某海外發電工程熱控設計綜述及風險分析與應對

殷利杰，甄 亞

（1.中國電建集團 河南省電力勘測設計院有限公司，鄭州 450001；2.鄭州職業技術學院，鄭州 450007）

本工程為津巴布韋旺吉電廠三期擴建工程，本期建設2 臺335MW 亞臨界燃煤發電機組。單元機組采用DCS 控制系統進行集中監控，輔助車間采用PLC 控制系統分散監控，并在單元控制室集中監視。

盡管本工程單機容量和系統過程參數都比較低，但是作為一個國際工程，且有國際某知名咨詢公司作為工程監理，所以在設計上與國內類似工程相比，還是有較多差異，需要面對一些風險與挑戰。

1 全廠自動化水平

1.1 電廠性質及運行要求

有關資料顯示，津巴布韋全國目前實際發電能力為120 萬千瓦[1]，本期工程（67 萬千瓦）建成后將在津巴布韋電網中承擔三分之一的發電量，其重要性不言而喻。

因此，本期工程機組帶基本負荷，并可以自動適應當地電網及系統對負荷的需求。其中，一個重要的設計原則就是要將機組的安全性、可靠性放在首要位置，兼顧先進性。因此，機組控制系統設計為采用常規的DCS 進行監控，未使用現場總線技術；輔助車間采用可靠性更高、耐用性更強的PLC 控制系統。

按照EPC 合同要求，機組應具備自動啟動和自動停機的功能，類似于國內APS 系統功能。自動化水平要求較高。

1.2 全廠控制系統結構設計

全廠自動化系統將按照分級的原則設置，第一層次是過程控制層，主要包括機組控制網絡和輔助車間集中控制網絡組成；第二層次是現場設備及元件層，由各類現場監測儀表、被控設備構成。

1.2.1 單元機組控制系統結構

單元機組控制系統采用DCS 系統。每臺機組按爐、機、電一體化配置機組DCS。兩臺機組公用系統設置DCS 公用系統控制網絡，通過通訊接口與每臺單元機組的控制系統相聯。

單元機組采用爐、機、電集中控制方式，實現爐、機、電全能值班運行模式。本期工程兩臺機組合設一個單元控制室（即主控室），并按照津巴布韋業主習慣，將DCS 電氣操作員站從單元控制室中移出，和升壓站SCADA 系統的操作員站合設一個控制室，業主習慣稱其為“集中控制室”。在集中控制室內，電氣操作員既可以完成對機組電氣系統的控制和監視，還能接受電網調度下達的負荷控制指令。

1.2.2 輔助車間控制系統結構

水處理系統、輸煤系統、除灰系統、布袋除塵器系統、暖通系統分區設各自的控制網絡，分別采用同一品牌和型號的可編程控制器（PLC）進行控制。在各輔助車間控制系統的基礎上構建輔控網，并在主控室設置3 臺輔網操作員站，僅對各輔助車間進行監視。

2 其他熱控系統設計

2.1 火災報警及消防聯動系統

火災自動報警系統采用集中火災自動報警控制方式。兩機一控的單元控制室是全廠的消防控制中心，其內布置火災自動報警及消防聯動控制盤。

火災報警系統將全廠劃分為7 個子系統，分別為主廠房區域、集控樓區域、除灰區域、脫硫區域、水處理區域、輸煤區域和其他附屬建筑。

按照EPC 合同要求，火災自動報警系統采用NFPA 標準。目前，不少海外工程在整體設計上都可以接受中國標準，唯獨火災報警系統普遍都要求采用NFPA 標準，這也是在做海外工程投標時應該特別關注的部分。

2.2 視頻監視系統（CCTV）

在電廠無人值守的車間、易燃易爆區域等重要位置設置監視點。全廠共設置了100 個監視點（攝像頭），總數量遠少于國內相同規模電廠的設置數量。這樣既有利于總承包方控制成本，也是與前述電廠設計總原則相一致，即側重于電廠安全、可靠運行，而非太多的先進性設施。

2.3 仿真系統

由于本期工程是津巴布韋首臺三十萬千瓦級機組，當地業主工程師并沒有此類大型機組的運行經驗。因此，一套專門針對本工程機組的、完整的、高精度的全范圍實時仿真系統對業主工程師來說尤為重要。

為保證仿真效果，本工程仿真系統采用了DCS 虛擬DPU 的方式進行仿真，對DCS 系統的操作員站、工程師站配置，控制邏輯和畫面組態等，進行一比一轉換，保證仿真系統與實際控制系統高度一致。

3 本工程風險分析及應對策略

3.1 EPC合同中的非常規要求

EPC 合同是雙方進行工程實施最基本的依據，因此要盡早對合同有一個詳盡的研讀，若有異議，需要拿出有力的依據或標準條款來說服業主，否則就會面對增加投資的風險。本工程EPC 合同中的一些風險點如下。

3.1.1 機組自啟停功能

機組自啟停功能是對機組整體的自動化水平的較高要求。它不僅要求控制系統要有一套完整、嚴密的控制邏輯，還要求整個工藝系統要按照自啟停的要求進行系統配置。比如，常規可以設置手動閥門的地方，在自啟停的系統中可能需要考慮配置電動閥門，以減少自啟停過程中不必要的斷點。這就要求從初步設計階段開始，設計院的各個專業要統籌考慮自啟停功能的要求，DCS 廠家要根據系統流程設計過程的聯鎖控制邏輯，機組調試單位要做好詳盡的調試計劃和步驟。調試的過程是尤為復雜的，也是風險較高的階段。在機組啟動或停止的整個系統流程中，只要有一個設備或參數不在允許的狀態或范圍，過程就會中斷。由于系統十分復雜，設備繁多，排查非正常狀態也較為困難，整體調試時間不容易控制。

3.1.2 鍋爐保護系統達到SIL3等級

本工程鍋爐保護系統要達到SIL3 等級。在IEC 61508中規定了安全完整性水平等級，SIL3 屬于較高級別的安全等級，它要求系統的每小時的危險失效概率在10-8～10-7之間[2]。這個安全要求不僅考察某個獨立的設備，還有整個控制回路，即從就地檢測儀表、信號傳輸電纜，到控制系統的輸入模件、控制器、輸出模件、信號輸出電纜，再到就地的執行機構，以及各設備的供電回路等。任何一個設備失效都會導致整個控制回路失效。因此，不但對設備本身的可靠性有更高的要求，通常還需要進行多重冗余配置，控制系統硬件需采用具有SIL3 安全等級認證的產品。這些在做概算和招標的時候都需要注意。

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，而后期業主又過度解讀的事項。在EPC 合同的電氣專業章節，要求“所有電纜應符合IEC 標準并應為鋼絲鎧裝型”，而儀表與控制章節的要求是“室外（outdoor）的控制與儀表（C&I）電纜應使用鎧裝型”。業主以電氣章節的要求為依據，強烈要求全廠的電纜都使用鋼絲鎧裝電纜。而中方則強調熱控電纜應使用熱控章節的要求，并列舉了數條關于熱控電纜無需鎧裝的理由。雙方經過多次當面會談和數次信函來往，但不能達成一致，最后只好先擱置爭議，信函沒有閉合。數月后，又重啟談判，中方仍然是列條文、舉實例、擺證據，據理力爭。最后終于說服了業主工程師，熱控電纜可不采用鋼絲鎧裝（包括室外）。事實證明，有些實在談不下來的事項，可以在時間允許的范圍內暫時擱置一段時間，業主方的思想也會有變化。

3.2 國際標準和中國標準的問題

本工程的定性為業主可以接受部分中國標準，但是重要的部分需要使用國際相關標準進行設計。對于熱控專業來講，系統保護、熱力系統測點的配置、就地設備安裝等可采用中國標準，但是電纜要求符合IEC 相關標準，火災報警系統需采用NFPA 標準。熱控儀表閥和儀表管的選型業主并沒有強調使用國際標準，但是國內的相關標準還是2004 年實施的版本，在材料和規格方面有些不能適應高參數的機組。因此，中方也參考了ASME 標準中的相關條文[3-8]。

另外需要注意的是，某些中國標準沒有英文版，或者英文版的翻譯并不能反映出中文條文的含義，這在向業主解釋和推行中國標準時造成了很多困難。國內相關部門和組織應引起重視，盡早發行高質量的英文版本，為中國向世界推行中國標準創造有利條件。

3.3 思維習慣的差異

業主工程師和業主監理工程師的思維方式和國內常規設計習慣有一定的差異，需要中國工程師在堅持原則的同時，盡快適應業主的思維習慣。例如，控制系統的設計中，“拒動”和“誤動”是一對不可調和的矛盾，只能根據設計和運行經驗進行取舍和平衡。按照國內的經驗，控制回路的設置一般都采用常開觸點，這樣可以減少設備的誤動作。而業主則將安全看得至為重要，甚至在一些常規的回路中也要采用常閉觸點，這樣很小的一個線路故障都會引起設備跳閘，造成不必要的經濟損失。

再比如，國內都是兩臺機組設置一個“兩機一控”的集中控制室，機、爐、電各專業運行人員都集中在一個控制室內，方便溝通與協調。而當地業主則習慣將全廠所有機組的電氣操作員站單獨集中到一個獨立于機組控制室的房間，稱之為“集中控制室”，而各機組的控制室稱為“就地控制室”，這其實是當地電網調度的制度所決定的。當地的電網調度向各電廠下達負荷指令是以電話的方式傳達，所以電氣運行人員需要在更為安靜的獨立房間內工作。

4 結論

中國國內工程建設，從立項、設計到安裝、調試、運維，都有一套完備的制度和成熟的經驗。各單位默契配合大大提升了工程實施的效率，但是過于強調效率也使中方的設計深度不能達到國際水準，在面對嚴苛的國際標準和出圖深度時略顯吃力。即使是日常文控方面，國內工程公司普遍都存在較大的提升空間。因此，本文根據筆者作為設計方的親身經歷和體會，分析了本工程存在的挑戰和風險，并給出了解決方案，以期為其他工程提供參考。