增城9H燃氣—蒸汽聯合循環機組控制網絡設計

錢澄浩，李昆侖，王 忠，鄭 強，謝立國

(1. 中國電力工程顧問集團西南電力設計院有限公司，四川 成都 610021；2. 華電福新廣州能源有限公司，廣東 廣州 511300)

0 引言

燃氣—蒸汽聯合循環機組具有熱效率高、三廢排放少、啟?？焖俚葍烖c，近年來盡管電力需求疲軟，但我國的燃氣電廠裝機容量和發電量卻反而出現大幅增長。為適應電網調峰的需要，F級燃氣輪機作為目前國際上最成熟的燃氣輪機機型，在我國已經得到了廣泛的應用，但隨著重型燃氣輪機技術的不斷發展，容量更大、效率更高、技術更先進的9H級燃氣輪機逐漸嶄露頭角[1-2]，并在華電廣州增城燃氣冷熱電三聯供工程(以下簡稱“增城工程”)中進行了首次運用。基于增城工程，針對9H燃氣—蒸汽聯合循環機組控制網絡設計進行研究將為我國后續工程提供技術支持和儲備。

增城工程采用2臺SGT5－8000 H重型燃氣輪機，配套2臺SST5－5000汽輪機，組成兩套“一拖一”多軸燃氣蒸汽聯合循環機組，即1臺燃氣輪發電機組配1臺余熱鍋爐，1臺余熱鍋爐供汽給1臺抽凝式蒸汽輪發電機組，單套聯合循環的裝機容量約為650 MW，同步建設煙氣脫硝裝置，不設旁路煙囪。

1 控制方式設計方案

1.1 控制自動化水平

增城工程具有較高的自動化水平，能在少量巡回檢查人員的配合下，在集控室內以機組操作員站、公用及輔助車間操作員站為中心，實現機組及輔助系統的啟動、正常運行的監視和調整(包括負荷調整)、事故報警及處理、正常停機或緊急停機。運行人員在控制室內通過分散控制系統(distributed control system，DCS)操作員站對機組及輔助車間的監視控制能夠達到：

1)在極少量就地巡視人員的配合下，在集中控制室實現機組的全工況、全范圍的自啟停控制；

2)以DCS操作員站為監視控制中心，在集中控制室實現電廠系統正常運行工況的控制、監視和調整及異常工況和事故工況的處理；

3)完善的模擬量控制系統及順序控制系統設計，實現聯合循環協調控制和自動啟/?？刂?APS)，高度自動化、智能化盡可能降低人工操作量，提高運行安全性；

4)綜合機組、輔助車間有關的實時信息，為機組、輔助系統的運行提供基于優化計算和分析的數據，實現生產過程的實時、高效的優化控制和管理。

1.2 機組控制方案

增城工程采用集中控制方式，兩臺燃氣－蒸汽聯合循環機組及全廠輔助車間(系統)、電氣系統合用一個集中控制室，實現在一個集中控制室中對本工程兩臺燃氣輪發電機組、蒸汽輪發電機組、余熱鍋爐及熱力系統，全廠輔助車間(系統)及電氣系統的集中監視和操作，實現兩機一控。運行人員在集中控制室內能實現機組正常運行工況的監視、調整及機組異常工況的緊急處理或停機，在少量就地人員巡回檢測和少量操作的配合下，完成機組的啟動和正常停機。

控制系統采用DCS進行監控。聯合循環DCS控制系統和燃氣輪發電機組、蒸汽輪發電機組控制系統之間采用少量的硬接線連接。

在聯合循環操作臺上，布置必要的獨立于聯合循環DCS和燃氣輪發電機組控制系統的硬手操設備，以備在聯合循環DCS和燃氣輪發電機組控制系統發生全局性或重大故障時，確保機組、設備的緊急安全停運。

1.3 輔助系統控制方案

公用系統如化學加藥、天然氣調壓站、儀/雜用空壓站、供熱網、循環水泵房、廠用電公用系統等納入機組公用/輔控DCS網絡監控。

輔助車間系統如鍋爐補給水處理、凝結水精處理、循環水處理系統、區域制冷站、補給水系統、廠內凈水站、脫硝還原劑制備系統等也納入機組公用/輔控DCS網絡集中監控。

鍋爐補給水處理系統采用機組公用/輔控DCS網絡的遠程站實現在集中控制室的集中監控，鍋爐補給水處理系統DCS機柜布置在鍋爐補給水控制裝置室，并就地設1臺調試站。

制冷站采用機組公用/輔控DCS網絡的遠程站實現在集中控制室的集中監控，制冷站系統DCS機柜布置在制冷站控制裝置室，并就地設1臺調試站。

取水泵房控制裝置室內設置DCS遠程I/O站，完成補給水系統的監控。DCS遠程I/O站通過冗余光纖接至機組公用/輔控DCS網絡，就地不設操作員站，僅設置調試站接口，在調試階段采用便攜式電腦完成系統調試工作。

1.4 全廠自動化系統網絡圖

增城項目全廠自動化系統網絡配置圖如圖1所示。

圖1 全廠自動化系統網絡配置示意圖

2 控制系統配置方案

2.1 人機接口站配置

增城項目DCS和燃機汽機控制系統(turbine control system，TCS)人機接口站配置情況詳見表1。

表1 增城項目DCS和TCS控制系統人機接口

2.2 控制系統I/O點

增城項目DCS控制系統I/O點統計情況詳見表2。

表2 增城DCS項目控制系統I/O數量

2.3 控制器及機柜配置

1)機組公用及輔助系統(車間)控制系統控制器及機柜配置機組公用及輔助系統(車間)控制系統配置15對控制器，其中天然氣調壓站、燃氣鍋爐控制系統采用與機組公用及輔助系統(車間)控制系統相同的軟硬件，隨主設備供貨商供貨。機組公用及輔助系統(車間)控制系統配置有15面控制柜、5面擴展柜，共20面機柜。

2)余熱鍋爐及其輔助系統控制系統控制器及機柜配置余熱鍋爐及其輔助系統控制系統每臺爐配置4對控制器，每臺爐配置有4面控制柜、2面擴展柜，共6面機柜。

3)汽機及輔助系統控制系統控制器及機柜配置汽機及輔助系統控制系統每臺機組配置7對控制器，每臺機組配置有7面控制柜、2面擴展柜，共9面機柜。

4)電氣系統控制系統控制器及機柜配置電氣系統每臺機組配置4對控制器，電氣公用配置2對控制器，每臺機組配置有4面控制柜、1面繼電器柜，共5面機柜；電氣公用配置有2面控制柜、1面繼電器柜，共3面機柜。

5)電源網絡柜配置

每臺機組在余熱鍋爐電子設備間、燃機汽機電子設備間分別配置1面電源網絡柜，在集控樓機組公用電子設備間內配置1面電源網絡柜，輔助車間根據總平面規劃共配置2面電源網絡柜。

增城項目全廠DCS控制器及機柜配置詳見表3。

表3 全廠DCS控制器及機柜配置表

2.4 操作臺硬手操按鈕設置

增城項目為保證在緊急情況下快速、安全停機。硬手操按鈕布置于操作員站的桌面上，并應便于操作，同時應帶有安全防護罩以防誤動。具體的按鈕的數量、接點要求詳見表4。

表4 硬手操按鈕配置表

2.5 主機TCS控制系統配置

增城項目主機TCS系統隨主機廠配供，燃機控制系統包括燃機及其相應輔機系統、汽機控制系統包括汽機及其相應輔機系統等的控制功能。燃機TCS控制和保護系統和汽機TCS控制和保護系統采用軟硬件一體化配置，本工程主機廠供的TCS控制系統詳細配置見表5：

表5 主機TCS控制系統配置

續表

2.6 TCS與DCS硬接線點

增城項目燃機—汽機的控制系統(TCS)與聯合循環控制系統(DCS)之間硬接線交互信號共計113點。硬接線信號主要包括主機調節聯鎖保護所需的各輸入信號、主機各工況狀態的反饋信號以及主機跳閘狀態的反饋信號。

3 結語

增城項目是國內首臺9H燃氣—蒸汽聯合循環機組，采用了效率更高、性能更為先進的燃機和汽機作為主機，在全廠控制系統的網絡設計上，本工程將主機廠供燃機、汽機控制系統與聯合循環機組DCS之間做到了連接貫通、整體協調，本文對增城項目控制網絡的詳細設計和配置方案進行了梳理和總結，將為我國今后更多9H級燃機機型的設計提供參考和借鑒。