600MW火力發電廠控制室及電子間布置優化

張衛寶　楊國春　楊會敏　劉冰洲　王文占　和占強　沈慶東

摘要：為了節約工程投資，根據廠區布置、主廠房布置方式、控制方式，綜合考慮投資、運行、維護、環境、人文等各方面因素，優化集中控制室布置、優化電子設備間布置，確定本工程推薦方案，為電廠的運行維護提供了可靠保障，為電廠以后的經濟可靠運行創造了必要條件。

關鍵詞：分散控制系統（DCS）布置 電子設備間 集中控制室

1 前言

以往300MW及以上多臺機組的火電廠的控制模式多數采用兩機一控的模式，集中控制室多數布置在兩爐之間的集中控制樓，集控室附近布置電子設備間，機組所有相關電子機柜布置在電子設備間內。近年來，隨著技術發展和技術創新，集控樓和電子設備間的大小、位置，產生了新方案。為節約電纜，電子設備間大多采用物理分散，就近分散布置于靠近被控對象的地方，電子設備間大小、數量、位置各工程有所不同。如何綜合考慮工程投資、運行維護，合理地布置控制樓和電子設備間，減少工程投資，降低工程造價，提高電廠運行管理水平，是每個工程首先要考慮的問題。

2.工程概況

2.1廠址概述

2.1.1錫林浩特市概況

錫林浩特市東靠赤峰市、通遼市和興安盟;南望張家口、北京和承德地區;西連烏蘭察布市;北與蒙古人民共和國相鄰，現有人口17.7萬，是我國重要的能源、畜牧業生產基地。煤電及畜牧業是區內主體經濟。伴隨著改革開放不斷深入，區內經濟結構發生了重大變化，以畜牧業、煤炭、石油、電力、稀有及有色金屬、旅游業為經濟發展框架，形成了門類比較齊全、布局較為合理的具有地方特色的民族工業體系。

2.1.2勝利煤田概況

勝利煤田位于內蒙古自治區錫林郭勒盟錫林浩特市西北部的勝利蘇木境內，距錫林浩特市3km。整個煤田呈北東～南西條帶狀，走向長45km，平均寬7.6km，含煤面積342km2，地質儲量為22442Mt，其中精查儲量1941Mt，詳查儲量3546Mt，普查儲量16955Mt。

大唐東二礦位于劃定的勝利煤田大唐東二礦區，呈北東～南西走向不規則的四邊形。

地理坐標：

東經：116°06′41″～116°12′38″;

北緯：44°02′97″～44°07′05″。

2.1.3廠址地理位置

大唐錫林浩特電廠位于錫林浩特市大唐東二礦工業廣場規劃區內，西至市區約15km，東靠煤礦工業廣場排土場，北側為煤干燥項目，廠址東南約1.2km為307省道，距錫林浩特500kV塔拉變10km，距錫林浩特市污水處理廠14km。

2.1.4廠址地形地貌

廠址位于陰山北部高原。廠址區域為沖洪積平原區，場地的邊緣有侵蝕殘丘存在。廠址地勢呈東南高西北低，地形較平坦，地勢開闊，微起伏，本期工程廠區海拔標高為1015.5m～1027.5m（1956年黃海高程系統，下同），相對高差12.0m;規劃廠區海拔標高為1015.5m～1034.0m，相對高差18.5m。

廠址地表為草場覆蓋，廠址用地已經列為建設用地。

2.1.5交通運輸

鐵路運輸：大唐東二礦專用鐵路通過錫（錫林浩特）桑（桑根達來）線與集（集寧）通（通遼）鐵路相接，并以此與國家鐵路網相連，鐵路運輸較為便利。

公路運輸：公路以錫林浩特市為中心，西至賽漢塔拉有錫-賽公路（370km），南至張家口有錫-張公路（440km），東南至赤峰有錫-赤公路（499km），東北至霍林郭勒有錫-霍公路（450km），形成四通八達的公路交通網。電廠通過煤礦工業廣場外部道路與307省道（錫赤公路段）相連，并通過307省道可通往錫林浩特市。

2.2廠址氣象和地理條件

2.2.1概述

本工程設計階段水文氣象報告執行規范：《電力工程水文技術規程》（DL/T 5084-1998）。

2.2.2工程地質條件

從工程地質條件來看，地層條件簡單，無不良地質作用，處于低烈度區，地下水埋深較大。從地貌單元來看，場地位于傾斜沖洪積平原區，場地的邊緣有侵蝕殘丘存在，根據區域資料，場地曾受剝蝕作用影響，使得場地土的前期固結壓力大于現有土的自重應力，屬超固結土。從地層的沉積年代來看，除地表有第四系全新統沖洪積的粉土、砂類土層外，主要為第四系上更新統湖積砂類土和第三系上新統泥巖及砂礫巖等老地層。因此，整個廠址區巖土工程條件良好。

電廠主要建筑物基礎埋深為-5.00～-6.00m考慮，建筑物基礎將置于Ⅲ層中Ⅲ2粉細砂上，Ⅲ2密實粉細砂地基承載力特征值為300～350kPa，承載力較高，沉降量較小，因此該層可作為主要建筑物的天然地基持力層;Ⅳ層硬塑粘土層和Ⅴ層砂礫層是良好的下臥層。

2.2.3場地地震效應

地震基本烈度：根據《中國地震動參數區劃圖》（GB 18306-2001）和《建筑抗震設計規范》（GB500011-2001），場地地震動峰值加速度小于0.05g，地震動反應譜特征周期為0.35s，相當于地震基本烈度6度區，本工程按7度設防。

2.2.4區域水文條件

錫林河流域屬草原性河流，每年有春夏兩汛洪水，夏汛洪水一般發生在6～9月，由暴雨形成，由于該地區干旱少雨，且流域地形較緩，上游為天然草牧場，植被條件較好，因此夏汛洪水流量普遍不大。錫林河年平均流量0.61m3/s，年平均徑流量1920×104m3。一年中汛期主要有春汛和夏汛兩次，春汛主要由融雪融冰形成，夏汛主要由降雨形成。春汛最大洪峰流量為57.4m3/s，根據錫林浩特水文站實測資料統計，春汛最大洪峰流量57.4m3/s（1987年），水深一般在0.50～1.00m之間。最大七日洪量為1560萬m3（1987年）;夏汛最大洪峰流量為37.1m3/s（1992年），最大七日洪量為612萬m3（1998年）。洪水過程有單峰和多峰兩種類型，以多峰洪水居多，春汛洪水歷時15天左右，夏汛洪水歷時相對短一些。每年1、2月份為斷流期。本河段河水流量的多少取決于上游水庫的控制及區間降水量的大小。本工程的廠址位于錫林浩特水庫的下游河段，河道水源主要為水庫下泄水。

2.2.5氣象條件

錫林浩特地區屬中溫帶半干旱大陸性氣候。主要氣象特征是寒冷、風大、干旱，具有冬寒、夏炎、溫差大、無霜期短、凍土深、降雨量少、蒸發量大等特點。多年平均氣溫2.2℃，極端最高氣溫39.2℃，極端最低氣溫-42.4℃，多年平均降雨量286.1mm，多年平均蒸發量1805.1mm，多年平均氣壓901.6hPa。

50年一遇10m高10分鐘平均最大風速采用：V2%=28.0m/s。

全年主導風向：SW（西南風）。

累年最大積雪深度為27cm，發生于1991年03月27日。

據1953～2000年實測資料統計，本地區土壤最大凍結深度為289cm，發生于1970年02月28日。

多年最長結冰日數273天，出現在1979年08月28日至19800年5月26日，統計年限為1979年至2003年。

2.3項目簡介

本期工程安裝2×660MW超超臨界燃煤空冷汽輪發電機組，同步安裝SCR脫硝裝置。規劃容量按4×660MW燃煤機組考慮，并預留擴建條件。機組主機采用直接空冷、輔機間接空冷技術，并同步建設煙氣脫硫、脫硝設施。鍋爐、汽輪機和發電機均由東方電氣股份有限公司設計、制造和供貨。

3 方案比選

3.1 本工程集控樓布置方案

控制室的位置受主廠房的布置、工藝設備布置的條件限制，布置位置不同。考慮方便運行維護，一般控制室都布置于主廠房運轉層;也有布置于生產辦公樓的，通過棧橋與主廠房運轉層相連。布置于主廠房運轉層的位置典型的方案有布置于兩臺鍋爐中間的、布置于汽機房固定端的、布置于汽機房臨時端的、布置于汽機房A排外的。

以往電廠主廠房設計缺乏創新，大多采用四列式布置，即主廠房豎向依次布置汽機房、除氧間、煤倉間、鍋爐房。或采用三列式布置，將除氧間和煤倉間合一，設置除氧煤倉間。這種主廠房布置，由于汽機房、除氧煤倉間橫向跨度大，鍋爐房橫向跨度小，在兩臺鍋爐房之間至少要空出兩個汽機房柱距，一般不少于25米跨度，而且豎向上鍋爐房至除塵器距離也很大，一般不少于70米。因此為節約用地，大多在兩爐之間設置控制樓，集控樓內分層布置凝結水精處理再生設備間、化學加藥間、柴油機房、電氣配電間、化學取樣間、熱工配電間、熱控電子設備間、電氣繼電器室、集中控制室、空調機房、消防設備間、交接班室、更衣室等。集中控制室布置在集中控制樓運轉層前部靠近汽機房側，一般集控樓插入除氧煤倉間內，集中控制室位于兩臺機組中心部位，距離兩臺汽機和鍋爐距離近，方便檢修。

近年來，國內電廠設計勇于創新，不斷推陳出新，主廠房布置方案也多種多樣，如比較典型的側煤倉方式。采用側煤倉布置方案，主廠房一般采用大汽機房兩列式布置，煤倉間設置在兩爐之間，這樣就不能在兩爐之間設置集中控制樓了，這就需要重新考慮控制方式的選擇和集中控制室的位置。隨著計算機和網絡技術的發展，集控室的布置也多種多樣，有布置在主廠房固定端的，有布置在主廠房A排外的等等。

我們對幾種典型的控制室布置做了調查，見表3.1-1：

控制室的布置多種多樣，每種布置都各有優缺點，控制室的布置主要是根據廠區布置、主廠房布置方式、控制方式等因素，綜合考慮運行檢修需要確定的。考慮本工程建設條件及廠平面優化方案，本工程采用兩機一控控制方式，主廠房采用側煤倉兩列式布置方案，考慮A列外布置有電氣高壓設備且A列外噪音大。因此，本工程控制室布置選擇在固定端。

3.2 本工程電子設備間的設計優化方案

以往工程采用大集控樓方案，一般電子設備間都布置于集控室附近，主廠房內所有控制機柜都布置在電子設備間內。近年來，隨著技術的進步，為節省電纜和橋架，縮小集控樓體積和占地，節約工程投資，本工程采用電子設備間分散布置方案，就是在鍋爐房和汽輪房，分別設置電子設備間，用于分別布置鍋爐和汽機的控制機柜。

電子設備間的布置受主廠房的布置、工藝設備布置的條件限制，結合本工程實際，結合控制樓布置，本工程采用物理分散原則，在汽機和鍋爐分設電子設備間用于布置鍋爐和汽機的DCS機柜，以便節省電纜和橋架，節約工程造價。具體方案如下：

1）在集控樓6.9米中間層設置#1機組汽機電子設備間，布置#1機組汽機DCS機柜、SIS系統機柜、視頻監控系統（CCTV）機柜等。

2）在鍋爐房B-K0列，12-14軸之間布置#2汽機電子設備間用于布置#2汽機DCS機柜、汽輪機故障診斷系統（TDM）機柜等汽機相關控制機柜。

3）在兩臺鍋爐外側的K1-K3分別布置#1、#2鍋爐電子設備間，布置鍋爐DCS機柜、火焰檢測控制柜、飛灰含碳檢測機柜等兩臺鍋爐相關控制機柜。

3.3 電子設備間物理分散布置的經濟分析

采用物理分散后，在不增加DCS系統投資的情況下，降低了投資，具體反映如下：

采用物理分散后，由于DCS機柜靠近被控對象，節省了大量的電纜和電纜橋架。詳見表3.3.1-1。

2.此表僅就主廠房電纜和橋架進行分析。

通過對國內600MW機組集控室和電子設備間布置方案的調研結果，不采用物理分散的項目和采用物理分散的電子設備間的面積基本相當。

本工程由于電子設備間分散布置到了主廠房或各個輔助車間，再把其他專業的設備如電氣蓄電池、電氣配電柜等布置于主廠房，大大縮小了的控制樓，縮小后的集控樓體積只有原常規設計集控樓設計體積的四分之一到五分之一左右，以雙鴨山電廠三期工程（兩機一控）為例，控制樓體積約為36000m3，本工程控制樓體積約為9500m3，節省控制樓建筑體積約為26500m3，本項目所在地土建工程單位費按590元/ m3 計算，節省土建工程造價費用約（26500 m3X590元/ m3）/10000=1563.5萬元。

由于集控樓總體空間的減小，其空調、消防、照明等系統的規模也相應減小，也節省了部分投資。

采用物理分散后，不僅可以節省投資，而且由于減少了土建、熱控、暖通等專業安裝工程量，也就縮短了安裝工期，為機組早日投產創造了條件，提高了企業的經濟效益。

3.4 本工程集控室設備布置的設計優化

本階段集控室設備布置設計了兩個方案：推薦方案-固定端操作臺一字型布置、備選方案1-固定端操作臺弧型布置。

3.4.1 推薦方案-固定端操作臺一字型布置

3.4.1.2 控制方式：兩機一控。

3.4.1.3 控制樓位置

3.4.1.4 控制樓布置在汽機房固定端，縱向寬度30.0米，結構上軸線與本期汽機房脫開0.5米，在建筑上為獨立結構，以防止振動及噪音影響，改善運行環境。控制樓共分0米層、9.9米層、13.7米運轉層。

3.4.1.5 各層設備布置

a） 0米層：蓄電池室、配電間;

b） 9.9米層：熱工電子設備間、現場檢修實驗室、空調機組間;

c） 13.7運轉層：集中控制室、熱控工程師站、交接班室/會議室;

3.4.1.6 集中控制室主要布置設備

a） 運行人員操作站（包括DCS操作員站、NCS操作員站、閉路電視系統操作員站、電氣五防操作員站等）;

b） 電視裝飾墻;

c） 電視裝飾墻上布置20臺55“液晶顯示器用于顯示DCS運行畫面、火焰電視畫面、全廠工業電視畫面等;

d） 電視裝飾墻上還布置工業參數指示儀，用于顯示包括機組功率、頻率、時鐘等信息;

e） 值長站;

f） 消防盤。

3.4.1.7 優缺點

a） 控制樓占地省，電子設備間分散布置，控制樓體積小;

b） 控制樓布置于固定端方便施工組織;

c） 控制樓布置于固定端，便于建筑做景觀造型，提升電廠形象。

d） 操作臺一字型布置，占地小，空間利用效率高，控制室寬敞。

3.4.2 備選方案1-固定端操作臺弧型布置

3.4.2.1 控制方式：兩機一控。

3.4.2.2 控制樓位置：同推薦方案

3.4.2.3 各層設備布置：同推薦方案

3.4.2.4 優缺點

a） 控制樓占地省，電子設備間分散布置，控制樓體積小;

b） 控制樓布置于固定端方便施工組織;

c） 控制樓布置于固定端，便于建筑做景觀造型，提升電廠形象。

d） 操作臺弧形型布置，運行人員視角寬廣，方便運行監控。

3.4.3 兩個方案的技術經濟比較

兩個方案中推薦方案和備選方案1控制樓布置一樣，只是控制室布置略有不同，占地、和體積是一樣的，設計時同時考慮將固定端控制樓的柴油發電機房、消防鋼瓶間、公用電子設備間、汽水化驗站、藥品庫、取樣儀表間、高溫架間等布置于主廠房，可節省建筑體積約10400 m3 。

4結論與建議

通過上文論述分析，目前600MW等級及以下電廠采用DCS物理分散方案已被廣泛而成功地應用。實踐證明DCS實現物理分散布置是完全可行的，同時也可以使分散控制系統分散的特點得以更充分的體現，采用DCS物理分散不僅可以有效地減少電纜及橋架用量，減少施工工作量，節省投資，還可以縮短施工周期，取得顯著的經濟效益，可以在本工程設計中應用。控制室布置可根據精裝修綜合考慮，不影響造價。

參考文獻

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作者簡介：

和占強，（1989-），男，工程師，內蒙古大唐錫林浩特發電有限責任公司工程設備部熱控。