火电厂辅助车间控制方案分析

2012-08-15殷淑霞马玉敏

山东电力高等专科学校学报 2012年2期

殷淑霞马玉敏

1.华电招标公司北京 100031；2.国核电力规划设计研究院北京 100094

0 引言

电力企业的改革，促使电厂不断改进运行管理模式，提高运行、维护和管理水平，以达到减人增效，降低运行维护费用的目的。电厂辅助车间种类多而且布置分散，优化辅助车间的控制方式和控制系统选型，优化运行监控点成为新建电厂或电厂改造必须面临的问题。目前，电厂大都采用基于少量就地集中监控点（水点、燃料点和灰或脱硫点）的辅助车间集中监控系统实现全厂辅助车间的集中监控。控制系统主要采用PLC+上位机、国产DCS（Distributed Control System）或与单元机组一致的进口DCS。

随着现场总线技术在国内、外电厂的不断应用，国内有些电厂在部分辅助车间（如锅炉补给水等）采用了现场总线技术。现场总线技术所具有的数字化、双向通讯的特点，为电厂实现辅助车间的全数字化控制创造了条件。

1 火电厂主要的辅助车间

1.1 属于单元机组的辅助车间主要包括：锅炉吹灰系统、除渣系统、直接（间接）空冷系统、循环水泵房（湿冷机组）、电除尘系统、旁路系统等。

1.2 属于两台单元机组公用的辅助车间主要包括：主厂房空调系统、空压机系统、脱硝的液氨制备系统、凝结水精处理系统、化学加药取样系统、除灰系统、辅机循环水泵房（空冷机组）、脱硫系统、脱硝系统、循环水加药处理系统等。

1.3 属于全厂公用的辅助车间主要包括：输煤系统、燃油泵房系统、锅炉补给水处理系统、工业废水处理系统、生活污水处理系统、制氢站、启动锅炉房等。

2 辅助车间控制方式及控制系统选型

2.1 辅助车间控制方式

电厂的运行管理模式决定辅助车间的控制方式。目前，火电厂的辅助车间多是在水、燃料和灰（或脱硫）三个监控点的基础上，建立辅助车间集中监控系统，最终实现各辅助车间和辅助系统在集中控制室的集中监控，就地无人值班。

各控制系统的控制机柜布置在就地电子设备间或主设备附近。控制系统通过通讯接口与相应的监控点通讯，再通过监控点或直接与辅助车间集中监控系统通讯，由辅助车间集中监控系统的操作员站完成对其工艺系统的程序启/停、中断控制及单个设备的操作。在就地设置便于运行、检修、巡视时事故处理和调试时使用的监控设备。

2.2 辅助车间控制系统选型

目前，国内火电厂主要辅助车间控制系统的选型如下：

2.2.1 直接（间接）空冷系统、循环水泵房（湿冷机组）、辅机循环水泵房（空冷机组）和脱硝系统直接纳入单元机组DCS。

2.2.2 锅炉吹灰系统和旁路系统与单元机组的关系比较密切，可以直接纳入单元机组DCS，也可以采用PLC系统，通过通讯接口与DCS通讯。

2.2.3 除渣系统和空压机系统直接纳入两台机组公用系统的DCS，也可采用PLC（或DCS）进行控制，纳入灰点或脱硫点，最终纳入辅助车间集中监控系统。

2.2.4 主厂房空调系统、凝结水精处理系统和化学加药取样系统采用PLC（或DCS）系统，直接纳入辅助车间集中监控系统。也可以将主厂房空调系统和化学加药取样系统纳入两台机公用系统的DCS。

2.2.5 除灰系统和电除尘系统采用PLC（或DCS）进行控制，纳入灰或脱硫点，最终纳入辅助车间集中监控系统。

2.2.6 输煤系统和燃油泵房系统采用PLC（或DCS）进行控制，纳入煤点，最终纳入辅助车间集中监控系统。燃油泵房可采用两台机公用系统DCS的远程站进行监控，但如果燃油泵房为全厂（两台机组以上），则不宜采用此方式。

2.2.7 锅炉补给水处理系统、工业废水处理系统、生活污水处理系统、制氢站、脱硝的液氨制备系统和循环水加药处理系统采用PLC（或DCS）进行控制，纳入水点，最终纳入辅助车间集中监控系统。

2.2.8 脱硫系统

（1）如果脱硫系统由单元机组运行人员进行监控，则脱硫系统的控制纳入机组DCS。

（2）如果脱硫系统由辅助车间运行人员进行监控，可以将脱硫系统的烟气系统直接纳入单元机组DCS，而其余系统采用PLC（或DCS）进行控制，纳入灰或脱硫点，最终纳入辅助车间集中监控系统。

2.2.9 启动锅炉房一般采用PLC系统，就地控制。

3 辅助车间控制系统的应用业绩和关键问题

3.1 PLC+上位机组成的控制系统

3.1.1 应用业绩

目前，绝大多数火电厂（如托克托电厂、王滩电厂和宁夏大坝电厂等）的辅助车间采用PLC+上位机组成的控制系统，在此不一一列举。

3.1.2 关键问题

3.1.2.1 监控软件是实现全厂辅助车间联网控制的核心，所有子系统、就地集中监控点和辅助车间集中监控系统的上位机监控软件必须选择高性能可靠的统一产品（如IFIX或INTOUCH等）。网络结构及通讯协议的选择是实现联网的关键问题，是网络实时性、可靠性的保证。

3.1.2.2 由于控制系统招标问题，辅助车间的控制系统通常由多个集成商合作完成，监控软件的选型、网络协议和通讯接口的设计、数据库和人-机接口设计风格很难统一。

3.1.2.3 解决问题的关键是在辅助车间的控制系统招标前确定上位机监控软件的选型以及规定好网络的通讯协议。最好采用控制系统全部或部分集中的招标方式。

3.2 采用分散控制系统（DCS）

3.2.1 进口DCS

3.2.1.1 进口DCS的应用业绩

目前，国内主要是在中电投平顶山第二发电厂和华电莱州电厂一期工程中部分辅助车间采用E-merson公司的Ovation系统。

3.2.1.2 关键问题

由于辅助车间工艺系统物理位置分散，而进口DCS的控制器功能越来越强大，如果按各独立的辅助车间分配独立的控制器，很难实现资源的合理利用，所以，在采用进口DCS实现辅助车间的控制时，通常是一对DCS控制器，控制几个辅助车间，以实现资源的合理利用。但缺点是各辅助车间不能实现独立控制。

3.2.2 国产DCS

3.2.2.1 国产DCS的应用业绩

目前，采用国产DCS实现辅助车间的控制已经很普遍，在此不一一列举。国产DCS的供货商也很多，主要为北京国电智深控制技术有限公司、和利时自动化有限公司和南京科远自动化集团股份有限公司等。

3.2.2.2 关键问题

（1）辅助车间工艺系统物理位置分散，采用国产DCS，可以按各独立的辅助车间或辅助系统分配独立的控制器，以实现资源的合理利用。

（2）由于制氢站、电除尘、生活污水处理系统等的控制系统一般采用PLC系统随主设备供货，改为由DCS控制，有一定的难度，目前，国内在采用国产DCS实现辅助车间的控制时，这些系统仍然采用PLC系统进行控制，通过通讯或硬接线方式与国产DCS系统连接。

3.3 基于DCS或PLC的现场总线控制系统

3.3.1 基于DCS的现场总线控制系统的应用业绩

目前，基于DCS的辅助车间现场总线控制系统主要有：中电投平顶山第二发电厂和华电莱州电厂一期工程。

3.3.2 基于PLC的现场总线控制系统的应用业绩

目前，基于PLC的辅助车间现场总线控制系统主要有：华能玉环电厂的锅炉补给水处理系统和工业废水处理系统的控制系统，华能金陵电厂的锅炉补给水处理系统、三河电厂二期工程的热网系统的控制系统等，均采用了现场总线技术并已投产。

3.3.3 关键问题

（1）现场总线的核心是总线协议，是实现开放和互操作的必要条件。

目前，国内、外应用现场总线技术的主流进口DCS（如Siemens（西门子）公司的TXP-3000（SPPAT3000）、Foxboro公司的I/A系列、Emerson （艾默生）公司的OVATION系统和ABB公司的Symphony系统），遵循不同的现场总线协议。

目前，国内、外应用现场总线技术的主流PLC（如西门子的PLC、西安热工院的FCS165和AB的PLC），遵循不同的现场总线协议。

（2）现场总线的基础是智能现场设备，是现场总线的硬件支持，双向数字通迅的基础载体。目前，国内智能变送器、进口智能分析仪表、进口电（气）动执行机构、进口阀岛以及用于MCC控制和保护的进口Simocode等都支持现场总线协议。随主设备供货的电机绕组和轴承的温度测量元件以及过程开关、国产电、气动执行机构均不支持现场总线技术，可以通过传统硬接线方式接入控制系统。由此可见，在火电厂辅助车间大规模采用现场总线技术意味着大量地采用进口智能现场设备，为降低初投资，应根据辅助车间的特点，合理地确定现场总线的应用范围。

（3）在现场总线系统的设计、安装、组态、调试等方面的经验不足。

3.3.4 技术经济分析

采用现场总线后，对投资费用的影响主要体现在以下几个方面：

3.3.4.1 DCS和PLC系统

采用现场总线后，DCS和PLC的I/O卡件减少了，但增加了智能现场设备的管理软件、现场总线电缆、现场总线连接器、现场总线就地接线箱以及现场总线供电模块（包括电源调整器）、现场总线通讯模块等构成现场总线控制系统所必需的设备和材料。经调研，综合考虑这些因素，采用现场总线，DCS的设备费比全部采用传统DCS将有所增加，PLC的设备费与全部采用传统PLC基本持平。

3.3.4.2 智能现场设备

采用现场总线后，智能现场设备增加的费用主要包括智能变送器、智能分析仪表、智能型电动执行机构、智能调节型气动执行机构和开关型气动执行机构增加的满足现场总线协议要求的智能接口的费用，尤其是电动执行机构由国产改为进口而增加的费用较高。

3.3.4.3 电缆和电缆托架

采用现场总线后，热控电缆托架及其安装附件和电缆量都将减少。

3.3.4.4 其它

如电子设备间面积将减小等引起的建筑、结构材料的减少而降低的费用。