DCS一體化控制，強化了各系統單元之間的聯系，提高了發電廠機組的整體控制水平。

隨著燃煤機組“上大壓小”措施的貫徹執行，建設大容量、高參數、低能耗、超低排放的超超臨界級機組已成為新建燃煤機組最具經濟性的選擇；對于水資源比較貧乏的寧夏地區，間接空冷機組可大幅度減少發電廠對水的需求量。依托寧夏某發電廠一期 2×660 MW工程間接空冷燃煤機組的實際設計，研究和分析了全廠DCS一體化的設計架構和應用。

1 工程概況

該發電廠一期為新建工程，采用2×660 MW超超臨界燃煤間接空冷機組，同步建設脫硫裝置和脫硝設施，預留再擴建2×1 000 MW機組條件。鍋爐采用北京巴布科克·威爾科克斯有限公司的B&WB-1975/28.3-M超超臨界、一次中間再熱、單爐膛、前后墻對沖燃燒、濕式排渣、全鋼構架封閉式鍋爐；汽輪機采用上海汽輪機有限公司的NJK660-27/600/610高效超超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸兩排汽、凝汽式汽輪機；發電機采用上海汽輪發電機有限公司的QFSN2-660-2水氫氫冷卻、自并勵靜態勵磁汽輪發電機；間接空冷裝置采用億吉埃冷卻系統貿易（北京）有限公司提供的表凝式間接空冷系統。

2 全廠DCS一體化控制方案

DCS系統采用Emerson的Ovation系統，設置2套單元機組DCS（含2臺單元機組的DCS公用系統）及1套全廠輔控DCS。

單元機組DCS控制范圍包括：鍋爐及輔助系統和設備、汽輪發電機組及輔助系統和設備、ECS（電氣控制系統）、間接空冷系統、循泵房系統、除灰系統、除渣系統、煙氣脫硝系統、脫硫系統、干式靜電除塵器、濕式靜電除塵器等。汽輪機DEH（數字化電液控制系統）、ETS（汽輪機危急跳閘系統）、給水泵汽輪機MEH（電液控制系統）、給水泵汽輪機METS（危急跳閘系統）也采用Emerson的Ovation系統，與DCS軟硬件一體化，分別作為獨立節點納入單元機組DCS控制。

2臺機組設置1套獨立的公用DCS，對公用系統進行監視和控制，控制范圍包括熱力公用系統（主廠房區域內）、廠用電公用系統、除灰儀用空壓機系統、脫硫公用系統、輔機水泵房、除灰渣公用、采暖加熱站、燃油泵房系統、干灰分選系統等。公用DCS不設獨立的操作員站，在2臺單元機組DCS中均可對接入公用網的系統進行監視和控制，同時具有相互閉鎖功能，確保在同一時間只能由1臺單元機組DCS對公用系統設備進行監控，防止誤操作。

全廠輔控DCS采用與主機DCS軟、硬件一致的獨立控制系統，納入其監控的工藝系統包括輸煤系統、鍋爐補給水處理系統、凝結水精處理系統、汽水取樣、化學加藥系統、機組排水槽、綜合水泵房、工業廢水系統、酸洗廢水池處理系統、生活污水系統、含煤廢水系統、脫硝氨區系統等。

啟動鍋爐房和制氫站2個系統相對獨立，設備廠家長期采用PLC成套設計供貨，難以提供控制邏輯及要求，仍保留PLC控制，留通信接口與DCS控制系統進行聯網。

各種小型PLC控制應用范圍最大限度地予以取消，真正實現了超超臨界間接空冷燃煤機組控制系統的DCS全廠一體化，網絡架構方案如圖1所示。

3 DCS控制器配置方案

DCS控制系統遵循功能分散和物理分散的原則，按工藝流程和設備布置區域就近集中合理設置就地電子室，并合理設置遠程控制器?？刂破鞣峙浼半娮邮覚C柜布置詳見表1、表2、表3（以下表格I/O點數量均不含備用點）。

表1 單元機組DCS（單臺機組）

圖1 全廠DCS一體化網絡

DCS系統的安全可靠性與控制器的分散度、負荷率息息相關，而分散度和負荷率往往又取決于控制器的數量。以上的布局及配置，綜合考慮了DCS控制系統物理分散、危險分散、網絡集成的特點及工藝系統的相似性和物理位置相近的特點，并結合發電廠的運行管理模式及DCS廠家豐富的組態調試經驗。該控制器的配置方案既能保證負荷率，又能保證分散度，簡單又具有很強的可操作性。

表2 公用DCS

表3 輔網DCS

4 全廠監控點和電子室優化

工程采用機、爐、電集中控制方式，2臺機組設1個集控室，集控室位于兩爐之間集控樓中的15.5 m層，在集控室的機組DCS操作員站上可實現對單元機組和公用系統的監視和控制。

當前大多數電廠輔助車間設有水、煤、灰3個輔助監控點，本工程結合現有發電廠的運行和管理模式，以及輔助車間系統工藝的特殊性，將灰系統納入單元機組DCS控制，取消傳統意義上灰系統監控點，輔助車間僅保留化水控制室和輸煤控制室2個監控點。

脫硫系統設有就地控制室（單元脫硫系統設置1臺操作員站兼工程師站），重要信號采用硬接線接至機組DCS，集控室預留脫硫操作員站位置，待條件成熟后將脫硫操作員站移至集控室。

就地電子設備間，根據工藝系統相同或相似就近布置，物理位置相近的工藝系統合設電子設備間，符合DCS控制系統分散布置、集中控制的特點。

5 空冷島控制方式選擇

早期引進的間接空冷機組，是由設備廠家成套提供儀表和控制系統，一般采用就地PLC控制，且不能實現全程自動控制。本工程在廠家提供控制要求的基礎上，將空冷島納入單元機組DCS控制，實現空冷島控制系統的軟硬件與主機DCS一體化。

本工程用閉式循環冷卻水代替開式循環冷卻水，用空冷塔代替濕冷塔，百葉窗采用連續可調的模擬量控制來調整開度，使其冷卻速度和效能與機組達到良好的匹配。空冷島DCS約950個I/ O點，系統共設2對遠程控制器，由于空冷島離主廠房較遠，所以將其作為獨立節點一并納入單元機組DCS。

6 一體化DCS電源的可靠性設計

一體化DCS電源根據DCS網絡的結構特點、工藝系統重要程度、系統所在區域等因素，分級分類設計。

DCS是全廠的控制核心，其電源的合理配置，是機組安全穩定運行的重要保障。按負荷分類，DCS需要交流不間斷電源負荷，采用2路UPS電源冗余供電，在電子設備間設置單元機組DCS配電柜和公用DCS配電柜，單元機組DCS配電柜兩路進線電源分別來自電氣2路UPS電源，公用DCS配電柜的電源則由2臺單元機組DCS配電柜進線端供電。

理論上，與DCS一體化的控制系統，應由DCS系統統一供電，如除灰系統、除塵系統、循環水系統、間接空冷系統納入單元機組DCS控制，其配電也隨機組DCS系統統一設計，這樣也提高了這些系統控制的可靠性。由于燃油泵房、輔機水泵房、壓縮空氣、除灰公用、干灰分選系統納入公用DCS網控制，系統則由公用DCS配電柜供電。

脫硫系統相對獨立集中，脫硫綜合樓每臺單元機組脫硫DCS各設1面配電柜，由單元機組DCS配電柜供電；脫硫工藝樓脫硫公用系統DCS設1面配電柜，由公用DCS配電柜供電。

凝結水系統雖然納入輔網DCS控制，但它布置在主廠房，系統仍然歸入機組DCS供電，1號，2號凝結水精處理系統由1號，2號單元機組DCS配電柜供電，凝結水精處理公用系統由公用DCS配電柜供電。

化水車間系統（包括鍋爐補給水系統和綜合水泵系統）、輸煤系統的控制機柜，由于電子室離電氣UPS較遠，采用獨立DCS配電柜，由就地車間提供2路廠用電源，采用就地配置UPS裝置的供電模式。

工業廢水系統、生活污水處理系統等控制系統，電子間距離遠，系統可靠性需求相對較低，采用就地車間兩路廠用電源供電方式。

7 存在的問題與建議

在實現全廠DCS一體化的設計過程中，由PLC控制的輔助系統轉變為DCS控制時，工程組織流程均發生了變化，對參與項目的設備供應商、設計單位、組態調試單位、建設單位等的協調與有序溝通提出了新的要求。

（1）制水一般是電廠建設中的重要節點，進度在主體建設之前。輔助系統采用PLC控制時，工藝設備、控制系統、組態、調試等均由制水設備供應商獨立提供。采用全廠一體化DCS控制后，與制水設備供應商的協調與溝通工作就需要從技術規范書、合同談判階段介入，原來由設備供應商自行負責的設計、組態、調試等工作，現在就需要其提供大量的技術資料（如PID圖、SAMA圖、控制要求說明、I/O清單等），由設計院來完成設計、由DCS廠家和調試單位來完成組態調試等工作?？刂埔蟮淖兓?，就需要各方參建人員協調溝通，設計階段的工作和任務量相應增大，要求設計人員統籌安排，以滿足工程進度的要求。

（2）全廠DCS一體化控制的方案確定后，應就某些特殊系統是否會早于DCS投運（例如：采暖加熱站、生活污水）以及有些單體設備是否必須用PLC控制，進行調研、分析，避免DCS系統中I/O點的重復設計。

（3）在設計過程中應加強與業主單位的溝通工作，詳細了解用戶的需求及后期發展規劃，充分了解發電廠的管理和運行模式，合理布置各監控點及就地電子室。

（4）由于汽輪機和給水泵汽輪機設備早于DCS招標，可以在其標書中約定，若ETS與METS能滿足DCS快速保護要求的，則DEH，ETS，MEH，METS與DCS一體化。

（5）由于DCS系統需要穩定可靠的UPS電源，在初步設計階段就需考慮是否需要額外增加UPS容量。

（6）本工程遵循發電廠運行模式，集控樓設置在兩爐之間，精處理電子室布置在CD框架間。雖然凝結水精處理與取樣屬于輔控系統，但就物理位置相近的布置原則來看，在以后工程可以優化布置在集控樓電子室。

8 結語

全廠DCS一體化控制方案的應用充分利用了有限的投資，提高了發電廠的自動化及信息化水平。同時其所具有的維護簡單、控制功能完善、擴展豐富、組態便捷、數據下載及上傳方便、顯示信息集中、人機操作界面友好、安全性強等優點，隨著DCS系統的不斷發展性價比越來越突出，采用統一控制系統將是以后新建項目的必然選擇，超超臨界燃煤機組全廠DCS一體化控制必將會成為發展趨勢。

[1]錢培峻.超超臨界機組主輔控一體化控制的設計研究[J]．華東電力，2010，38（7）∶998-1001．

[2]孫瑜，張金祥，劉明佳，等.國產DCS在600 MW超臨界機組輔助車間控制一體化中的應用[J].中國電力，2008（8）∶76-79.

[3]斯材軍，張成文，陳若春，等.基于單域網絡環境的主輔DCS一體化控制方案[J].浙江電力，2015，34（6）∶31-34.

（本文編輯：張 彩）

Design and Application of Integrated DCS Scheme in an Ultra-supercritical Indirect Air-cooling Coal-fired Unit

PAN Weiwei

（Zhejiang Electric Power Design Institute，Hangzhou 310012，China）

∶Based on the actual design of a new ultra-supercritical indirect air-cooling unit in Ningxia，the paper elaborates on the DCS integration control scheme,controller configuration，optimization of electronic room and control power，providing experience for integrated DCS design and presenting solutions to the problems.

integrated DCS design；auxiliary DCS；indirect air-cooling；electrical room；power supply

TK32

B

1007-1881（2016）11-0042-04

2016-08-15

潘煒瑋（1984），女，工程師，主要從事發電廠儀表和控制的設計工作。