燃氣蒸汽聯合循環機組全廠控制系統優化研究

黃冬蘭，莊續奎

(1.廣東省電力設計研究院，廣東 廣州 510663；2.珠海橫琴熱電有限公司，廣東 珠海 519015)

隨著國家能源政策的調整以及節能環保要求的進一步提高，大型燃氣蒸汽聯合循環機組在國內掀起了新一輪的建設高潮。僅廣東地區今年就有至少5個以上的燃機項目即將或已經開始建設。

燃氣蒸汽聯合循環機組的全廠控制系統較常規電廠控制系統有其特點：一方面涉及的系統和設備的數量及IO點數較常規電廠少很多，另一方面由于燃氣輪機本身控制的特殊性，其控制系統一直都是由燃氣輪機廠家配套提供，而主廠房其余設備通常納入業主單獨采購的控制系統進行控制。此外，各輔助車間大多通過獨立的輔助車間控制網進行控制。由此造成了全廠多套控制系統并存、軟硬件復雜多樣的局面。在多個控制系統存在的情況下，各控制系統互相之間需要通過硬接線、通訊接口來實現數據交換，從而造成全廠控制系統結構復雜、可靠性低、系統集成度低、維護和操作困難等種種問題。

為了避免上述問題，需要在建設之初就對全廠的控制系統進行優化設計。

1 全廠控制系統優化方案

1.1 全廠控制系統一體化

以往電廠控制系統中，輔助車間多采用PLC進行控制，形成獨立的輔助車間控制網，與機組DCS之間的信息共享性差。

隨著分散控制系統(DCS)價格的降低，以及環境適應能力的提高，輔助車間應用DCS進行控制的案例已經越來越多，例如北侖港電廠2×1000MW機組、國華寧海電廠4×600MW機組、內蒙古達旗電廠2×600MW機組、廣東梅縣荷樹園寶麗華二期2×300MW機組(CFB)以及越南冒溪電廠等，都是全廠采用DCS進行控制。

輔助車間采用DCS一體化控制，面臨的主要問題是實施過程中的配合及進度控制。一方面，DCS廠家以往大多沒有輔助車間系統設計的經驗，在組態方面可能會有不足，另一方面，由于各輔助車間投運的時間不同，對于DCS系統的采購及供貨也會造成一定的影響。

燃機電廠較普通燃煤電廠在這方面更加有優勢。燃機電廠輔助車間較常規燃煤機組少很多，沒有常規電廠的輸煤系統、除灰系統以及除渣系統等，主要的輔助車間為水系統各個車間，相關的配合工作較常規燃煤電廠少很多，這使得燃機電廠輔助車間控制系統實現與DCS一體化更加方便可行。

采用全廠DCS一體化控制系統，不僅可實現硬件的統一，減少備品備件及維護工作量，而且為實現全廠管控一體化提供了可能性。

1.2 主網輔網一體化

以往電廠控制系統設計一般按照主廠房和輔助車間控制系統相互獨立考慮，一方面是為了系統的網絡結構更加清晰，另一方面也是為了減少相互之間的干擾，避免出現誤操作的情況。

隨著技術的發展，DCS的規模以及網絡結構都得到了優化。目前大多數DCS的網絡結構都是可以平行連接的。主廠房控制系統網絡和輔助車間控制網絡可以連接成一個大的全廠控制網絡，實現信息的共享，相互之間可以通過軟件閉鎖避免誤操作。

2 優化后控制系統的特點及發展方向

2.1 優化后控制系統的特點

根據以往工程的實施經驗，優化后的控制系統具有以下優點：

(1) 減少了硬接線和通訊接口，簡化了系統結構，為提高了全廠自動化程度奠定了基礎。

例如機組自啟停功能的實施過程中，由于很多邏輯和相關信號在調試期間才能最終確定，而此時控制系統硬件和電纜均已安裝完畢，要增加硬接線信號非常困難。采用一體化的控制系統后，信息高度共享，這類問題就可以得到很好的解決。

(2) 軟硬件的統一

全廠控制系統一體化的實現，使得全廠的軟硬件都可以統一，減少了備品備件種類。采用通用的配置工具和診斷工具，可以簡化對運行、維護人員的培訓。各類操作員站、工程師站、歷史站等，也可避免重復配置，降低了電廠建設投資。

(3) 提高自動化水平，減員增效

通用操作員站畫面整合了全廠設備信息，信息量豐富，在邏輯自動化程度較高的情況下，通過1個操作員即可監控整臺機組，可大大減少機組運行人員的數量。

西班牙巴塞羅那某燃機電廠全廠定員只有不到40人，正常情況兩臺機組集控室內僅2人～3人負責完成全廠設備的監控，自動化水平很高，得益于該廠全廠控制系統的一體化。

(4) 集中報警

全廠報警信息和SOE 信息均可以集中顯示，所有控制設備的時間標簽一致，在出現事故時，可以迅速準確地調用報警和SOE 數據進行事故分析。

2.2 一體化控制系統發展方向

由于現階段，燃氣輪機均為進口設備，其控制系統也由主機廠配套提供。而全廠的其他設備的控制系統則由業主招標采購，很難保證機組控制系統與燃機控制系統采用同樣的硬件。在目前這種情況下最好能采取由燃機控制系統廠家或機島供貨商統一提供全廠的控制系統的操作方式。這種操作方式也會帶來一些新的問題，比如燃機控制系統廠家對全廠其他系統不了解，在工程建設的各個階段會存在大量的配合和協調工作，由此可能對工程的進度和質量造成一定的影響。

燃機本體控制系統的情況與汽機DEH的情況有些類似，以往DEH也是汽機廠供的專用系統，比較難與DCS形成一體化。但是近幾年，隨著DCS硬件的完善以及汽機廠對DEH控制系統的深入了解，目前國內三大主機廠的DEH基本都能做到和DCS采用同樣的硬件，形成一體化的控制系統。

期望在不久的將來，隨著我國對引進的燃機技術的消化以及DCS系統的完善，可以實現燃機控制系統與機組DCS的一體化。

3 實施過程中應注意的問題

采用一體化設計時，輔助車間DCS一般與主廠房DCS一起打包采購，由于部分輔助車間例如鍋爐補給水處理車間一般先于主廠房投產，因此DCS的招標時間較常規設計需要提前。在這種情況下，會存在一定的風險，在招標時應預估足夠的IO點數量，同時在簽訂DCS技術協議時應協商好在實施過程中產生硬件變化情況下的解決辦法。

此外，由于DCS廠家對于輔助車間系統的工藝流程不太了解，在組態及調試過程中需要輔助車間工藝設備供貨商提供一定的協助和配合，因此在輔助車間設備招標時應寫清楚相關要求，避免現場出現問題影響工程進度和質量。

4 某聯合循環機組控制系統結構

廣東省某2×390MW燃氣蒸汽聯合循環機組燃機為GE公司9FA級燃機，燃機控制系統采用GE公司MARK VIe控制系統，除燃機以外的全廠系統及設備采用DCS一體化控制系統進行控制。

全廠各輔助車間，包括原水預處理、鍋爐補給水、廢水處理、天然氣調壓站、空調系統等全部采用DCS進行控制。

單元機組控制系統與兩機公用系統以及輔助車間控制系統全部采用DCS，相互連接組成一個大的全廠控制網，各系統之間設置軟件閉鎖，避免出現誤操作的可能。

由于所有系統掛接在全廠控制系統網絡上，提高了各系統之間的信息共享性，而且也方便以后電廠擴建時進行系統的擴展。

該工程DCS已經通過招標進行采購，比較遺憾，無法與燃機控制系統實現一體化。目前暫定通過OPC接口與機組DCS進行通訊。

5 結語

燃氣蒸汽聯合循環電廠控制系統優化設計方案在技術上是可行的，但在實施過程中要精心設計，工程建設各方要全力配合，才能真正得到順利實施。

全廠控制系統優化對于節省投資、提高全廠自動化水平、減少檢修維護工作量等都非常有利。

控制系統的優化是一項復雜而細致的工作，也是儀表與控制專業的關鍵技術之一。控制系統的好壞直接決定機組的控制水平，影響機組的運行效果。隨著越來越多的燃機項目的獲批，新一輪的建設高峰已經來臨，在燃機電廠的設計階段，就要勇于創新，對全廠控制系統進行充分的優化，以期最大程度的提高自動化水平，同時降低電廠建設投資，節約運行維護成本，減少檢修工作量。

[1]周小力．燃機控制系統優化與改進 [J]．燃氣輪機技術，2008，(2)．

[2]管志龍，范小江．重型燃氣輪機聯合循環電廠全廠一體化控制應用[J]．燃氣輪機技術，2011，(1)．