大型火力發(fā)電廠輔助車間系統(tǒng)控制方式及網絡結構的研究

付奎

摘 要：文章從大型火力發(fā)電廠輔助車間的特點以及目前采用的控制系統(tǒng)現狀入手，對輔助車間系統(tǒng)采用集中控制方式加以論述。文中還對火力發(fā)電廠輔助車間控制系統(tǒng)網絡結構選用做了詳細分析和比較，并從工程技術水平和造價兩個方面綜合比較了常規(guī)輔助車間BOP網絡結構控制方案與冗余星形拓撲結構的BOP以太網控制方案的優(yōu)缺點。

關鍵詞：火力發(fā)電廠；輔助車間；BOP網；控制方式

引言

近年來國內外涌現出了一大批的單機容量1000MW的火力發(fā)電機組，其輔助車間系統(tǒng)的自動化水平也越來越受到行業(yè)的重視，電廠運行對輔助車間自動化要求也日漸提高，這就給輔助車間（系統(tǒng)）的網絡設計和控制系統(tǒng)的應用提出了新的要求。

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)的特點和地理位置的要求，已成為輔助車間控制系統(tǒng)設計的目標。目前國內大型火力發(fā)電廠均按照全廠輔助生產車間控制網（BOP網）設置，該網通過數據通信網絡與各個輔助車間（系統(tǒng)）控制系統(tǒng)相連，通過設置在CCR（集控室）的輔助車間操作員站，對全廠各個輔助車間系統(tǒng)進行監(jiān)視和控制。

1 輔助車間（系統(tǒng)）網絡結構

1.1 型式一

近年來設計的大型火力發(fā)電廠一般是根據設計規(guī)程，將同類型、同性質的輔助車間控制系統(tǒng)通過數據通訊方式連成相對集中的控制網，一般劃分為水網、煤網、灰網，并在就地留有相應的水、煤、灰集中控制室，每個控制室都設有固定的運行值班人員。

水網連接的輔助車間有：鍋爐補給水車間、凈化站車間、凝結水精處理車間、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、儲氫車間、脫硫廢水處理系統(tǒng)等，水網操作員站一般布置在就地補給水車間集中控制室內。

灰網連接的輔助車間有：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。

煤網包括的輔助車間有：燃料儲存、輸煤等，一般在煤網控制室就地設置就地操作員站。

各電廠在水、煤、灰集中控制網基礎上，通過數據通訊方式把各輔助車間連成一個整體的控制網，簡稱BOP網，BOP網操作員站布置在CCR控制室，可以實現運行人員在主廠房集控室完成對各輔助車間的運行監(jiān)視，并了解輔助車間的運行狀況，具體網絡結構示意圖見附圖1。

1.2 型式二

通過細致的聯(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）硬件設備統(tǒng)一為同一生產廠家相同系列的產品，這就統(tǒng)一了通訊協(xié)議和數據庫格式。在此基礎上，采用冗余星形拓撲結構以太網方式，采用兩臺功能足夠強大互為冗余的服務器，并通過雙冗余的主交換機，與各個輔助車間控制系統(tǒng)進行數據通訊，讀取各子輔助車間控制系統(tǒng)的設備信息，生成網段內各輔助車間的全部監(jiān)控畫面，并把所有實時數據存放在服務器的數據庫中。各操作員站以C/S結構方式訪問輔助車間控制網的服務器，并對網段內的各輔助車間控制系統(tǒng)進行監(jiān)視及控制。運行人員的控制指令經主交換機傳至各輔助車間控制系統(tǒng)，完成對所有設備的遠程控制。輔助車間控制網的操作員站布置在機組集控室內，現場只設巡檢維護站，真正實現全廠集中監(jiān)控，具體網絡結構示意圖見附圖2。

2 兩種控制網絡結構型式的技術經濟比較

上述兩個網絡結構均能滿足分別設計、招標采購、施工安裝和調試要求，具有控制方式靈活、方便的特點，由于各輔助車間（系統(tǒng)）的獨立控制系統(tǒng)通過網關與輔助車間控制網（子網或總網）鏈接，即使是輔助車間控制網故障，各輔助車間仍可繼續(xù)運行而不受影響。

在網絡結構方面，結構型式一為三級網絡，網絡結構復雜，網絡設備較多，故障率高。相對而言，結構型式二簡化為二級網絡，網絡結構簡單，減少了網絡設備，安全性較高。

在建筑專業(yè)方面，由于結構型式一設有水、煤、灰集中控制網，與結構型式二相比，需增設水、煤、灰監(jiān)控點及相應控制室，并應配套相應的電氣照明、空調等設備。

就日常運行及人員配置方面，結構型式一投產初期可按專業(yè)配置運行人員，以后可以根據運行人員的運行水平和電廠的運行需要，逐步實現在CCR對全廠輔助車間（系統(tǒng)）進行控制和監(jiān)視，這種由專業(yè)運行人員轉變成全能運行人員有一定的緩沖期，對電廠各系統(tǒng)安全運行影響較少。結構型式二全能運行人員需隨著電廠投運而配備，對輔助車間（系統(tǒng)）運行人員要求高，但通過培訓可以提高運行人員素質，能避免對輔助車間（系統(tǒng)）安全運行的影響。

在工程投資費用方面，由于結構型式一需設水、煤、灰控制室及其相應的電氣照明、空調等設備，因此在設備采購、土建等投資較高。

兩個網絡結構型式的主要優(yōu)缺點比較匯總如表1所示。

綜合表1中各方面因素，結構型式二具有網絡結構簡潔、故障率低、投資省、運行值班人員少等優(yōu)點。

此外，雖然目前火力發(fā)電廠輔助車間設備的控制通常采用由可編程邏輯控制器（PLC）與工控機（PC）組成的計算機控制系統(tǒng)來實現。但最近，越來越多的新建電廠輔助車間系統(tǒng)開始采用DCS控制方式，DCS控制方式的網絡型式也與形式一和形式二相對應。

3 輔助車間（系統(tǒng)）控制網優(yōu)化方案

從減人增效和以人為本而基本出發(fā)點，考慮吸收近期實施的工程經驗和輔助車間（系統(tǒng)）控制網絡結構研究的成果。輔助車間（系統(tǒng)）控制網優(yōu)化方案推薦采用機組集控室集中控制方式（不排除個別例外）。根據全廠輔助車間工藝系統(tǒng)的特點和從方便管理出發(fā)，設置機組分散控制系統(tǒng)（DCS）公用控制網和輔助車間控制網（BOP網）。在全廠輔助車間控制網絡的設計過程中可以分步實施，網絡采用星形拓撲結構，即設置兩層控制網絡。輔控網的基本配置包括一臺輔控數據服務器、一對冗余熱備的模塊化核心交換機、3臺對等功能的輔網操作員站、1臺工程師站。控制網絡采用100/1000Mbps工業(yè)以太網。

此外，如為單元制的輔助系統(tǒng)（如凝結水精處理、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），則建議直接接入機組分散控制系統(tǒng)（DCS），通過單元機組的操作員站監(jiān)控，也可以納入輔助車間控制網（BOP網）。

如為機組公用的輔助系統(tǒng)（如中央空調系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、凝結水精處理系統(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，兩臺機組的操作員站均可進行監(jiān)控。

全廠公用的輔助車間，如鍋爐補給水處理系統(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，按結構方式二組成輔助車間控制網（BOP網），在兩機集控室設備全能值班操作員站進行監(jiān)控。

設計中建議采用就地控制方式的輔助車間如：

（1）啟動鍋爐在啟動鍋爐房內集中控制；（2）灰?guī)煨痘以诨規(guī)靸燃锌刂疲唬?）取水泵房在泵房內集中控制。

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

4 結束語

輔助車間及輔助系統(tǒng)監(jiān)控方案的優(yōu)化是依靠科技進步、設計轉變思想及電廠實行新的運行、管理辦法后，對以往的設計技術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化水平從而降低系統(tǒng)運行成本。文章提出的全廠整體生產過程的監(jiān)控全部集中方案，單元機組和輔助車間、輔助系統(tǒng)網絡結構上完全分開，層次分明將為電廠全面提高自動化水平，提供良好的條件，并帶來較大的經濟效益，從而使電廠在今后的發(fā)展中更具有競爭力。

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