火電廠輔助車間控制方案分析

殷淑霞 馬玉敏

1.華電招標(biāo)公司 北京 100031；2.國核電力規(guī)劃設(shè)計研究院 北京 100094

0 引言

電力企業(yè)的改革，促使電廠不斷改進(jìn)運(yùn)行管理模式，提高運(yùn)行、維護(hù)和管理水平，以達(dá)到減人增效，降低運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用的目的。電廠輔助車間種類多而且布置分散，優(yōu)化輔助車間的控制方式和控制系統(tǒng)選型，優(yōu)化運(yùn)行監(jiān)控點(diǎn)成為新建電廠或電廠改造必須面臨的問題。目前，電廠大都采用基于少量就地集中監(jiān)控點(diǎn)（水點(diǎn)、燃料點(diǎn)和灰或脫硫點(diǎn)）的輔助車間集中監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全廠輔助車間的集中監(jiān)控?？刂葡到y(tǒng)主要采用PLC+上位機(jī)、國產(chǎn)DCS（Distributed Control System）或與單元機(jī)組一致的進(jìn)口DCS。

隨著現(xiàn)場總線技術(shù)在國內(nèi)、外電廠的不斷應(yīng)用，國內(nèi)有些電廠在部分輔助車間（如鍋爐補(bǔ)給水等）采用了現(xiàn)場總線技術(shù)。現(xiàn)場總線技術(shù)所具有的數(shù)字化、雙向通訊的特點(diǎn)，為電廠實(shí)現(xiàn)輔助車間的全數(shù)字化控制創(chuàng)造了條件。

1 火電廠主要的輔助車間

1.1 屬于單元機(jī)組的輔助車間主要包括：鍋爐吹灰系統(tǒng)、除渣系統(tǒng)、直接（間接）空冷系統(tǒng)、循環(huán)水泵房（濕冷機(jī)組）、電除塵系統(tǒng)、旁路系統(tǒng)等。

1.2 屬于兩臺單元機(jī)組公用的輔助車間主要包括：主廠房空調(diào)系統(tǒng)、空壓機(jī)系統(tǒng)、脫硝的液氨制備系統(tǒng)、凝結(jié)水精處理系統(tǒng)、化學(xué)加藥取樣系統(tǒng)、除灰系統(tǒng)、輔機(jī)循環(huán)水泵房（空冷機(jī)組）、脫硫系統(tǒng)、脫硝系統(tǒng)、循環(huán)水加藥處理系統(tǒng)等。

1.3 屬于全廠公用的輔助車間主要包括：輸煤系統(tǒng)、燃油泵房系統(tǒng)、鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)、工業(yè)廢水處理系統(tǒng)、生活污水處理系統(tǒng)、制氫站、啟動鍋爐房等。

2 輔助車間控制方式及控制系統(tǒng)選型

2.1 輔助車間控制方式

電廠的運(yùn)行管理模式?jīng)Q定輔助車間的控制方式。目前，火電廠的輔助車間多是在水、燃料和灰（或脫硫）三個監(jiān)控點(diǎn)的基礎(chǔ)上，建立輔助車間集中監(jiān)控系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)各輔助車間和輔助系統(tǒng)在集中控制室的集中監(jiān)控，就地?zé)o人值班。

各控制系統(tǒng)的控制機(jī)柜布置在就地電子設(shè)備間或主設(shè)備附近?？刂葡到y(tǒng)通過通訊接口與相應(yīng)的監(jiān)控點(diǎn)通訊，再通過監(jiān)控點(diǎn)或直接與輔助車間集中監(jiān)控系統(tǒng)通訊，由輔助車間集中監(jiān)控系統(tǒng)的操作員站完成對其工藝系統(tǒng)的程序啟/停、中斷控制及單個設(shè)備的操作。在就地設(shè)置便于運(yùn)行、檢修、巡視時事故處理和調(diào)試時使用的監(jiān)控設(shè)備。

2.2 輔助車間控制系統(tǒng)選型

目前，國內(nèi)火電廠主要輔助車間控制系統(tǒng)的選型如下：

2.2.1 直接（間接）空冷系統(tǒng)、循環(huán)水泵房（濕冷機(jī)組）、輔機(jī)循環(huán)水泵房（空冷機(jī)組）和脫硝系統(tǒng)直接納入單元機(jī)組DCS。

2.2.2 鍋爐吹灰系統(tǒng)和旁路系統(tǒng)與單元機(jī)組的關(guān)系比較密切，可以直接納入單元機(jī)組DCS，也可以采用PLC系統(tǒng)，通過通訊接口與DCS通訊。

2.2.3 除渣系統(tǒng)和空壓機(jī)系統(tǒng)直接納入兩臺機(jī)組公用系統(tǒng)的DCS，也可采用PLC（或DCS）進(jìn)行控制，納入灰點(diǎn)或脫硫點(diǎn)，最終納入輔助車間集中監(jiān)控系統(tǒng)。

2.2.4 主廠房空調(diào)系統(tǒng)、凝結(jié)水精處理系統(tǒng)和化學(xué)加藥取樣系統(tǒng)采用PLC（或DCS）系統(tǒng)，直接納入輔助車間集中監(jiān)控系統(tǒng)。也可以將主廠房空調(diào)系統(tǒng)和化學(xué)加藥取樣系統(tǒng)納入兩臺機(jī)公用系統(tǒng)的DCS。

2.2.5 除灰系統(tǒng)和電除塵系統(tǒng)采用PLC（或DCS）進(jìn)行控制，納入灰或脫硫點(diǎn)，最終納入輔助車間集中監(jiān)控系統(tǒng)。

2.2.6 輸煤系統(tǒng)和燃油泵房系統(tǒng)采用PLC（或DCS）進(jìn)行控制，納入煤點(diǎn)，最終納入輔助車間集中監(jiān)控系統(tǒng)。燃油泵房可采用兩臺機(jī)公用系統(tǒng)DCS的遠(yuǎn)程站進(jìn)行監(jiān)控，但如果燃油泵房為全廠（兩臺機(jī)組以上），則不宜采用此方式。

2.2.7 鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)、工業(yè)廢水處理系統(tǒng)、生活污水處理系統(tǒng)、制氫站、脫硝的液氨制備系統(tǒng)和循環(huán)水加藥處理系統(tǒng)采用PLC（或DCS）進(jìn)行控制，納入水點(diǎn)，最終納入輔助車間集中監(jiān)控系統(tǒng)。

2.2.8 脫硫系統(tǒng)

（1）如果脫硫系統(tǒng)由單元機(jī)組運(yùn)行人員進(jìn)行監(jiān)控，則脫硫系統(tǒng)的控制納入機(jī)組DCS。

（2）如果脫硫系統(tǒng)由輔助車間運(yùn)行人員進(jìn)行監(jiān)控，可以將脫硫系統(tǒng)的煙氣系統(tǒng)直接納入單元機(jī)組DCS，而其余系統(tǒng)采用PLC（或DCS）進(jìn)行控制，納入灰或脫硫點(diǎn)，最終納入輔助車間集中監(jiān)控系統(tǒng)。

2.2.9 啟動鍋爐房一般采用PLC系統(tǒng)，就地控制。

3 輔助車間控制系統(tǒng)的應(yīng)用業(yè)績和關(guān)鍵問題

3.1 PLC+上位機(jī)組成的控制系統(tǒng)

3.1.1 應(yīng)用業(yè)績

目前，絕大多數(shù)火電廠（如托克托電廠、王灘電廠和寧夏大壩電廠等）的輔助車間采用PLC+上位機(jī)組成的控制系統(tǒng)，在此不一一列舉。

3.1.2 關(guān)鍵問題

3.1.2.1 監(jiān)控軟件是實(shí)現(xiàn)全廠輔助車間聯(lián)網(wǎng)控制的核心，所有子系統(tǒng)、就地集中監(jiān)控點(diǎn)和輔助車間集中監(jiān)控系統(tǒng)的上位機(jī)監(jiān)控軟件必須選擇高性能可靠的統(tǒng)一產(chǎn)品（如IFIX或INTOUCH等）。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及通訊協(xié)議的選擇是實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵問題，是網(wǎng)絡(luò)實(shí)時性、可靠性的保證。

3.1.2.2 由于控制系統(tǒng)招標(biāo)問題，輔助車間的控制系統(tǒng)通常由多個集成商合作完成，監(jiān)控軟件的選型、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和通訊接口的設(shè)計、數(shù)據(jù)庫和人-機(jī)接口設(shè)計風(fēng)格很難統(tǒng)一。

3.1.2.3 解決問題的關(guān)鍵是在輔助車間的控制系統(tǒng)招標(biāo)前確定上位機(jī)監(jiān)控軟件的選型以及規(guī)定好網(wǎng)絡(luò)的通訊協(xié)議。最好采用控制系統(tǒng)全部或部分集中的招標(biāo)方式。

3.2 采用分散控制系統(tǒng)（DCS）

3.2.1 進(jìn)口DCS

3.2.1.1 進(jìn)口DCS的應(yīng)用業(yè)績

目前，國內(nèi)主要是在中電投平頂山第二發(fā)電廠和華電萊州電廠一期工程中部分輔助車間采用E-merson公司的Ovation系統(tǒng)。

3.2.1.2 關(guān)鍵問題

由于輔助車間工藝系統(tǒng)物理位置分散，而進(jìn)口DCS的控制器功能越來越強(qiáng)大，如果按各獨(dú)立的輔助車間分配獨(dú)立的控制器，很難實(shí)現(xiàn)資源的合理利用，所以，在采用進(jìn)口DCS實(shí)現(xiàn)輔助車間的控制時，通常是一對DCS控制器，控制幾個輔助車間，以實(shí)現(xiàn)資源的合理利用。但缺點(diǎn)是各輔助車間不能實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制。

3.2.2 國產(chǎn)DCS

3.2.2.1 國產(chǎn)DCS的應(yīng)用業(yè)績

目前，采用國產(chǎn)DCS實(shí)現(xiàn)輔助車間的控制已經(jīng)很普遍，在此不一一列舉。國產(chǎn)DCS的供貨商也很多，主要為北京國電智深控制技術(shù)有限公司、和利時自動化有限公司和南京科遠(yuǎn)自動化集團(tuán)股份有限公司等。

3.2.2.2 關(guān)鍵問題

（1）輔助車間工藝系統(tǒng)物理位置分散，采用國產(chǎn)DCS，可以按各獨(dú)立的輔助車間或輔助系統(tǒng)分配獨(dú)立的控制器，以實(shí)現(xiàn)資源的合理利用。

（2）由于制氫站、電除塵、生活污水處理系統(tǒng)等的控制系統(tǒng)一般采用PLC系統(tǒng)隨主設(shè)備供貨，改為由DCS控制，有一定的難度，目前，國內(nèi)在采用國產(chǎn)DCS實(shí)現(xiàn)輔助車間的控制時，這些系統(tǒng)仍然采用PLC系統(tǒng)進(jìn)行控制，通過通訊或硬接線方式與國產(chǎn)DCS系統(tǒng)連接。

3.3 基于DCS或PLC的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)

3.3.1 基于DCS的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的應(yīng)用業(yè)績

目前，基于DCS的輔助車間現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)主要有：中電投平頂山第二發(fā)電廠和華電萊州電廠一期工程。

3.3.2 基于PLC的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的應(yīng)用業(yè)績

目前，基于PLC的輔助車間現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)主要有：華能玉環(huán)電廠的鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)和工業(yè)廢水處理系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，華能金陵電廠的鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)、三河電廠二期工程的熱網(wǎng)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)等，均采用了現(xiàn)場總線技術(shù)并已投產(chǎn)。

3.3.3 關(guān)鍵問題

（1）現(xiàn)場總線的核心是總線協(xié)議，是實(shí)現(xiàn)開放和互操作的必要條件。

目前，國內(nèi)、外應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)的主流進(jìn)口DCS（如Siemens（西門子）公司的TXP-3000（SPPAT3000）、Foxboro公司的I/A系列、Emerson （艾默生）公司的OVATION系統(tǒng)和ABB公司的Symphony系統(tǒng)），遵循不同的現(xiàn)場總線協(xié)議。

目前，國內(nèi)、外應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)的主流PLC（如西門子的PLC、西安熱工院的FCS165和AB的PLC），遵循不同的現(xiàn)場總線協(xié)議。

（2）現(xiàn)場總線的基礎(chǔ)是智能現(xiàn)場設(shè)備，是現(xiàn)場總線的硬件支持，雙向數(shù)字通迅的基礎(chǔ)載體。 目前，國內(nèi)智能變送器、進(jìn)口智能分析儀表、進(jìn)口電（氣）動執(zhí)行機(jī)構(gòu)、進(jìn)口閥島以及用于MCC控制和保護(hù)的進(jìn)口Simocode等都支持現(xiàn)場總線協(xié)議。隨主設(shè)備供貨的電機(jī)繞組和軸承的溫度測量元件以及過程開關(guān)、國產(chǎn)電、氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)均不支持現(xiàn)場總線技術(shù)，可以通過傳統(tǒng)硬接線方式接入控制系統(tǒng)。由此可見，在火電廠輔助車間大規(guī)模采用現(xiàn)場總線技術(shù)意味著大量地采用進(jìn)口智能現(xiàn)場設(shè)備，為降低初投資，應(yīng)根據(jù)輔助車間的特點(diǎn)，合理地確定現(xiàn)場總線的應(yīng)用范圍。

（3）在現(xiàn)場總線系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、組態(tài)、調(diào)試等方面的經(jīng)驗不足。

3.3.4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

采用現(xiàn)場總線后，對投資費(fèi)用的影響主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

3.3.4.1 DCS和PLC系統(tǒng)

采用現(xiàn)場總線后，DCS和PLC的I/O卡件減少了，但增加了智能現(xiàn)場設(shè)備的管理軟件、現(xiàn)場總線電纜、現(xiàn)場總線連接器、現(xiàn)場總線就地接線箱以及現(xiàn)場總線供電模塊（包括電源調(diào)整器）、現(xiàn)場總線通訊模塊等構(gòu)成現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)所必需的設(shè)備和材料。經(jīng)調(diào)研，綜合考慮這些因素，采用現(xiàn)場總線，DCS的設(shè)備費(fèi)比全部采用傳統(tǒng)DCS將有所增加，PLC的設(shè)備費(fèi)與全部采用傳統(tǒng)PLC基本持平。

3.3.4.2 智能現(xiàn)場設(shè)備

采用現(xiàn)場總線后，智能現(xiàn)場設(shè)備增加的費(fèi)用主要包括智能變送器、智能分析儀表、智能型電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)、智能調(diào)節(jié)型氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和開關(guān)型氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)增加的滿足現(xiàn)場總線協(xié)議要求的智能接口的費(fèi)用，尤其是電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)由國產(chǎn)改為進(jìn)口而增加的費(fèi)用較高。

3.3.4.3 電纜和電纜托架

采用現(xiàn)場總線后，熱控電纜托架及其安裝附件和電纜量都將減少。

3.3.4.4 其它

如電子設(shè)備間面積將減小等引起的建筑、結(jié)構(gòu)材料的減少而降低的費(fèi)用。

4 結(jié)束語

由此可見，火電廠輔助車間的控制方式和控制系統(tǒng)的選擇是多樣的，應(yīng)根據(jù)電廠的運(yùn)行管理模式，選擇適合電廠自身特點(diǎn)的輔助車間的控制方案，以達(dá)到全廠管控一體化、減人增效，降低運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用的目的。

[1] 侯子良.推廣應(yīng)用現(xiàn)場總線系統(tǒng)，全面實(shí)現(xiàn)火電廠數(shù)字化

[J].中國電力，2004，（3）.

[2] 馬玉敏.現(xiàn)場總線技術(shù)在火電廠的應(yīng)用探討[J].華電技術(shù)，2010，（5）.