电厂集控室布置方案优化

孙 岩，孙国春

(辽宁电力勘测设计院，辽宁 沈阳 110179)

1 概述

华能大连第二热电厂是大连市政府组织有关部门及专家经过论证，在原五二三厂区域新建的用以替代大连热电集团北海扩建项目，并已纳入热电联产规划，建成后成为大连市北部椒金山以南的主城区东部最主要的燃煤热电厂，总规划区域供热面积7405万m2。该项目的建设对该区域内现有的以小热电、锅炉房为主的供热产业结构进行整合升级意义重大。根据热负荷的情况，该项目分两期建设，一期工程计划在2012年投产，可以代替大石化、大化热电厂现有共计149MW小型供热机组和供热区域内30余座锅炉房，装机方案拟为2×50MW 抽汽背压机+2×350MW超临界抽汽凝汽供热机组；二期工程计划在2015年前投产，装机方案拟为2×300MW级抽汽凝汽供热机组，可替代大连热电集团北海、东海、香海热电厂到期退役后共计253MW小型供热机组，并具备向市中心继续辐射的潜力。我院参与了一期工程的勘察设计投标。

大型火力发电机组控制，从八十年代末的常规监控仪表盘附加计算机进行数据采集监视控制方式，发展到目前普遍采用分散控制系统全CRT/LCD实现对单元机组监视、控制方式；监控机组的台数由常规的两机一控发展到三机一控甚至四机一控；控制室的监控内容也由单元机组的监控发展到包括电气网控(NCS)甚至包括全厂辅助车间工艺系统的集中监视控制，成为真正意义上的火电厂集中控制室。此外控制室在主厂房中的布局也随着国外新的火电厂设计理念的引入、国人对火电厂设计认识的加深，特别是电力体制改革，厂网分开、竞价上网、节约投资，谋求效益的最大化，不断地突破旧的观念或规程规定的束缚而变得多样化。热控专业电厂设计主要目标之一的是要使机组控制室进一步智能化、自动化、小型化。

对应机组监控方式的改变、监控内容的增加、监控水平的提高、示范电厂设计理念的消化，如何使机组控制室设计优化，体现出控制室新颖形象，创造一个能够最大限度地发挥操作人员能力的环境，减轻操作人员压力，避免潜在的人为差错可能引发机组故障，把控制室建成全厂的数字化、信息化、智能化的监控中心将是电厂设计人员的追求目标。

2 国内外电厂集中控制室布置介绍

2.1 以往工程集控室布置情况

以往设计的火力发电厂普遍采取两机一控方式，机组集控室多数布置在两炉之间的集中控制楼，集中控制楼还设置电子设备室和电气低压配电室、直流配电室、化学汽水取样等房间。

究其原因，主要有以下三点：

(1)早期建成的电厂多数采用常规模拟表盘作为电厂运行操作的主要手段，集控室里布置有大量的监视仪表和操作设备，大量电缆从现场进入集控室。采用两台机组设一个集中控制室时，控制室离两台机组较近，可以节约大量的电缆。

之后，一些电厂逐渐采用了DCS控制系统，但由于人们早期对DCS的稳定性、系统设备的安全可靠性尤其是控制网络的可靠性存在一定的疑虑，因此在控制室里仍设置了数量众多的常规后备仪表和硬手操。另外，由于早期控制水平和控制设备可靠性低，在机组启、停及运行过程中需要运行人员经常到现场巡视和处理设备故障问题，采取两机一控方式时，控制室距两台机组较近，运行人员从控制室到现场方便，处理现场问题较为及时。由于需要较多的运行人员，采取两机一控方式监控时，互相干扰较少。

(2)以往大多数电厂一期工程只上一台或两台机组，考虑到工程的独立完整性，习惯上采取两机一控甚至一机一控方式。

(3)以往工程设计中，人们主观上更愿意套用已建工程的设计，没有考虑到在建工程的实际情况，沿袭了以往工程的设计思路，缺乏创新。

2.2 国外300MW以上多台机组的火力发电厂的集控室布置

通过查阅相关资料可以发现，国外电厂总平面布置不拘一格，因地制宜划分功能区域，顺畅紧凑、节约占地是其共同特点。尤其是集控室的布置位置较灵活，如日本矶子电厂，控制室与办公室一起布置在汽机房顶部；常陆那珂、橘湾电厂将控制室设在生产办公楼，与主厂房脱开并通过天桥相连，电子室设在汽机房内；德国黑泵和尼德豪森电厂的主控制室布置在主厂房固定端。很少见到将控制室放在两台机中间的国内常规设计。这些设计异曲同工之处是消除了两机之间、机炉之间的障碍，使得机房布置更加紧凑且明快通畅，提高了运行人员工作的安全性，改善了运行人员的工作环境。主控室内的布置设计也作为一个｜“亮点”而加了重笔，特别为了减少外来的参观人员对主监控盘的干扰，在主控室外侧或上方安装大平面玻璃，参观者只能“极目远眺”或“居高揽胜”，运行人员也可安心操作。

2.3 目前国内300MW以上多台机组的火力发电厂的集控室布置

目前我国国内300MW、600MW及以上多台机组的火力发电厂的集控室布置吸收了国外的相关设计理念，越来越多的新建电厂采取了多机一控的控制方式。国华宁海电厂、广东华能海门电厂均采用四机一控方式，集控室布置在A列外2号、3号机之间的集控楼上；华能玉环电厂采用四机一控方式，控制室布置在主厂房固定端的生产办公楼上，与主厂房的运转层同标高，并有天桥相连。

3 多机一控布置的优点及技术可行性

3.1 多机一控布置的优点

(1)减员增效、降低电厂生产运行成本

(2)有利于缩减控制室面积降低工程造价

(3)便于运行人员之间互相学习、共同提高，机组启停时可提供相互支持

(4)便于公用及辅助生产系统的有效监控

3.2 多机一控布置的技术可行性

随着当今计算机通信和网络技术的发展，DCS控制系统软、硬件性能和稳定可靠性的不断提升，以及DCS系统在电厂十几年应用经验的积累，DCS在火力发电厂的应用已达到相当成熟的地步。目前，大多数新建电厂都采用DCS控制系统，以CRT操作员站为中心对单元机组进行监视和控制，控制室已取消了大多数常规仪表和后备手操，只保留了停机、停炉等少数几个硬操作按钮以确保DCS出现故障时能实现安全停机。同时，高效率、高可靠性的新型数据传输技术在DCS通信网络上的普遍应用，通信网络的冗余、容错设计，使得当今DCS控制系统的抗干扰能力和系统鲁棒性(ROBUST)大大提高。随着光缆传输介质使用成本的不断降低和大量使用，DCS系统通信网络可根据应用需要大范围延伸，多数DCS系统网络节点间的最大距离在采用光缆情况下可达几公里至几十公里。DCS操作员站可布置在离电子机柜相当远的集控室内，而不象早期DCS网络对通信节点的距离有非常苛刻的限制(一般在100m左右)。另外，随着电厂自动化水平和设备可靠性的提高，现在新建电厂在机组启、停及运行过程中不再象早期电厂一样需要大量的运行人员，以及需要运行操作人员经常到现场巡视及处理问题，而只需少量的运行操作人员在极少数就地人员的配合下，在集控室内就可实现机组的启停控制。采用多机一控方式，只需在传统两机一控方式的基础上增加少量的通信电缆、电源电缆和控制电缆。从控制系统技术可行角度出发，采用四机一控方式实现全厂集中监控是可行的。

4 本工程集中控制室布置方案

由于本工程的特殊性，即厂区的特殊地理位置，毗邻海边并且部分厂区为填海建设，我们将以减员增效、合理降低电厂运行成本作为本工程设计的一个重要原则，提高自动控制水平和科学管理水平，最大限度的减少运行检修人员；做到运行人员可以在集控室内通过分散控制系统(DCS)操作员站对整个系统进行启停操作、正常运行的监控及事故处理。设置必要的工业电视，实现全CRT/LCD监控，仅在DCS操作台上配置紧急停机按钮及少量设备的硬接线操作按钮，以保证机组在紧急情况下安全快速停机。整个机组的控制水平要求达到机组正常运行时只设一名机组值班员和一名辅助值班员的运行管理水平；辅助车间采用集中控制系统进行控制；充分发挥DCS的布置分散、控制集中的特点，采用模块化设计，将大量控制系统设备模块化分配后进行物理分散布置，布置地点考虑靠近被控设备，并与主厂房的布置相协调，充分利用主厂房现有空间；设计阶段就要考虑改善运行人员工作环境，提供舒适性和方便性。

鉴于多机一控具有减员增效、降低电厂生产运行成本、降低工程造价、便于运行人员之间互相学习共同提高、便于公用及辅助生产系统的有效监控等优点，本工程拟设置多机一控的集中控制室。

4.1 方案一

采用六机一控方式，六台机组(预留下期2台机组)设一个集中控制室，布置在1、2号机组与3、4号机组之间的集控楼12.6m层A排到3/A排，与3、4号机组锅炉房、汽机运转层为同一标高，作为机组运行人员的主要活动区域，工程师室布置在控制室一侧。集中控制室内布置六台机组控制台、辅助车间控制台、工业电视系统液晶电视盘、值长操作台等。面积约249m2。其中1、2号机组操作员站控制台成直线布置一排，正对集控楼03轴线方向，机组液晶显示屏及炉膛火焰和汽包水位电视等悬挂在操作台对面的装饰墙上；3、4号单元机组操作台与辅控网操作台、全厂工业电视操作台成直线布置一排，正对集控楼3/A排方向，工业电视及单元机组液晶显示屏及炉膛火焰电视等悬挂在操作台对面的装饰墙上；预留下期2台机组操作员台成直线布置一排，正对集控楼1/01轴线方向。火灾报警机柜布置在3、4号机组面对的装饰墙上。机组的打印机布置在3、4号机组面对的装饰墙后。网控、通讯调度、值长操作台与3、4号机组操作台同向，布置在集中控制室的适中位置。工程师室为独立小室，布置六台机组的DCS、DEH工程师站、DCS历史站、NCS工程师站、ECMS工程师站及辅网工程师站等。

同层3/A排至B排间布置SIS室、交接班室、卫生间。SIS室面积约30 m2，布置SIS机柜、SIS工作站、SIS服务器及打印机。

4.2 方案二

采用六机一控方式，六台机组(预留下期2台机组)设一个集中控制室，布置在1、2号机组与3、4号机组之间的集控楼12.6m层A排到3/A排，与3、4号机组锅炉房、汽机运转层为同一标高，作为机组运行人员的主要活动区域，工程师室布置在控制室一侧。集中控制室内布置六台机组控制台、辅助车间控制台、工业电视系统液晶电视盘、值长操作台等。面积约249m2。其中1、2号机组操作员站控制台成直线布置一排，面对控制室东南角，机组液晶显示屏及炉膛火焰和汽包水位电视等悬挂在操作台对面的装饰墙上；3、4号单元机组操作台与辅控网操作台、全厂工业电视操作台成直线布置一排，正对集控楼03轴线方向，工业电视及单元机组液晶显示屏及炉膛火焰电视等悬挂在操作台对面的装饰墙上；预留下期2台机组操作员台成直线布置一排，正对集控楼3/A排方向。机组的打印机布置在预留机组面对的装饰墙后。网控、通讯调度、值长操作台与1、2号机组操作台同向，布置在集中控制室的适中位置。工程师室为独立小室，布置六台机组的DCS、DEH工程师站、DCS历史站、NCS工程师站、ECMS工程师站及辅网工程师站等。

同层3/A排至B排间布置SIS室、交接班室、卫生间。SIS室面积约30 m2，布置SIS机柜、SIS工作站、SIS服务器及打印机。

4.3 各方案比较

三个方案的集中控制室所处的集中控制楼体积相同，均位于1、2号机组和3、4号机组之间。方案一、方案二为六机一控方案，控制台布置方式有所不同。方案三为四机一控方案，控制室面积比前两个方案小。三个方案的DCS操作员站均采用双显示器技术，减少操作台数量，合理利用集控室空间。方案一，各机组的操作员站布置比较整齐，1～6号机组操作台顺序排列，各单元机组操作空间划分清晰，工程师站紧邻集控室，位于集控楼一侧，考虑将工程师站与集控室间设置全玻璃隔断，增加集控室的采光度，使其环境更加明亮舒适。方案二，各机组的操作员站布置较方案一紧凑，值长台对各机组的视野更好，但由于小机与大机的操作员站数量上有差异，为了合理利用空间，各机组操作员站的排序较方案一稍差，但整个布置的美观度较强。综上，本次投标我们推荐集中控制室布置方案一。

5 结语

集中控制室布置的优化设计将是发电厂内多个相关专业综合方案优化设计的结果。我们有信心下力气研究控制室布置优化设计的新趋势，不断更新设计观念，努力学习新的技术，取长补短，期待与业主积极配合，打造出具有集团公司形象特色、符合现代化电厂发展趋势的集中控制室，使集中控制室真正成为全厂热力设备及系统的监视控制中心。

[1]金黔军.华能玉环电厂四机一控集控室布置方案探讨[C].哈尔滨.中国动力工程学会自动控制专委会，2004.

[2]车朝瑞.浅谈大型火电厂的热工自动化水平.中国高新技术企业.2009.