殷利杰，甄 亞

（1.中國電建集團(tuán) 河南省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，鄭州 450001；2.鄭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，鄭州 450007）

本工程為津巴布韋旺吉電廠三期擴(kuò)建工程，本期建設(shè)2 臺(tái)335MW 亞臨界燃煤發(fā)電機(jī)組。單元機(jī)組采用DCS 控制系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)控，輔助車間采用PLC 控制系統(tǒng)分散監(jiān)控，并在單元控制室集中監(jiān)視。

盡管本工程單機(jī)容量和系統(tǒng)過程參數(shù)都比較低，但是作為一個(gè)國際工程，且有國際某知名咨詢公司作為工程監(jiān)理，所以在設(shè)計(jì)上與國內(nèi)類似工程相比，還是有較多差異，需要面對(duì)一些風(fēng)險(xiǎn)與挑戰(zhàn)。

1 全廠自動(dòng)化水平

1.1 電廠性質(zhì)及運(yùn)行要求

有關(guān)資料顯示，津巴布韋全國目前實(shí)際發(fā)電能力為120 萬千瓦[1]，本期工程（67 萬千瓦）建成后將在津巴布韋電網(wǎng)中承擔(dān)三分之一的發(fā)電量，其重要性不言而喻。

因此，本期工程機(jī)組帶基本負(fù)荷，并可以自動(dòng)適應(yīng)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)及系統(tǒng)對(duì)負(fù)荷的需求。其中，一個(gè)重要的設(shè)計(jì)原則就是要將機(jī)組的安全性、可靠性放在首要位置，兼顧先進(jìn)性。因此，機(jī)組控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為采用常規(guī)的DCS 進(jìn)行監(jiān)控，未使用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)；輔助車間采用可靠性更高、耐用性更強(qiáng)的PLC 控制系統(tǒng)。

按照EPC 合同要求，機(jī)組應(yīng)具備自動(dòng)啟動(dòng)和自動(dòng)停機(jī)的功能，類似于國內(nèi)APS 系統(tǒng)功能。自動(dòng)化水平要求較高。

1.2 全廠控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

全廠自動(dòng)化系統(tǒng)將按照分級(jí)的原則設(shè)置，第一層次是過程控制層，主要包括機(jī)組控制網(wǎng)絡(luò)和輔助車間集中控制網(wǎng)絡(luò)組成；第二層次是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及元件層，由各類現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀表、被控設(shè)備構(gòu)成。

1.2.1 單元機(jī)組控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

單元機(jī)組控制系統(tǒng)采用DCS 系統(tǒng)。每臺(tái)機(jī)組按爐、機(jī)、電一體化配置機(jī)組DCS。兩臺(tái)機(jī)組公用系統(tǒng)設(shè)置DCS 公用系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)，通過通訊接口與每臺(tái)單元機(jī)組的控制系統(tǒng)相聯(lián)。

單元機(jī)組采用爐、機(jī)、電集中控制方式，實(shí)現(xiàn)爐、機(jī)、電全能值班運(yùn)行模式。本期工程兩臺(tái)機(jī)組合設(shè)一個(gè)單元控制室（即主控室），并按照津巴布韋業(yè)主習(xí)慣，將DCS 電氣操作員站從單元控制室中移出，和升壓站SCADA 系統(tǒng)的操作員站合設(shè)一個(gè)控制室，業(yè)主習(xí)慣稱其為“集中控制室”。在集中控制室內(nèi)，電氣操作員既可以完成對(duì)機(jī)組電氣系統(tǒng)的控制和監(jiān)視，還能接受電網(wǎng)調(diào)度下達(dá)的負(fù)荷控制指令。

1.2.2 輔助車間控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

水處理系統(tǒng)、輸煤系統(tǒng)、除灰系統(tǒng)、布袋除塵器系統(tǒng)、暖通系統(tǒng)分區(qū)設(shè)各自的控制網(wǎng)絡(luò)，分別采用同一品牌和型號(hào)的可編程控制器（PLC）進(jìn)行控制。在各輔助車間控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上構(gòu)建輔控網(wǎng)，并在主控室設(shè)置3 臺(tái)輔網(wǎng)操作員站，僅對(duì)各輔助車間進(jìn)行監(jiān)視。

2 其他熱控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 火災(zāi)報(bào)警及消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)

火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)采用集中火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制方式。兩機(jī)一控的單元控制室是全廠的消防控制中心，其內(nèi)布置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警及消防聯(lián)動(dòng)控制盤。

火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)將全廠劃分為7 個(gè)子系統(tǒng)，分別為主廠房區(qū)域、集控樓區(qū)域、除灰區(qū)域、脫硫區(qū)域、水處理區(qū)域、輸煤區(qū)域和其他附屬建筑。

按照EPC 合同要求，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)采用NFPA 標(biāo)準(zhǔn)。目前，不少海外工程在整體設(shè)計(jì)上都可以接受中國標(biāo)準(zhǔn)，唯獨(dú)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)普遍都要求采用NFPA 標(biāo)準(zhǔn)，這也是在做海外工程投標(biāo)時(shí)應(yīng)該特別關(guān)注的部分。

2.2 視頻監(jiān)視系統(tǒng)（CCTV）

在電廠無人值守的車間、易燃易爆區(qū)域等重要位置設(shè)置監(jiān)視點(diǎn)。全廠共設(shè)置了100 個(gè)監(jiān)視點(diǎn)（攝像頭），總數(shù)量遠(yuǎn)少于國內(nèi)相同規(guī)模電廠的設(shè)置數(shù)量。這樣既有利于總承包方控制成本，也是與前述電廠設(shè)計(jì)總原則相一致，即側(cè)重于電廠安全、可靠運(yùn)行，而非太多的先進(jìn)性設(shè)施。

2.3 仿真系統(tǒng)

由于本期工程是津巴布韋首臺(tái)三十萬千瓦級(jí)機(jī)組，當(dāng)?shù)貥I(yè)主工程師并沒有此類大型機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。因此，一套專門針對(duì)本工程機(jī)組的、完整的、高精度的全范圍實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)對(duì)業(yè)主工程師來說尤為重要。

為保證仿真效果，本工程仿真系統(tǒng)采用了DCS 虛擬DPU 的方式進(jìn)行仿真，對(duì)DCS 系統(tǒng)的操作員站、工程師站配置，控制邏輯和畫面組態(tài)等，進(jìn)行一比一轉(zhuǎn)換，保證仿真系統(tǒng)與實(shí)際控制系統(tǒng)高度一致。

3 本工程風(fēng)險(xiǎn)分析及應(yīng)對(duì)策略

3.1 EPC合同中的非常規(guī)要求

EPC 合同是雙方進(jìn)行工程實(shí)施最基本的依據(jù)，因此要盡早對(duì)合同有一個(gè)詳盡的研讀，若有異議，需要拿出有力的依據(jù)或標(biāo)準(zhǔn)條款來說服業(yè)主，否則就會(huì)面對(duì)增加投資的風(fēng)險(xiǎn)。本工程EPC 合同中的一些風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)如下。

3.1.1 機(jī)組自啟停功能

機(jī)組自啟停功能是對(duì)機(jī)組整體的自動(dòng)化水平的較高要求。它不僅要求控制系統(tǒng)要有一套完整、嚴(yán)密的控制邏輯，還要求整個(gè)工藝系統(tǒng)要按照自啟停的要求進(jìn)行系統(tǒng)配置。比如，常規(guī)可以設(shè)置手動(dòng)閥門的地方，在自啟停的系統(tǒng)中可能需要考慮配置電動(dòng)閥門，以減少自啟停過程中不必要的斷點(diǎn)。這就要求從初步設(shè)計(jì)階段開始，設(shè)計(jì)院的各個(gè)專業(yè)要統(tǒng)籌考慮自啟停功能的要求，DCS 廠家要根據(jù)系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)過程的聯(lián)鎖控制邏輯，機(jī)組調(diào)試單位要做好詳盡的調(diào)試計(jì)劃和步驟。調(diào)試的過程是尤為復(fù)雜的，也是風(fēng)險(xiǎn)較高的階段。在機(jī)組啟動(dòng)或停止的整個(gè)系統(tǒng)流程中，只要有一個(gè)設(shè)備或參數(shù)不在允許的狀態(tài)或范圍，過程就會(huì)中斷。由于系統(tǒng)十分復(fù)雜，設(shè)備繁多，排查非正常狀態(tài)也較為困難，整體調(diào)試時(shí)間不容易控制。

3.1.2 鍋爐保護(hù)系統(tǒng)達(dá)到SIL3等級(jí)

本工程鍋爐保護(hù)系統(tǒng)要達(dá)到SIL3 等級(jí)。在IEC 61508中規(guī)定了安全完整性水平等級(jí)，SIL3 屬于較高級(jí)別的安全等級(jí)，它要求系統(tǒng)的每小時(shí)的危險(xiǎn)失效概率在10-8～10-7之間[2]。這個(gè)安全要求不僅考察某個(gè)獨(dú)立的設(shè)備，還有整個(gè)控制回路，即從就地檢測(cè)儀表、信號(hào)傳輸電纜，到控制系統(tǒng)的輸入模件、控制器、輸出模件、信號(hào)輸出電纜，再到就地的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以及各設(shè)備的供電回路等。任何一個(gè)設(shè)備失效都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)控制回路失效。因此，不但對(duì)設(shè)備本身的可靠性有更高的要求，通常還需要進(jìn)行多重冗余配置，控制系統(tǒng)硬件需采用具有SIL3 安全等級(jí)認(rèn)證的產(chǎn)品。這些在做概算和招標(biāo)的時(shí)候都需要注意。

3.1.3 所有電纜要求鋼絲鎧裝

這一要求就屬于在EPC 合同中比較模糊，而后期業(yè)主又過度解讀的事項(xiàng)。在EPC 合同的電氣專業(yè)章節(jié)，要求“所有電纜應(yīng)符合IEC 標(biāo)準(zhǔn)并應(yīng)為鋼絲鎧裝型”，而儀表與控制章節(jié)的要求是“室外（outdoor）的控制與儀表（C&I）電纜應(yīng)使用鎧裝型”。業(yè)主以電氣章節(jié)的要求為依據(jù)，強(qiáng)烈要求全廠的電纜都使用鋼絲鎧裝電纜。而中方則強(qiáng)調(diào)熱控電纜應(yīng)使用熱控章節(jié)的要求，并列舉了數(shù)條關(guān)于熱控電纜無需鎧裝的理由。雙方經(jīng)過多次當(dāng)面會(huì)談和數(shù)次信函來往，但不能達(dá)成一致，最后只好先擱置爭議，信函沒有閉合。數(shù)月后，又重啟談判，中方仍然是列條文、舉實(shí)例、擺證據(jù)，據(jù)理力爭。最后終于說服了業(yè)主工程師，熱控電纜可不采用鋼絲鎧裝（包括室外）。事實(shí)證明，有些實(shí)在談不下來的事項(xiàng)，可以在時(shí)間允許的范圍內(nèi)暫時(shí)擱置一段時(shí)間，業(yè)主方的思想也會(huì)有變化。

3.2 國際標(biāo)準(zhǔn)和中國標(biāo)準(zhǔn)的問題

本工程的定性為業(yè)主可以接受部分中國標(biāo)準(zhǔn)，但是重要的部分需要使用國際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)于熱控專業(yè)來講，系統(tǒng)保護(hù)、熱力系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)的配置、就地設(shè)備安裝等可采用中國標(biāo)準(zhǔn)，但是電纜要求符合IEC 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)需采用NFPA 標(biāo)準(zhǔn)。熱控儀表閥和儀表管的選型業(yè)主并沒有強(qiáng)調(diào)使用國際標(biāo)準(zhǔn)，但是國內(nèi)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)還是2004 年實(shí)施的版本，在材料和規(guī)格方面有些不能適應(yīng)高參數(shù)的機(jī)組。因此，中方也參考了ASME 標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)條文[3-8]。

另外需要注意的是，某些中國標(biāo)準(zhǔn)沒有英文版，或者英文版的翻譯并不能反映出中文條文的含義，這在向業(yè)主解釋和推行中國標(biāo)準(zhǔn)時(shí)造成了很多困難。國內(nèi)相關(guān)部門和組織應(yīng)引起重視，盡早發(fā)行高質(zhì)量的英文版本，為中國向世界推行中國標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)造有利條件。

3.3 思維習(xí)慣的差異

業(yè)主工程師和業(yè)主監(jiān)理工程師的思維方式和國內(nèi)常規(guī)設(shè)計(jì)習(xí)慣有一定的差異，需要中國工程師在堅(jiān)持原則的同時(shí)，盡快適應(yīng)業(yè)主的思維習(xí)慣。例如，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，“拒動(dòng)”和“誤動(dòng)”是一對(duì)不可調(diào)和的矛盾，只能根據(jù)設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行取舍和平衡。按照國內(nèi)的經(jīng)驗(yàn)，控制回路的設(shè)置一般都采用常開觸點(diǎn)，這樣可以減少設(shè)備的誤動(dòng)作。而業(yè)主則將安全看得至為重要，甚至在一些常規(guī)的回路中也要采用常閉觸點(diǎn)，這樣很小的一個(gè)線路故障都會(huì)引起設(shè)備跳閘，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

再比如，國內(nèi)都是兩臺(tái)機(jī)組設(shè)置一個(gè)“兩機(jī)一控”的集中控制室，機(jī)、爐、電各專業(yè)運(yùn)行人員都集中在一個(gè)控制室內(nèi)，方便溝通與協(xié)調(diào)。而當(dāng)?shù)貥I(yè)主則習(xí)慣將全廠所有機(jī)組的電氣操作員站單獨(dú)集中到一個(gè)獨(dú)立于機(jī)組控制室的房間，稱之為“集中控制室”，而各機(jī)組的控制室稱為“就地控制室”，這其實(shí)是當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)調(diào)度的制度所決定的。當(dāng)?shù)氐碾娋W(wǎng)調(diào)度向各電廠下達(dá)負(fù)荷指令是以電話的方式傳達(dá)，所以電氣運(yùn)行人員需要在更為安靜的獨(dú)立房間內(nèi)工作。

4 結(jié)論

中國國內(nèi)工程建設(shè)，從立項(xiàng)、設(shè)計(jì)到安裝、調(diào)試、運(yùn)維，都有一套完備的制度和成熟的經(jīng)驗(yàn)。各單位默契配合大大提升了工程實(shí)施的效率，但是過于強(qiáng)調(diào)效率也使中方的設(shè)計(jì)深度不能達(dá)到國際水準(zhǔn)，在面對(duì)嚴(yán)苛的國際標(biāo)準(zhǔn)和出圖深度時(shí)略顯吃力。即使是日常文控方面，國內(nèi)工程公司普遍都存在較大的提升空間。因此，本文根據(jù)筆者作為設(shè)計(jì)方的親身經(jīng)歷和體會(huì)，分析了本工程存在的挑戰(zhàn)和風(fēng)險(xiǎn)，并給出了解決方案，以期為其他工程提供參考。