燃气蒸汽联合循环机组全厂控制系统优化研究

黄冬兰，庄续奎

(1.广东省电力设计研究院，广东 广州 510663；2.珠海横琴热电有限公司，广东 珠海 519015)

随着国家能源政策的调整以及节能环保要求的进一步提高，大型燃气蒸汽联合循环机组在国内掀起了新一轮的建设高潮。仅广东地区今年就有至少5个以上的燃机项目即将或已经开始建设。

燃气蒸汽联合循环机组的全厂控制系统较常规电厂控制系统有其特点：一方面涉及的系统和设备的数量及IO点数较常规电厂少很多，另一方面由于燃气轮机本身控制的特殊性，其控制系统一直都是由燃气轮机厂家配套提供，而主厂房其余设备通常纳入业主单独采购的控制系统进行控制。此外，各辅助车间大多通过独立的辅助车间控制网进行控制。由此造成了全厂多套控制系统并存、软硬件复杂多样的局面。在多个控制系统存在的情况下，各控制系统互相之间需要通过硬接线、通讯接口来实现数据交换，从而造成全厂控制系统结构复杂、可靠性低、系统集成度低、维护和操作困难等种种问题。

为了避免上述问题，需要在建设之初就对全厂的控制系统进行优化设计。

1 全厂控制系统优化方案

1.1 全厂控制系统一体化

以往电厂控制系统中，辅助车间多采用PLC进行控制，形成独立的辅助车间控制网，与机组DCS之间的信息共享性差。

随着分散控制系统(DCS)价格的降低，以及环境适应能力的提高，辅助车间应用DCS进行控制的案例已经越来越多，例如北仑港电厂2×1000MW机组、国华宁海电厂4×600MW机组、内蒙古达旗电厂2×600MW机组、广东梅县荷树园宝丽华二期2×300MW机组(CFB)以及越南冒溪电厂等，都是全厂采用DCS进行控制。

辅助车间采用DCS一体化控制，面临的主要问题是实施过程中的配合及进度控制。一方面，DCS厂家以往大多没有辅助车间系统设计的经验，在组态方面可能会有不足，另一方面，由于各辅助车间投运的时间不同，对于DCS系统的采购及供货也会造成一定的影响。

燃机电厂较普通燃煤电厂在这方面更加有优势。燃机电厂辅助车间较常规燃煤机组少很多，没有常规电厂的输煤系统、除灰系统以及除渣系统等，主要的辅助车间为水系统各个车间，相关的配合工作较常规燃煤电厂少很多，这使得燃机电厂辅助车间控制系统实现与DCS一体化更加方便可行。

采用全厂DCS一体化控制系统，不仅可实现硬件的统一，减少备品备件及维护工作量，而且为实现全厂管控一体化提供了可能性。

1.2 主网辅网一体化

以往电厂控制系统设计一般按照主厂房和辅助车间控制系统相互独立考虑，一方面是为了系统的网络结构更加清晰，另一方面也是为了减少相互之间的干扰，避免出现误操作的情况。

随着技术的发展，DCS的规模以及网络结构都得到了优化。目前大多数DCS的网络结构都是可以平行连接的。主厂房控制系统网络和辅助车间控制网络可以连接成一个大的全厂控制网络，实现信息的共享，相互之间可以通过软件闭锁避免误操作。

2 优化后控制系统的特点及发展方向

2.1 优化后控制系统的特点

根据以往工程的实施经验，优化后的控制系统具有以下优点：

(1) 减少了硬接线和通讯接口，简化了系统结构，为提高了全厂自动化程度奠定了基础。

例如机组自启停功能的实施过程中，由于很多逻辑和相关信号在调试期间才能最终确定，而此时控制系统硬件和电缆均已安装完毕，要增加硬接线信号非常困难。采用一体化的控制系统后，信息高度共享，这类问题就可以得到很好的解决。

(2) 软硬件的统一

全厂控制系统一体化的实现，使得全厂的软硬件都可以统一，减少了备品备件种类。采用通用的配置工具和诊断工具，可以简化对运行、维护人员的培训。各类操作员站、工程师站、历史站等，也可避免重复配置，降低了电厂建设投资。

(3) 提高自动化水平，减员增效

通用操作员站画面整合了全厂设备信息，信息量丰富，在逻辑自动化程度较高的情况下，通过1个操作员即可监控整台机组，可大大减少机组运行人员的数量。

西班牙巴塞罗那某燃机电厂全厂定员只有不到40人，正常情况两台机组集控室内仅2人～3人负责完成全厂设备的监控，自动化水平很高，得益于该厂全厂控制系统的一体化。

(4) 集中报警

全厂报警信息和SOE 信息均可以集中显示，所有控制设备的时间标签一致，在出现事故时，可以迅速准确地调用报警和SOE 数据进行事故分析。

2.2 一体化控制系统发展方向

由于现阶段，燃气轮机均为进口设备，其控制系统也由主机厂配套提供。而全厂的其他设备的控制系统则由业主招标采购，很难保证机组控制系统与燃机控制系统采用同样的硬件。在目前这种情况下最好能采取由燃机控制系统厂家或机岛供货商统一提供全厂的控制系统的操作方式。这种操作方式也会带来一些新的问题，比如燃机控制系统厂家对全厂其他系统不了解，在工程建设的各个阶段会存在大量的配合和协调工作，由此可能对工程的进度和质量造成一定的影响。

燃机本体控制系统的情况与汽机DEH的情况有些类似，以往DEH也是汽机厂供的专用系统，比较难与DCS形成一体化。但是近几年，随着DCS硬件的完善以及汽机厂对DEH控制系统的深入了解，目前国内三大主机厂的DEH基本都能做到和DCS采用同样的硬件，形成一体化的控制系统。

期望在不久的将来，随着我国对引进的燃机技术的消化以及DCS系统的完善，可以实现燃机控制系统与机组DCS的一体化。

3 实施过程中应注意的问题

采用一体化设计时，辅助车间DCS一般与主厂房DCS一起打包采购，由于部分辅助车间例如锅炉补给水处理车间一般先于主厂房投产，因此DCS的招标时间较常规设计需要提前。在这种情况下，会存在一定的风险，在招标时应预估足够的IO点数量，同时在签订DCS技术协议时应协商好在实施过程中产生硬件变化情况下的解决办法。

此外，由于DCS厂家对于辅助车间系统的工艺流程不太了解，在组态及调试过程中需要辅助车间工艺设备供货商提供一定的协助和配合，因此在辅助车间设备招标时应写清楚相关要求，避免现场出现问题影响工程进度和质量。

4 某联合循环机组控制系统结构

广东省某2×390MW燃气蒸汽联合循环机组燃机为GE公司9FA级燃机，燃机控制系统采用GE公司MARK VIe控制系统，除燃机以外的全厂系统及设备采用DCS一体化控制系统进行控制。

全厂各辅助车间，包括原水预处理、锅炉补给水、废水处理、天然气调压站、空调系统等全部采用DCS进行控制。

单元机组控制系统与两机公用系统以及辅助车间控制系统全部采用DCS，相互连接组成一个大的全厂控制网，各系统之间设置软件闭锁，避免出现误操作的可能。

由于所有系统挂接在全厂控制系统网络上，提高了各系统之间的信息共享性，而且也方便以后电厂扩建时进行系统的扩展。

该工程DCS已经通过招标进行采购，比较遗憾，无法与燃机控制系统实现一体化。目前暂定通过OPC接口与机组DCS进行通讯。

5 结语

燃气蒸汽联合循环电厂控制系统优化设计方案在技术上是可行的，但在实施过程中要精心设计，工程建设各方要全力配合，才能真正得到顺利实施。

全厂控制系统优化对于节省投资、提高全厂自动化水平、减少检修维护工作量等都非常有利。

控制系统的优化是一项复杂而细致的工作，也是仪表与控制专业的关键技术之一。控制系统的好坏直接决定机组的控制水平，影响机组的运行效果。随着越来越多的燃机项目的获批，新一轮的建设高峰已经来临，在燃机电厂的设计阶段，就要勇于创新，对全厂控制系统进行充分的优化，以期最大程度的提高自动化水平，同时降低电厂建设投资，节约运行维护成本，减少检修工作量。

[1]周小力．燃机控制系统优化与改进 [J]．燃气轮机技术，2008，(2)．

[2]管志龙，范小江．重型燃气轮机联合循环电厂全厂一体化控制应用[J]．燃气轮机技术，2011，(1)．