增城9H燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

錢澄浩，李昆侖，王 忠，鄭 強(qiáng)，謝立國

(1. 中國電力工程顧問集團(tuán)西南電力設(shè)計院有限公司，四川 成都 610021；2. 華電福新廣州能源有限公司，廣東 廣州 511300)

0 引言

燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組具有熱效率高、三廢排放少、啟停快速等優(yōu)點(diǎn)，近年來盡管電力需求疲軟，但我國的燃?xì)怆姀S裝機(jī)容量和發(fā)電量卻反而出現(xiàn)大幅增長。為適應(yīng)電網(wǎng)調(diào)峰的需要，F(xiàn)級燃?xì)廨啓C(jī)作為目前國際上最成熟的燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)型，在我國已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，但隨著重型燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，容量更大、效率更高、技術(shù)更先進(jìn)的9H級燃?xì)廨啓C(jī)逐漸嶄露頭角[1-2]，并在華電廣州增城燃?xì)饫錈犭娙?lián)供工程(以下簡稱“增城工程”)中進(jìn)行了首次運(yùn)用。基于增城工程，針對9H燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)計進(jìn)行研究將為我國后續(xù)工程提供技術(shù)支持和儲備。

增城工程采用2臺SGT5－8000 H重型燃?xì)廨啓C(jī)，配套2臺SST5－5000汽輪機(jī)，組成兩套“一拖一”多軸燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組，即1臺燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組配1臺余熱鍋爐，1臺余熱鍋爐供汽給1臺抽凝式蒸汽輪發(fā)電機(jī)組，單套聯(lián)合循環(huán)的裝機(jī)容量約為650 MW，同步建設(shè)煙氣脫硝裝置，不設(shè)旁路煙囪。

1 控制方式設(shè)計方案

1.1 控制自動化水平

增城工程具有較高的自動化水平，能在少量巡回檢查人員的配合下，在集控室內(nèi)以機(jī)組操作員站、公用及輔助車間操作員站為中心，實(shí)現(xiàn)機(jī)組及輔助系統(tǒng)的啟動、正常運(yùn)行的監(jiān)視和調(diào)整(包括負(fù)荷調(diào)整)、事故報警及處理、正常停機(jī)或緊急停機(jī)。運(yùn)行人員在控制室內(nèi)通過分散控制系統(tǒng)(distributed control system，DCS)操作員站對機(jī)組及輔助車間的監(jiān)視控制能夠達(dá)到：

1)在極少量就地巡視人員的配合下，在集中控制室實(shí)現(xiàn)機(jī)組的全工況、全范圍的自啟停控制；

2)以DCS操作員站為監(jiān)視控制中心，在集中控制室實(shí)現(xiàn)電廠系統(tǒng)正常運(yùn)行工況的控制、監(jiān)視和調(diào)整及異常工況和事故工況的處理；

3)完善的模擬量控制系統(tǒng)及順序控制系統(tǒng)設(shè)計，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合循環(huán)協(xié)調(diào)控制和自動啟/停控制(APS)，高度自動化、智能化盡可能降低人工操作量，提高運(yùn)行安全性；

4)綜合機(jī)組、輔助車間有關(guān)的實(shí)時信息，為機(jī)組、輔助系統(tǒng)的運(yùn)行提供基于優(yōu)化計算和分析的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的實(shí)時、高效的優(yōu)化控制和管理。

1.2 機(jī)組控制方案

增城工程采用集中控制方式，兩臺燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)機(jī)組及全廠輔助車間(系統(tǒng))、電氣系統(tǒng)合用一個集中控制室，實(shí)現(xiàn)在一個集中控制室中對本工程兩臺燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組、蒸汽輪發(fā)電機(jī)組、余熱鍋爐及熱力系統(tǒng)，全廠輔助車間(系統(tǒng))及電氣系統(tǒng)的集中監(jiān)視和操作，實(shí)現(xiàn)兩機(jī)一控。運(yùn)行人員在集中控制室內(nèi)能實(shí)現(xiàn)機(jī)組正常運(yùn)行工況的監(jiān)視、調(diào)整及機(jī)組異常工況的緊急處理或停機(jī)，在少量就地人員巡回檢測和少量操作的配合下，完成機(jī)組的啟動和正常停機(jī)。

控制系統(tǒng)采用DCS進(jìn)行監(jiān)控。聯(lián)合循環(huán)DCS控制系統(tǒng)和燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組、蒸汽輪發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)之間采用少量的硬接線連接。

在聯(lián)合循環(huán)操作臺上，布置必要的獨(dú)立于聯(lián)合循環(huán)DCS和燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的硬手操設(shè)備，以備在聯(lián)合循環(huán)DCS和燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)發(fā)生全局性或重大故障時，確保機(jī)組、設(shè)備的緊急安全停運(yùn)。

1.3 輔助系統(tǒng)控制方案

公用系統(tǒng)如化學(xué)加藥、天然氣調(diào)壓站、儀/雜用空壓站、供熱網(wǎng)、循環(huán)水泵房、廠用電公用系統(tǒng)等納入機(jī)組公用/輔控DCS網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。

輔助車間系統(tǒng)如鍋爐補(bǔ)給水處理、凝結(jié)水精處理、循環(huán)水處理系統(tǒng)、區(qū)域制冷站、補(bǔ)給水系統(tǒng)、廠內(nèi)凈水站、脫硝還原劑制備系統(tǒng)等也納入機(jī)組公用/輔控DCS網(wǎng)絡(luò)集中監(jiān)控。

鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)采用機(jī)組公用/輔控DCS網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程站實(shí)現(xiàn)在集中控制室的集中監(jiān)控，鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)DCS機(jī)柜布置在鍋爐補(bǔ)給水控制裝置室，并就地設(shè)1臺調(diào)試站。

制冷站采用機(jī)組公用/輔控DCS網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程站實(shí)現(xiàn)在集中控制室的集中監(jiān)控，制冷站系統(tǒng)DCS機(jī)柜布置在制冷站控制裝置室，并就地設(shè)1臺調(diào)試站。

取水泵房控制裝置室內(nèi)設(shè)置DCS遠(yuǎn)程I/O站，完成補(bǔ)給水系統(tǒng)的監(jiān)控。DCS遠(yuǎn)程I/O站通過冗余光纖接至機(jī)組公用/輔控DCS網(wǎng)絡(luò)，就地不設(shè)操作員站，僅設(shè)置調(diào)試站接口，在調(diào)試階段采用便攜式電腦完成系統(tǒng)調(diào)試工作。

1.4 全廠自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖

增城項目全廠自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置圖如圖1所示。

圖1 全廠自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置示意圖

2 控制系統(tǒng)配置方案

2.1 人機(jī)接口站配置

增城項目DCS和燃機(jī)汽機(jī)控制系統(tǒng)(turbine control system，TCS)人機(jī)接口站配置情況詳見表1。

表1 增城項目DCS和TCS控制系統(tǒng)人機(jī)接口

2.2 控制系統(tǒng)I/O點(diǎn)

增城項目DCS控制系統(tǒng)I/O點(diǎn)統(tǒng)計情況詳見表2。

表2 增城DCS項目控制系統(tǒng)I/O數(shù)量

2.3 控制器及機(jī)柜配置

1)機(jī)組公用及輔助系統(tǒng)(車間)控制系統(tǒng)控制器及機(jī)柜配置機(jī)組公用及輔助系統(tǒng)(車間)控制系統(tǒng)配置15對控制器，其中天然氣調(diào)壓站、燃?xì)忮仩t控制系統(tǒng)采用與機(jī)組公用及輔助系統(tǒng)(車間)控制系統(tǒng)相同的軟硬件，隨主設(shè)備供貨商供貨。機(jī)組公用及輔助系統(tǒng)(車間)控制系統(tǒng)配置有15面控制柜、5面擴(kuò)展柜，共20面機(jī)柜。

2)余熱鍋爐及其輔助系統(tǒng)控制系統(tǒng)控制器及機(jī)柜配置余熱鍋爐及其輔助系統(tǒng)控制系統(tǒng)每臺爐配置4對控制器，每臺爐配置有4面控制柜、2面擴(kuò)展柜，共6面機(jī)柜。

3)汽機(jī)及輔助系統(tǒng)控制系統(tǒng)控制器及機(jī)柜配置汽機(jī)及輔助系統(tǒng)控制系統(tǒng)每臺機(jī)組配置7對控制器，每臺機(jī)組配置有7面控制柜、2面擴(kuò)展柜，共9面機(jī)柜。

4)電氣系統(tǒng)控制系統(tǒng)控制器及機(jī)柜配置電氣系統(tǒng)每臺機(jī)組配置4對控制器，電氣公用配置2對控制器，每臺機(jī)組配置有4面控制柜、1面繼電器柜，共5面機(jī)柜；電氣公用配置有2面控制柜、1面繼電器柜，共3面機(jī)柜。

5)電源網(wǎng)絡(luò)柜配置

每臺機(jī)組在余熱鍋爐電子設(shè)備間、燃機(jī)汽機(jī)電子設(shè)備間分別配置1面電源網(wǎng)絡(luò)柜，在集控樓機(jī)組公用電子設(shè)備間內(nèi)配置1面電源網(wǎng)絡(luò)柜，輔助車間根據(jù)總平面規(guī)劃共配置2面電源網(wǎng)絡(luò)柜。

增城項目全廠DCS控制器及機(jī)柜配置詳見表3。

表3 全廠DCS控制器及機(jī)柜配置表

2.4 操作臺硬手操按鈕設(shè)置

增城項目為保證在緊急情況下快速、安全停機(jī)。硬手操按鈕布置于操作員站的桌面上，并應(yīng)便于操作，同時應(yīng)帶有安全防護(hù)罩以防誤動。具體的按鈕的數(shù)量、接點(diǎn)要求詳見表4。

表4 硬手操按鈕配置表

2.5 主機(jī)TCS控制系統(tǒng)配置

增城項目主機(jī)TCS系統(tǒng)隨主機(jī)廠配供，燃機(jī)控制系統(tǒng)包括燃機(jī)及其相應(yīng)輔機(jī)系統(tǒng)、汽機(jī)控制系統(tǒng)包括汽機(jī)及其相應(yīng)輔機(jī)系統(tǒng)等的控制功能。燃機(jī)TCS控制和保護(hù)系統(tǒng)和汽機(jī)TCS控制和保護(hù)系統(tǒng)采用軟硬件一體化配置，本工程主機(jī)廠供的TCS控制系統(tǒng)詳細(xì)配置見表5：

表5 主機(jī)TCS控制系統(tǒng)配置

續(xù)表

2.6 TCS與DCS硬接線點(diǎn)

增城項目燃機(jī)—汽機(jī)的控制系統(tǒng)(TCS)與聯(lián)合循環(huán)控制系統(tǒng)(DCS)之間硬接線交互信號共計113點(diǎn)。硬接線信號主要包括主機(jī)調(diào)節(jié)聯(lián)鎖保護(hù)所需的各輸入信號、主機(jī)各工況狀態(tài)的反饋信號以及主機(jī)跳閘狀態(tài)的反饋信號。

3 結(jié)語

增城項目是國內(nèi)首臺9H燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組，采用了效率更高、性能更為先進(jìn)的燃機(jī)和汽機(jī)作為主機(jī)，在全廠控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計上，本工程將主機(jī)廠供燃機(jī)、汽機(jī)控制系統(tǒng)與聯(lián)合循環(huán)機(jī)組DCS之間做到了連接貫通、整體協(xié)調(diào)，本文對增城項目控制網(wǎng)絡(luò)的詳細(xì)設(shè)計和配置方案進(jìn)行了梳理和總結(jié)，將為我國今后更多9H級燃機(jī)機(jī)型的設(shè)計提供參考和借鑒。