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2004年11月由我國設計制造的首臺60OMW超臨界機組在華能沁北電廠投入商業運行。2006年11月國內首臺1000MW超超臨界機組在華能玉環電廠投入商業運行。對自動化控制而言，從60OMW機組到10OOMW機組，盡管工藝流程沒有變化，但是控制對象的特性變得更加復雜。另外，由于機組容量的增加，對機組運行的安全性、可靠性指標及控制性能要求更高，而這種變化不同于30OMW亞臨界機組到600MW亞臨界機組的控制，其變化使得控制技術水平大幅度提升，從而引起機組全過程控制策略的多變性和復雜性。為此，本文以10OOMW機組為討論對象，提出了1000MW機組自動化設計方案，并對該方案進行探討。

一、全廠自動化規劃

根據全廠監控、信息共享、過程數據處理智能化、生產指導系統專家化要求，對全廠自動化進行規劃。將全廠監控分析系統規劃為由廠級監控信息系統（SIS）、DCS、電氣全廠網控系統（NCS）、全廠輔助車間監控網（簡稱輔網）以及脫硫分散控制系統（FGD-DCS）5部分組成，并與全廠管理信息系統（MIS）聯網，實現過程控制功能分散、信息集中管理、數據分類處理、生產指導信息的智能化和知識化。

二、機組自動化設計方案探討

2.1設計中面臨的新問題

（1）對自動化、信息化要求提高由于1000MW機組鍋爐控制特性的復雜性、汽輪機保安系統和調節系統技術性能指標的高要求、機組及輔助車間集中監控和全廠生產定員標準的提高，從而對機組和輔助車間自動化水平提出了更高的要求。

（2）單元機組監控范圍擴大10OOMW機組自動化和信息化水平的提高，必然導致機組DCS監控范圍的擴大。

（3）I/0點和通訊接口增多10OOMW機組監控范圍的擴大和控制對象的復雜化，使得系統的I/0點和通訊接口增加。1臺10OOMW機組的I/0點約（11000~12000）點左右，比600MW機組多（3000~4000）點左右。I/0點和網絡通訊接口的增加對DCS控制的性能提出了更高的要求。

（4）輔網I/0規模與監控范圍增大全廠集中監控要求廠內主要輔助車間取消就地值班員，只保留就地調試維護站和個別短期就地控制室（用于基建調試），使得全廠輔助車間監控網絡擴大，以滿足全廠集中控制的輔網替代傳統的水、煤、灰獨立監控網。全廠輔助車間控制由傳統的就地相對集中控制模式過渡到全廠集中控制，I/0點和網絡通訊接口的增加對用于輔助設備控制的PLC控制網絡系統的性能提出了更高的要求。采用通用監控軟件和集中數據庫管理，將PLC過程數據與人機接口上的監控庫信息進行二次轉換的模式，已經難于滿足大容量機組輔助車間的監控和數據分析及處理的要求，輔助設備控制系統采用一體化監控和分布式數據庫已成為輔助設備控制優化設計的發展趨勢。

（5）取源部件的選擇將成為設計難點由于10OOMW機組主、再熱蒸汽溫度超過600℃，特別是主蒸汽管道不但溫度超過60O℃，且其壓力也超過25MPa，因此使得溫度和壓力的取源部件與亞臨界參數機組相比有很大的不同。為消除測溫管座與熱偶套管在高溫狀態下較大的熱膨脹，同時考慮10OOMW機組超超臨界參數下金屬的強度和壽命要求，熱偶套管采用與管道母材同樣材質zui為適宜；一次門前的儀表取樣管也采用與管道母材同材質小口徑管件，其管件的采購、套管加工、現場焊接工藝的難度增大。隨著機組容量的增加和壓力、溫度參數的提高，對儀表閥特別是一次閥的配制方式、選廠選型也提出了更高的要求。

（6）機組控制技術難度加大與6OOMW超臨界機組相比，10OOMW機組鍋爐控制，如爐膛安全監控系統（FSSS）、給水、負荷、蒸汽溫度等控制難以掌握；汽輪機保安系統的典型設計變化也較大:考慮到控制的可靠性，主汽閥和調節汽閥關閉時間、特殊工況下的調節性能等多項技術要求，跳閘電磁閥從汽輪機頭緊急遮斷電磁閥擴展到每個調節閥上，跳閘電磁閥的冗余設計也從緊急遮斷電磁閥擴展到每個調節閥上；保護信號控制回路從原來的三取二冗余設計變為硬、軟件三取二再加繼電器三取二的組合式冗余設計；汽輪機自啟停系統（ATC）的核心控制策略（即應力計算程序）和計算模型全部由外方設計且對用戶未完全開放。

2.2全廠集中監控

全廠采用4機1控（即4臺機組公用1個集控室）及輔助車間集中監控的模式，集控樓宜布置在2號、3號機組之間。機組以DCS為監控核心，公用系統、輔助車間以PLC組成的輔助設備監控網絡為監控中心。完全實現全廠單元機組、網控、全廠輔助車間和公用系統的集中監控。可以考慮按5個監控區域布置，即每臺機組占1個監控區域，全廠公用系統（補給水、工業水、污水處理、制氫、燃油系統、全廠空調、脫硫、NCS等）占1個監控區域。采取4機1控方案主要有以下優點:

（1）單元機組與公用系統、輔助車間控制系統的過程信息易于共享，設備運行信息反饋快，值長指揮調度便捷。

（2）有利于提高勞動生產率。如果典型設計每臺機組按2個運行人員、2臺機組1個機長配置，4機1控則可以4臺機組共設1個機長，則運行人員減少10人。4臺機組的巡檢員集中調用，每值由典型設計的12人減少到8人，5值共可減少20人。

（3）便于設備維護、消缺處理和檢修管理。

（4）可少建1套集控室和相應的集控室周邊配套間（辦票室、交接班室、備餐室、會議室等），節約工程造價。

采用4機1控的不利因素主要是集控室距離部分機組較遠，而且3號、4號機組安裝調試時對生產機組有較大干擾，但整體來說對機組運行的安全性、經濟性、勞動生產率、運行環境沒有長期影響。

2.3機組控制方式

以DCS作為機組監控核心，在集控室實現單元機組爐、機、電、廠用電集中控制。機組DCS控制范圍包括FSSS、順序控制系統（SCS）、模擬量控制系統（MCS）、機組協調控制（UCC）、旁路控制系統（BPC）、電氣控制系統（ECS）、發變組控制、凝結水精處理；鍋爐吹灰、除灰（渣）、電除塵、等離子點火系統采用PLC控制并與DCS通訊，與機組DCS共用操作員站。數字式電液控制系統（DEH）可以考慮與DCS硬件統一選型，以便于運行全能監控，降低控制系統的維護量和成本。

（1）機組控制系統硬件的統一性和系統軟件的兼容性、開放性，盡可能擴大DCS的控制范圍。

（2）10OOMW機組的DEH與DCS硬件統一選型，要以設備廠家的運行業績或技術水平為前提;考慮到汽輪機緊急跳閘系統（ETS）的處理速度和裝置的特殊安全性要求，ETS的硬件不強調與DCS硬件統一，采用滿足ETS控制技術性能要求的PLC為宜。

（3）對于全廠輔網的規劃設計，考慮到運行人員監

控范圍和輔網容量的優化，原屬于機組輔助車間控制的除灰（渣）、電除塵系統由機組運行人員進行控制管理。

（4）在條件允許的情況下，鍋爐壁溫檢測、發電機溫度檢測、循環水泵房、淡水泵房、燃油泵房、空壓機站、制氫站等均可采用DCS遠程1/0站進行監控，可避免信號長距離傳輸的衰減和干擾，也便于基建安裝和生產維護。

（5）考慮到國內10OOMW機組運行經驗及其在電網中的重要性，從安全性、可靠性角度出發，根據發變組與廠用電系統的監控要求，采用硬接線方式接人DCS進行控制，木采用發變組、廠用電監控系統與DCS進行數據通訊實現監控的方案，以及不強調采用現場總線系統。如果廠用電監控系統設計采用現場總線控制系統（FCS），其系統應具有與SIS的數據通訊接口，以便電氣維護人員和生產管理人員通過SIS了解廠用電系統運行計量信息和設備診斷維護信息。DCS不設置與FCS的通訊接口。

2.4機組輔助系統控制方案

鍋爐吹灰、除灰（渣）、電除塵、等離子點火等鍋爐輔助系統全部采用PLC控制，并與DCS通訊進行集中監控，與機組DCS共享操作員站。凝結水精處理系統為連續運行系統，從而列為機組工藝系統，直接由DCS控制。歸入機組集中監控的輔助車間，就地均無運行人員，僅設就地操作站（或就地調試維護站）。

鍋爐輔助系統采用PLC與DCS通訊的方案，主要考慮:

（1）盡量減少DCSI/0點數量。輔助系統的5個子系統I/0點數約為3000點。如果中間點數為15000點，全部采用DCS遠程I/0控制時，系統I/O點數量將增加18000點。如果采用PLC與DCS通訊方式，DCSI/0點數量僅增加4000點左右，對節省DCS資源效果明顯。

（2）鍋爐吹灰、等離子點火系統是非連續運行系統，特別是等離子點火系統只在機組起動和低負荷穩燃時才投用，采用沒有后備操作手段的PLC控制方式，完全可以滿足鍋爐運行的可靠性要求；除灰（渣）、電除塵系統考慮后備操作手段，在就地電子間布置PLC上位機，以滿足機組調試和設備故障處理的需要。

（3）除灰（渣）、電除塵系統和凝結水精處理不宜并入輔網進行控制，否則在4臺機組建成后，將16個輔助系統并入輔網，如果統一到輔網中，對控制系統的擴容和輔助車間的運行管理十分不便。如凝結水精處理再生裝置為2臺機組公用且連續運行，采用DCS控制較為合理。

（4）輔助系統PLC與DCS通訊后，輔助系統控制與DCS共享人機界面，對于運行人員來說，其設備與在DCS內控制一樣，監控畫面采用與DCS相同的風格，改善了人機操作環境。

（5）采用相同品牌型號的PLC和比較成熟的一體化監控軟件，可以減少設計、供貨、調試等接口和協調難度，縮短現場安裝調試工期，提高基建管理效率。

2.5機組公用系統優化設計

機組公用系統控制范圍包括廠用電共用部分、全廠空壓機系統、凝結水精處理再生部分、燃油系統。設置DCS公用系統控制網（簡稱公用網），共享2臺機組的DCS操作員站，并且2臺機組公用操作員站的操作相互閉鎖。

（1）機組公用系統僅考慮2臺機組的公用系統，全廠性的公用系統統一在輔網中控制。

（2）考慮由機組公用網控制的設備盡量少一些，以減少網絡間通訊數據的交換負荷。

（3）機組公用系統過程控制站為連續運行，在控制系統設計時應考慮操作控制權可在2臺機組操作員站間切換，重要設備具有后備操作手段，以保證控制系統故障時能進行就地后備操作。

2.6輔網控制

由PLC實現輔助系統控制，采用統一PLC硬件和一體化監控軟件組成輔網控制，在集控室集中控制。控制范圍包括補給水系統、淡水系統、廢水處理系統、循環水加氯系統、制氫站、輸煤系統、全廠空調系統等。輸煤車間在輸煤綜合樓內可以設就地控制室;其它各輔助車間設就地操作站（或就地調試維護站），僅用于基建調試、生產調試和故障處理，同時亦可作為就地臨時巡檢室，投產時均全部過渡到輔網上集中控制。在外部管理條件滿足和設備穩定運行后，全廠設備的控制zui終將過渡到全廠集中控制（包括輸煤系統）。

為了實現上述輔助車間系統優化設計方案應考慮:

（1）全廠采用一點集中控制，輔助車間必須采用功能分散、集中監控的方案。

（2）由PLC構成的輔網控制系統，成本比采用DCS遠程I/0控制要低得多，而且控制系統集成簡單、調試方便。部分輔助車間根據需要可以采取項目整體承包方式，即由工藝系統承包商配套提供控制系統，PLC品牌型號與全廠采用的PLC統一。這樣，可以減少設計供貨、調試等接口和協調難度。

（3）部分分布較遠且控制點數量較少的車間，可以采用PLC遠程I/0進行控制。生活污水與含油廢水遠程I/0可接入工業廢水系統PLC；淡水系統遠程I/0可接入補給水系統PLC；煤碼頭、轉運站和煤倉間遠程I/0可接入輸煤程控PLC；3號、4號機組空調控制系統遠程I/0可與1號、2號機組空調控制系統共用l個PLC等。

2.7脫硫系統控制

考慮到目前10OOMW機組濕法脫硫系統的I/O點容量和以后擴建I/0點容量均比較大，采用DCS作為全廠脫硫控制系統，操作員站布置在集控室和脫硫就地控制室，調試期間脫硫系統就地控制，機組投產后在集控室內遠程控制，實現全廠一點集中控制。若采用海水脫硫方案時，系統將設置脫硫專用遠程站并納入機組DCS控制。

脫硫系統采用DCS控制主要考慮:

（1）控制系統容量按4臺機組進行規劃，其I/0點近8000點，不宜并入輔網控制。

（2）濕法脫硫工藝系統比較復雜，操作維護量較大，采用DCS能夠滿足其系統控制要求。

（3）擴建機組脫硫系統的每個吸收塔及相應的輔助設備可采用2套DCS遠程站進行控制，僅設置就地單電子間即可，新建系統應用軟件可以集成到前期機組脫硫控制系統中。

（4）為未來機組脫硝預留控制空間，采用遠程站尤式進行控制。

（5）單元機組脫硫控制系統不宜并入機組DCS控制。

2.8工程師站室與電子設備間布置

工程師站室應與集控室、運行交接班室、辦票室現場會議室統籌考慮，工程師站室應集中布置在集書室旁邊，4臺機組合用2個工程師站室。如果主廠房內設備布置比較緊湊，沒有集中布置電子間的空間林組電子間可采用機、爐、廠用電電子間相對分散的布置方案。即機、爐電子間布置在2臺爐之間；廠用電電子間與電氣二次盤柜室合并布置。為了便于熱控設備檢修維護，在汽輪機（或鍋爐）電子間或其隔壁房間布置必要的工程師站。

三、結語

（1）機組自動化水平和可靠性與機組經濟、穩定己行密切相關，自動控制裝置的高投入率和協調控制下良好的變負荷調節性能，將為機組運行的經濟性提供保證。

（2）采取4機1控將集控樓布置在2號、3號機組間的方案，可為全廠集中控制創造有利條件，增大運行集中監控設備的幅度，提高勞動生產率。

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