彭曉艷，趙志剛

(1.國核電力規(guī)劃設計研究院，北京100094;2.北京廣利核系統(tǒng)工程有限公司，北京100094)

0 引言

經過幾十年的發(fā)展，我國火電廠控制技術日臻成熟，自動化水平不斷提高，電廠熱工自動化的發(fā)展，除更高速化和智能化外，一體化也是其發(fā)展趨勢之一。本文就采用分散控制系統(tǒng)(DCS)實現(xiàn)火電廠監(jiān)控平臺一體化的問題進行分析。

1 火電廠控制系統(tǒng)總體規(guī)劃

對于新建電廠而言，控制系統(tǒng)網絡的設計規(guī)劃既要滿足電廠實際生產的要求，又要考慮運行、維護和管理的實際需求?，F(xiàn)代大型火電廠熱工控制系統(tǒng)多由分層分級的網絡構成:第1級為全廠監(jiān)視管理級，包括廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)(SIS)、廠級管理信息系統(tǒng)(MIS);第2級為生產過程控制級，包括單元機組控制系統(tǒng)和全廠輔助車間控制系統(tǒng);第3級為現(xiàn)場控制級，包括現(xiàn)場儀表及控制設備等。

生產過程控制級采用DCS一體化監(jiān)控平臺，需要DCS盡可能全面地應用在單元機組控制與輔助車間控制之中。

2 單元機組DCS控制

火電廠單元機組控制以DCS為主，輔以部分其他成套控制裝置，如汽輪機數字電液控制(DEH)系統(tǒng)、汽輪機緊急跳閘系統(tǒng)(ETS)、給水泵汽輪機電液控制(MEH)系統(tǒng)、給水泵汽輪機緊急跳閘系統(tǒng)(METS)等。實現(xiàn)單元機組控制一體化，要求DCS盡可能完整地包含機組各系統(tǒng)需要的控制功能，除傳統(tǒng)的數據采集系統(tǒng)(DAS)、模擬量控制系統(tǒng)(MCS)、順序控制系統(tǒng)(SCS)、旁路控制系統(tǒng)(BPS)、鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)(FSSS)、電氣控制系統(tǒng)(ECS)外，還要盡可能涵蓋DEH，ETS，MEH，METS及鍋爐吹灰程控系統(tǒng)等。

2.1 單元機組DCS一體化控制應用情況

近年來，單元機組DCS一體化控制在很多600 MW及以下容量機組電廠的應用取得了成功，各主要DCS廠家大都具備實現(xiàn)DEH，ETS，MEH，METS與機組DCS一體化的能力。如HOLLIAS系統(tǒng)，有符合汽輪機控制要求的HOLLIASDEH和ETS與DCS構成一體，可滿足大型電廠控制和安全保護的要求。單元機組DCS一體化控制在遼寧調兵山煤矸石電廠300MW循環(huán)流化床機組、華能營口電廠2×300MW燃煤供熱機組等工程中的應用均取得成功。國電大連莊河2×600MW超臨界機組、國電蚌埠發(fā)電廠一期2×600MW超臨界機組采用DCS EDPF－NT系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括DAS，F(xiàn)SSS，SCS，ECS，MCS，DEH，ETS，MEH，METS和BPS等功能，實現(xiàn)了鍋爐、汽輪機、給水泵汽輪機、汽輪機旁路的控制和保護及電氣開關的控制，是目前功能最齊全的控制系統(tǒng)之一，實現(xiàn)了主機的一體化控制。

DEH與DCS一體化后可作為DCS的一個站直接掛在DCS主干網上，實現(xiàn)無縫連接，可取消單獨設置的DEH操作員站，DEH與單元機組DCS共享操作員站，既減少了控制系統(tǒng)接口，又簡化了控制室布置。

同樣，ETS采用與DCS一體化硬件后，也可作為DCS的一個站直接掛在DCS主干網上，ETS采用獨立的控制器，與DCS無縫連接，可在DCS操作員站上實現(xiàn)ETS的監(jiān)視、在線試驗等操作。在應用中必須注意ETS控制處理時間、通信方式應能夠達到汽輪機安全保護的快速性和可靠性要求，控制器掃描周期應不大于50ms[1]。

2.2 應用中應注意的問題

2.2.1 DEH與DCS一體化

對于600MW及以下容量機組，單元機組實現(xiàn)DCS一體化控制已有多例，從各主機廠家到各DCS廠家對這類應用已很熟稔。而對于1000MW超超臨界機組，DCS一體化控制的應用還比較少，問題主要存在于1000MW超超臨界汽輪機DEH與機組DCS的一體化方面。

DEH系統(tǒng)作為汽輪機設計制造密不可分的一部分，一直由汽輪機制造廠開發(fā)配套。對于1000 MW超超臨界汽輪機，三大主機廠分別與不同的國外技術支持方合作生產，同時一并配套了相應的DEH系統(tǒng)，分別采用了分散控制系統(tǒng)硬件。例如:東方汽輪機廠引進日立技術生產，DEH系統(tǒng)采用日立HIACS－5000M系統(tǒng);上海汽輪機廠引進西門子技術，DEH采用西門子T3000系統(tǒng);哈爾濱汽輪機廠采用日本東芝技術，DEH采用東芝TOSMAPDS/W500。

由于對1000MW級機組的控制仍處在進一步深化研究當中，國內已投運或正在建設的1000MW級火電機組，較多電廠對于DEH是否與DCS一體化持較謹慎的態(tài)度，為保證汽輪機控制的可靠性，大多數電廠更傾向于采用汽輪機廠原配的DEH系統(tǒng)。除部分電廠采用了以上幾家的DCS，從而與汽輪機廠配套的DEH實現(xiàn)了無縫連接(如上海外高橋三電廠DCS，DEH均采用西門子T－3000系統(tǒng);廣東潮州三百門電廠DCS，DEH均采用日立HIACS－5000M系統(tǒng)等)外，很多電廠對DEH與DCS一體化并未做強制要求。

例如:早期建設的華能玉環(huán)電廠，汽輪機由上海汽輪機廠提供，機組DCS采用西屋Ovation系統(tǒng)，DEH采用西門子T－3000系統(tǒng);華電國際鄒縣電發(fā)廠汽輪機由東方汽輪機廠提供，機組DCS采用西屋Ovation系統(tǒng)，DEH采用日立HIACS－5000M系統(tǒng)。近年建設的國電泰州發(fā)電有限公司一期2×1000MW超超臨界機組汽輪機由哈爾濱汽輪機廠提供，機組DCS采用了西屋Ovation系統(tǒng)，DEH采用東芝TOSMAP－DS/W500系統(tǒng);國華廣東臺山電廠二期2×1000MW超超臨界機組汽輪機由上海汽輪機廠提供，DEH采用西門子的T－3000系統(tǒng)，DCS采用國產和利時MACSV6系統(tǒng)。

當然，隨著各主機廠、DCS廠家對1000MW級汽輪機控制技術的逐漸掌握，越來越多的1000MW級火電廠明確要求DEH與機組DCS實現(xiàn)一體化，如華電國際萊州發(fā)電廠一期汽輪機由東方汽輪機廠提供，DEH采用Ovation系統(tǒng)，與機組DCS實現(xiàn)了一體化。

現(xiàn)階段，國內1000MW級火電機組DCS仍以進口品牌為主，國產品牌在1000MW級火電機組中的應用也在逐漸發(fā)展中，但國產品牌要想占有更大的市場份額，仍需要從硬件和軟件等方面加強研究。

2.2.2 其他問題

隨著DEH，ETS，MEH，METS均采用DCS一體化硬件，這些系統(tǒng)機柜的供電、接地等均將遵循DCS統(tǒng)一標準，工程實施中可由DCS廠家統(tǒng)一設計。

3 輔助車間采用DCS實現(xiàn)控制一體化

3.1 應用情況

多數火電廠外圍輔助車間/系統(tǒng)控制采用可編程控制器(PLC)，并聯(lián)網成輔助車間集中監(jiān)控網絡。由傳統(tǒng)PLC控制方式改為采用與機組DCS一致的BOP－DCS，使得全廠監(jiān)控均在統(tǒng)一的軟、硬件平臺下實現(xiàn)。這種控制方式近年來也有諸多應用，如國電大連莊河電廠2×600MW超臨界機組、國電懷安熱電廠2×300MW空冷機組采用EDPF－NT分散控制系統(tǒng)實現(xiàn)主、輔控系統(tǒng)的控制;內蒙古科右中旗熱電廠330MW供熱機組采用和利時的DCS實現(xiàn)主、輔網監(jiān)控平臺一體化;華電國際萊州發(fā)電廠一期2×1000MW機組輔助車間采用與單元機組相同的西屋Ovation系統(tǒng)。

輔助車間操作方式仍采用集中為主、就地為輔的方式，設1個集中值班監(jiān)控點(單元機組集控室內)和水、煤、灰等幾個就地后備監(jiān)控點。

3.2 應注意的問題

(1)輔助車間采用國產DCS實現(xiàn)全廠一體化監(jiān)控有更好的經濟性。隨著國產DCS近年的不斷發(fā)展，技術水平、服務質量均已得到市場的認可，與進口DCS相比，其價格優(yōu)勢明顯且低于常規(guī)PLC的進口價格。因此，當電廠DCS擬采用國產品牌時，輔助車間也采用BOP－DCS，除了因監(jiān)控一體化可帶來操作、管理上的便利外，投資上也具有很大的優(yōu)勢。

(2)盡管各輔助車間采用與單元機組一致的DCS軟、硬件實現(xiàn)控制，但輔助車間控制網絡與主廠房單元機組DCS網絡應是相互獨立、互不干擾的。同時，輔助車間DCS控制網絡中每一個輔助車間控制系統(tǒng)也應是一個相對獨立的DCS子系統(tǒng)，各輔助工藝系統(tǒng)應設置獨立的冗余控制器，可以獨立于其他輔助車間DCS及上層輔助車間集中監(jiān)控網絡而獨立運行，各輔助車間之間不應相互干擾。

(3)制氫站、電除塵設備控制系統(tǒng)因其工藝系統(tǒng)的特點，一般均采用PLC控制并隨主設備供貨，如改為DCS控制，有一定難度。

(4)采用BOP－DCS時，工程設計與設備招標可采用的方式主要有2種:一種方式是各輔助車間控制系統(tǒng)及輔助車間集中監(jiān)控網絡分別招標，招標中要求輔助車間控制系統(tǒng)廠家按照電廠已確定的DCS產品進行控制系統(tǒng)軟、硬件的配置;另一種方式是將所有輔助車間控制系統(tǒng)和組網均交由DCS廠家總負責，工藝系統(tǒng)由工藝廠家提供并提出控制要求供業(yè)主審核，設計院負責輔助車間控制系統(tǒng)的規(guī)劃、測點清單和儀表設計等工作。

第1種方式的優(yōu)點在于輔助車間程控廠家工程經驗比較豐富，但其涉及的供貨廠家多，有的廠家不一定具備消化、使用DCS的能力，各供貨商之間接口多，影響工程進度。在第2種方式下，所有輔助車間控制系統(tǒng)及組網工作由DCS廠家總負責，在操作與效果上更具優(yōu)勢。這種方式減少了招標次數，同時各單位責任明確，避免了程控廠家多、接口配合困難的缺點，更可發(fā)揮規(guī)模優(yōu)勢，降低采購成本[2]。采用第2種方式的缺點在于有的DCS廠家在化學水處理、除灰等輔助系統(tǒng)控制邏輯設計方面經驗不足，因此，設計院熱控、電氣及其他相關專業(yè)設計人員需要密切配合DCS廠家進行系統(tǒng)組態(tài)、邏輯功能設計工作，或者在招標時明確要求將輔助車間組態(tài)工作交給更有經驗的常規(guī)輔助車間程控廠家。

4 結論

隨著火電廠熱工自動化要求的不斷提高，提出了監(jiān)控系統(tǒng)一體化的要求?，F(xiàn)代火電廠正向著建立數字化電廠的方向發(fā)展，在此方向下，現(xiàn)場總線技術等先進控制技術逐步在火電廠控制中得到應用，建立一個全廠統(tǒng)一的生產過程監(jiān)控平臺，有利于構建一個完善、可靠的數字化網絡，從而不斷提高電廠的自動化水平。全廠控制系統(tǒng)采用統(tǒng)一的DCS硬件實現(xiàn)，不但可以帶來操作的便利，而且具有良好的經濟效益。

[1]DL/T1083—2008，火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)技術條件[S].

[2]田松.輔助車間DCS集中監(jiān)控網絡的設計與實施[J].火電廠熱工自動化，2009(1):34－37.