淺談660MW等級火電廠輔網程控的設計與安裝

【摘要】隨著火電廠自動化要求的越來越高，許多火力發電廠進行了技術改造與革新。近年來，電廠生產人員更多關注三大主機的控制，運用了DCS分散式控制系統，形成并完善了成熟的控制策略與控制網絡。但對輔助系統，如輸煤系統、化水系統、飛灰除塵系統、啟動鍋爐系統、脫硫脫銷等系統還只處于單一控制層面，部分發電廠未能將以上輔助系統信號引入中央集控室或未能將其互聯，造成火電廠運行人員無法實時通覽全廠運行情況，對生產運行造成一定隱患與影響。為此，我借鑒國外電站工程的先進技術與實踐，淺析輔網控制系統的設計與安裝。

【關鍵詞】660MW；火電廠；輔網程控；設計與安裝

隨著火電廠自動化要求的越來越高，許多火力發電廠進行了技術改造與革新。近年來，電廠生產人員更多關注三大主機的自動控制，特別是運用了DCS分散式控制系統，形成并完善了成熟的控制策略與控制網絡。但對輔助系統，如輸煤系統、化水系統、飛灰除塵系統、啟動鍋爐系統、脫硫脫銷等系統還只處于單一控制層面，部分發電廠未能將以上輔助系統信號引入中央集控室或未能將其形成數據互聯，造成火電廠運行人員無法實時通覽全廠運行情況，對生產運行造成一定隱患與影響。為此，現代大型火電企業流行采用輔網程控技術來解決這一問題。

1.基本概念

輔網程控（BOP），即發電廠輔助車間網絡控制。該控制系統以PLC程序控制為基礎，以總線網絡架構為紐帶，以冗余、熱備技術為保障，實現火電廠輔助車間終端信號處理、遠程安全操作與監視的功能。輔網程控由數據服務器、網絡連接設備、電源柜、輔助車間PLC控制柜、網絡柜等部分組成總線型網絡。

2.輔網系統的設計要求

2.1 總體要求

以國外沿海某600MW等級火電廠為例，輔助車間控制采用全廠集中監控方式，即在集控室里的輔控操作員站上能完成對海水淡化系統、鍋爐補給水系統（包括生活水系統和服務水系統）、廢水處理系統（包括凈化站系統、廢水處理系統、含煤廢水處理系統以及其它綜合水系統等）、輸煤系統、制氫系統、啟動鍋爐房、集控樓暖通系統的監控。同時也設有以下幾個輔助監控點：水處理控制室、輸煤控制室、制氫站控制站、啟動鍋爐控制室。

2.2 設計必須滿足國際標準

如GB11920-98電站電氣部分集中控制裝置通用技術條件；GB4720-84低壓電器電控設備；JB616-84電力系統二次電路用屏（臺）通用技術條件；IEC144低壓開關和控制設備的外殼防護等級；ANSI488可編程儀器的數字接口；TCP/IP網絡通訊協議；IEEE802局域網標準等。除上述標準外，還應符合有關工業網絡的相關標準和規范。

2.3 網絡及I/O點容量要求

全廠輔助車間控制系統網絡應采用雙纜冗余星形拓撲業以太網。網絡系統應采取有效措施以防止各類計算機病毒的侵害和數據丟失。以一臺660MW超臨界火電廠為例，全廠輔控網絡設計I/O點容量應不小于8000點、標簽量點不小于15000。

2.4 輔網程控的硬件要求

所有設備應能在強電場、強磁場和振動環境中連續穩定運行，能在環境溫度-10℃ ～50℃，相對濕度10～95%（不結露）的環境中連續運行。PLC的CPU和遠程站的網絡采用雙網絡，距離大于150米的遠程站采用光纜，不接受同軸電纜。

2.5 操作員站及工程師站要求

上位監控機應采用先進可靠的主流工業PC產品，具有抗干擾、防輻射能力。輔控網絡應配備三臺獨立的監控上位機，作為操作員站，布置在集控室，配備1臺監控上位機作為工程師站，布置在工程師室。操作員站及工程師站具有多級安全管理功能，操作員站之間操作必須互相閉鎖。

操作員站運行監視應具有數據采集、畫面顯示、參數處理、越限報警、制表打印以及各系統PLC參數設置、設備監控、控制邏輯的修改、系統的調試等功能。

2.6 網絡設備要求

全廠輔助控制系統中的主干網絡建議采用全雙工交換式100M光纖工業控制用以太網，采用雙纜冗余網絡結構，至少留有一對備用芯，當網絡中某一段光纜線路出現故障時，網絡能夠自動重新配置并繼續通訊，其重構時間應小于500ms，同時在此過程中不能造成數據的丟失或數據的變化。

2.7 電源與接地要求

按照車間要求與區域布置應提供雙路交流230V±10%，50Hz±1Hz的單相電源。供電2路電源應能自動無擾切換。當故障時自動切換到另一路，并不應引起系統的誤動及數據丟失，切換時間小于8毫秒。

3.輔網系統的安裝

3.1 應用前的準備

為了設計一套安全、合格的輔網控制系統，首先應該對各個控制對象的特性與工藝流進行分析與了解，對工藝中需要注重的環節給予明確，對運行、維護工作的便捷給予考慮，明確網絡構架、數據處理要求、控制邏輯步序以及所需的軟、硬件數量，最終以工程人員給予安裝、調試完成。

3.2 系統安裝要求

3.2.1 PLC控制器選擇雙機熱備用，能控制系統設備的啟、停；現場信息采集與處理；同上位機監控系統通信。控制系統應對整個工藝系統進行集中監視、管理和自動程序控制，并在PLC內應設有必要的保護和閉鎖功能。就地控制應安裝有必要的聯鎖，遠方/就地切換在就地控制箱上完成?？刂七壿嬛袘峁┍匾拈]鎖手段。

3.2.2 I/O點分配：系統安裝時應根據實際工藝要求，選擇足夠數量的模塊設備，并適當給予10-15%的預留以備用。

3.2.3 安裝技術要求：控制系統采用可編程序控制器（PLC）進行順序控制，順控邏輯設計應符合工藝系統的控制要求。

3.2.4 服務器、上位監控系統安裝：操作系統應選擇穩定運行的系統，服務器、上位機安裝環境應確保散熱、干燥等標準要求。軟件控制系統功能可以實現包括模擬圖、棒狀圖、趨勢圖、操作畫面、報警畫面及操作指導等。工程人員應對各輔助系統控制網絡統一要求的方式進行數據定義、邏輯組態，將組態后的軟件集成到全廠輔助系統集中監控操作員站上。

3.2.5 網絡安裝：輔網控制系統應安裝冗余的100M光纖通訊接口及以太網通訊接口。當一條網絡線路通訊故障時，通過上層網應可自動切換至另一條線路，不應因此影響上層網絡對本系統的監控。為了防止網絡故障時本車間運行數據的丟失，當網絡故障時，控制器應設計冗余控制，通過一定容量的存儲技術，以實現數據應能被暫時存儲，待網絡通訊恢復正常后，這些數據應能自動被送往上層網絡。

3.2.6 電源安裝：系統需配置滿足控制系統以及聯網所需的各檔電源和UPS裝置。安裝時應考慮電源切換裝置。PLC機柜和遠程I/O柜應能同時接受兩路230VAC電源，并提供電源切換裝置，在一路電源故障時自動切換到另一路，并不應引起系統的誤動及數據丟失。另外，安裝時還應為上位機和每個PLC遠程站提供UPS裝置，并每個UPS裝置要求預留30%裕量。

3.2.7 控制盤、臺、柜的安裝：控制盤柜的外殼安裝防護等級，一般室內為IP52，室外為IP56。在盤柜的前后門安裝永久牢固的標牌；機柜有足夠的強度；保證不變形。機柜內的端子排布置在易于安裝接線的地方，即為離柜底300mm以上和柜頂150mm以下。

4.系統常見問題及維護

任何系統在投用時，由于對象所處環境、人為干預等影響造成系統容易出現若干問題。在輔網控制系統中一般容易出現系統故障、電源故障、軟件故障等不同問題，根據海外工程檢修實踐，列出幾種常見故障。

（1）控制器故障：當出現控制系統故障時，系統發出、接收指令將不能正常響應。出現這種故障，應首先到控制間去了解控制器的運行狀態，以指示燈為依據，根據指示燈的不同，確定故障原因，如通訊故障、接口錯誤、系統地址沖突、自檢錯誤等。

（2）信號干擾故障：由于輔網車間分布在廠區各個領域，生產對象為煤、灰、水、氫等工質，處理工藝較為簡單，處理環境較為惡劣，如煤場皮帶傳輸、灰倉料位、廢水處理、制氫干燥等。這些均會造成信號傳輸中斷或干擾。另外，在安裝機柜和敷設通訊電纜時，由于屏蔽、接地等安裝不當也易造成電纜之間的電磁干擾。

（3）網絡故障：由于輔網程控基于現場總線網絡，服務器與各個子站之間通過光纖連接，子站內部通過以太網連接，容易造成光纜通訊中斷或網絡通訊中斷，還會由于網絡地址設置、網絡結構設置不佳造成信號不能正常傳輸至服務器。

（4）遠程IO模塊、現場控制器模塊故障。遠程IO模塊主要完成各個子站以及與中央服務器之間的通訊，由于遠程IO受到控制器的錯誤指令與掃描大量校驗信號傳輸錯誤等影響，容易造成故障出現?，F場控制器模塊主要完成現場信號的發送與接收，如果因安裝不當、現場信號出現擾動以及柜內電源配置不當容易造成信號通道損壞、模塊燒毀的故障發生。

（5）服務器控制故障：服務器主要負責全網數據的接送，故此工程人員會在服務器設置全網標簽數據庫，目的在于集控室可從服務器中直接調寫數據以利用。但由于網內數據量較大，且某個子站如出現掉網，容易使服務器數據庫功能收到影響，一旦檢修不及時易使得服務器停止數據服務，造成運行人員不能在集控室觀察、操作遠方數據。

（6）解決方法：

①設計輔網程控系統之初，應該對控制對象、控制要求進行統一規劃。

②加強對控制柜的巡檢與日常維護。

③加強在機柜與就地儀表安裝時的測試，對安裝標準嚴格執行。

④對整個網絡的設計、余量、數據標簽的定義、網絡地址進行統一規劃、合理分配。

5.結束語

充分利用好輔網程控系統，可以使整個火電廠的自動化控制水平進一步覆蓋全廠，還可以利用MIS系統接口與其連接，使全廠控制情況能夠在各個重要部門體現，進而提高火電廠運行人員對全廠系統的掌控能力。

參考文獻

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