利用分散控制系统实现火电厂监控平台一体化

彭晓艳，赵志刚

(1.国核电力规划设计研究院，北京100094;2.北京广利核系统工程有限公司，北京100094)

0 引言

经过几十年的发展，我国火电厂控制技术日臻成熟，自动化水平不断提高，电厂热工自动化的发展，除更高速化和智能化外，一体化也是其发展趋势之一。本文就采用分散控制系统(DCS)实现火电厂监控平台一体化的问题进行分析。

1 火电厂控制系统总体规划

对于新建电厂而言，控制系统网络的设计规划既要满足电厂实际生产的要求，又要考虑运行、维护和管理的实际需求。现代大型火电厂热工控制系统多由分层分级的网络构成:第1级为全厂监视管理级，包括厂级监控信息系统(SIS)、厂级管理信息系统(MIS);第2级为生产过程控制级，包括单元机组控制系统和全厂辅助车间控制系统;第3级为现场控制级，包括现场仪表及控制设备等。

生产过程控制级采用DCS一体化监控平台，需要DCS尽可能全面地应用在单元机组控制与辅助车间控制之中。

2 单元机组DCS控制

火电厂单元机组控制以DCS为主，辅以部分其他成套控制装置，如汽轮机数字电液控制(DEH)系统、汽轮机紧急跳闸系统(ETS)、给水泵汽轮机电液控制(MEH)系统、给水泵汽轮机紧急跳闸系统(METS)等。实现单元机组控制一体化，要求DCS尽可能完整地包含机组各系统需要的控制功能，除传统的数据采集系统(DAS)、模拟量控制系统(MCS)、顺序控制系统(SCS)、旁路控制系统(BPS)、锅炉炉膛安全监控系统(FSSS)、电气控制系统(ECS)外，还要尽可能涵盖DEH，ETS，MEH，METS及锅炉吹灰程控系统等。

2.1 单元机组DCS一体化控制应用情况

近年来，单元机组DCS一体化控制在很多600 MW及以下容量机组电厂的应用取得了成功，各主要DCS厂家大都具备实现DEH，ETS，MEH，METS与机组DCS一体化的能力。如HOLLIAS系统，有符合汽轮机控制要求的HOLLIASDEH和ETS与DCS构成一体，可满足大型电厂控制和安全保护的要求。单元机组DCS一体化控制在辽宁调兵山煤矸石电厂300MW循环流化床机组、华能营口电厂2×300MW燃煤供热机组等工程中的应用均取得成功。国电大连庄河2×600MW超临界机组、国电蚌埠发电厂一期2×600MW超临界机组采用DCS EDPF－NT系统，该系统包括DAS，FSSS，SCS，ECS，MCS，DEH，ETS，MEH，METS和BPS等功能，实现了锅炉、汽轮机、给水泵汽轮机、汽轮机旁路的控制和保护及电气开关的控制，是目前功能最齐全的控制系统之一，实现了主机的一体化控制。

DEH与DCS一体化后可作为DCS的一个站直接挂在DCS主干网上，实现无缝连接，可取消单独设置的DEH操作员站，DEH与单元机组DCS共享操作员站，既减少了控制系统接口，又简化了控制室布置。

同样，ETS采用与DCS一体化硬件后，也可作为DCS的一个站直接挂在DCS主干网上，ETS采用独立的控制器，与DCS无缝连接，可在DCS操作员站上实现ETS的监视、在线试验等操作。在应用中必须注意ETS控制处理时间、通信方式应能够达到汽轮机安全保护的快速性和可靠性要求，控制器扫描周期应不大于50ms[1]。

2.2 应用中应注意的问题

2.2.1 DEH与DCS一体化

对于600MW及以下容量机组，单元机组实现DCS一体化控制已有多例，从各主机厂家到各DCS厂家对这类应用已很熟稔。而对于1000MW超超临界机组，DCS一体化控制的应用还比较少，问题主要存在于1000MW超超临界汽轮机DEH与机组DCS的一体化方面。

DEH系统作为汽轮机设计制造密不可分的一部分，一直由汽轮机制造厂开发配套。对于1000 MW超超临界汽轮机，三大主机厂分别与不同的国外技术支持方合作生产，同时一并配套了相应的DEH系统，分别采用了分散控制系统硬件。例如:东方汽轮机厂引进日立技术生产，DEH系统采用日立HIACS－5000M系统;上海汽轮机厂引进西门子技术，DEH采用西门子T3000系统;哈尔滨汽轮机厂采用日本东芝技术，DEH采用东芝TOSMAPDS/W500。

由于对1000MW级机组的控制仍处在进一步深化研究当中，国内已投运或正在建设的1000MW级火电机组，较多电厂对于DEH是否与DCS一体化持较谨慎的态度，为保证汽轮机控制的可靠性，大多数电厂更倾向于采用汽轮机厂原配的DEH系统。除部分电厂采用了以上几家的DCS，从而与汽轮机厂配套的DEH实现了无缝连接(如上海外高桥三电厂DCS，DEH均采用西门子T－3000系统;广东潮州三百门电厂DCS，DEH均采用日立HIACS－5000M系统等)外，很多电厂对DEH与DCS一体化并未做强制要求。

例如:早期建设的华能玉环电厂，汽轮机由上海汽轮机厂提供，机组DCS采用西屋Ovation系统，DEH采用西门子T－3000系统;华电国际邹县电发厂汽轮机由东方汽轮机厂提供，机组DCS采用西屋Ovation系统，DEH采用日立HIACS－5000M系统。近年建设的国电泰州发电有限公司一期2×1000MW超超临界机组汽轮机由哈尔滨汽轮机厂提供，机组DCS采用了西屋Ovation系统，DEH采用东芝TOSMAP－DS/W500系统;国华广东台山电厂二期2×1000MW超超临界机组汽轮机由上海汽轮机厂提供，DEH采用西门子的T－3000系统，DCS采用国产和利时MACSV6系统。

当然，随着各主机厂、DCS厂家对1000MW级汽轮机控制技术的逐渐掌握，越来越多的1000MW级火电厂明确要求DEH与机组DCS实现一体化，如华电国际莱州发电厂一期汽轮机由东方汽轮机厂提供，DEH采用Ovation系统，与机组DCS实现了一体化。

现阶段，国内1000MW级火电机组DCS仍以进口品牌为主，国产品牌在1000MW级火电机组中的应用也在逐渐发展中，但国产品牌要想占有更大的市场份额，仍需要从硬件和软件等方面加强研究。

2.2.2 其他问题

随着DEH，ETS，MEH，METS均采用DCS一体化硬件，这些系统机柜的供电、接地等均将遵循DCS统一标准，工程实施中可由DCS厂家统一设计。

3 辅助车间采用DCS实现控制一体化

3.1 应用情况

多数火电厂外围辅助车间/系统控制采用可编程控制器(PLC)，并联网成辅助车间集中监控网络。由传统PLC控制方式改为采用与机组DCS一致的BOP－DCS，使得全厂监控均在统一的软、硬件平台下实现。这种控制方式近年来也有诸多应用，如国电大连庄河电厂2×600MW超临界机组、国电怀安热电厂2×300MW空冷机组采用EDPF－NT分散控制系统实现主、辅控系统的控制;内蒙古科右中旗热电厂330MW供热机组采用和利时的DCS实现主、辅网监控平台一体化;华电国际莱州发电厂一期2×1000MW机组辅助车间采用与单元机组相同的西屋Ovation系统。

辅助车间操作方式仍采用集中为主、就地为辅的方式，设1个集中值班监控点(单元机组集控室内)和水、煤、灰等几个就地后备监控点。

3.2 应注意的问题

(1)辅助车间采用国产DCS实现全厂一体化监控有更好的经济性。随着国产DCS近年的不断发展，技术水平、服务质量均已得到市场的认可，与进口DCS相比，其价格优势明显且低于常规PLC的进口价格。因此，当电厂DCS拟采用国产品牌时，辅助车间也采用BOP－DCS，除了因监控一体化可带来操作、管理上的便利外，投资上也具有很大的优势。

(2)尽管各辅助车间采用与单元机组一致的DCS软、硬件实现控制，但辅助车间控制网络与主厂房单元机组DCS网络应是相互独立、互不干扰的。同时，辅助车间DCS控制网络中每一个辅助车间控制系统也应是一个相对独立的DCS子系统，各辅助工艺系统应设置独立的冗余控制器，可以独立于其他辅助车间DCS及上层辅助车间集中监控网络而独立运行，各辅助车间之间不应相互干扰。

(3)制氢站、电除尘设备控制系统因其工艺系统的特点，一般均采用PLC控制并随主设备供货，如改为DCS控制，有一定难度。

(4)采用BOP－DCS时，工程设计与设备招标可采用的方式主要有2种:一种方式是各辅助车间控制系统及辅助车间集中监控网络分别招标，招标中要求辅助车间控制系统厂家按照电厂已确定的DCS产品进行控制系统软、硬件的配置;另一种方式是将所有辅助车间控制系统和组网均交由DCS厂家总负责，工艺系统由工艺厂家提供并提出控制要求供业主审核，设计院负责辅助车间控制系统的规划、测点清单和仪表设计等工作。

第1种方式的优点在于辅助车间程控厂家工程经验比较丰富，但其涉及的供货厂家多，有的厂家不一定具备消化、使用DCS的能力，各供货商之间接口多，影响工程进度。在第2种方式下，所有辅助车间控制系统及组网工作由DCS厂家总负责，在操作与效果上更具优势。这种方式减少了招标次数，同时各单位责任明确，避免了程控厂家多、接口配合困难的缺点，更可发挥规模优势，降低采购成本[2]。采用第2种方式的缺点在于有的DCS厂家在化学水处理、除灰等辅助系统控制逻辑设计方面经验不足，因此，设计院热控、电气及其他相关专业设计人员需要密切配合DCS厂家进行系统组态、逻辑功能设计工作，或者在招标时明确要求将辅助车间组态工作交给更有经验的常规辅助车间程控厂家。

4 结论

随着火电厂热工自动化要求的不断提高，提出了监控系统一体化的要求。现代火电厂正向着建立数字化电厂的方向发展，在此方向下，现场总线技术等先进控制技术逐步在火电厂控制中得到应用，建立一个全厂统一的生产过程监控平台，有利于构建一个完善、可靠的数字化网络，从而不断提高电厂的自动化水平。全厂控制系统采用统一的DCS硬件实现，不但可以带来操作的便利，而且具有良好的经济效益。

[1]DL/T1083—2008，火力发电厂分散控制系统技术条件[S].

[2]田松.辅助车间DCS集中监控网络的设计与实施[J].火电厂热工自动化，2009(1):34－37.