西门子SPPA—T3000在委内瑞拉燃机电厂中的应用与接口

高平+刘春梅+孙平

[摘 要]文章介绍了委内瑞拉新中心电厂工程中的燃机控制系统（西门子SPPA-T3000）以及该控制系统与机组DCS的接口。文章介绍了SPPA-T3000的总体结构和特点，重点分析了它与电厂机组DCS通讯、硬接线、电源、接地等接口问题，通过接口的可靠衔接为实现机组安全和可靠的运行奠定了坚实的基础。

[关键词]委内瑞拉；燃机控制系统；SPPA-T3000；DCS；接口

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2016.32.081

1 项目简介

委内瑞拉新中心发电厂是新建工程，分两期建设，一期（即本期）建设规模是4套西门子公司的SGT6-5000F型、60Hz、双燃料燃机燃气轮发电机组（4×192.625MW）单循环及相应的辅助设施，二期工程将一期单循环扩建成总装机容量为1500MW联合循环（包含一期工程）。

2 机组控制系统简介

2.1 燃气轮机组控制系统（以下简称燃机控制系统）：SPPA-T3000

燃机控制系统由燃气轮机供货商西门子公司成套提供，由一套燃机控制系统西门子SPPA-T3000控制4台燃机。该系统是专门用于燃机控制、保护系统。

SPPA-T3000用于燃气轮机本体及辅助系统的控制、调节、保护和监视。

SPPA-T3000系统作为燃机启、停、正常运行和事故处理的主要控制设备，配备紧急停机按钮作为后备操作和监视手段。燃机控制系统和机组DCS之间设有通讯连接，用于控制和保护的信号采用硬接线连接。

SPPA-T3000是基于微处理器的控制系统，它的特点是：①冗余的控制器；②冗余的应用服务器；③冗余的电源模块；④通讯硬件；⑤输入输出硬件；⑥控制驱动接口；⑦连续动态监视系统；⑧超速跳闸模块和跳闸继电器系统；⑨历史数据存储；⑩系统机柜。

2.2 机组分散控制系统（以下简称机组DCS）

为保证机组的安全、经济运行，设计院负责设计一套完整、可靠的机组DCS。

机组DCS实现全厂辅助系统包括燃油系统、压缩空气系统、化学水处理系统、生活污水系统、含油废水系统、污泥脱水系统、发电机-变压器组及厂用电系统的集中监视和控制。

3 热工自动化水平

一期工程设一个集中控制室（以下简称集控室），集控室预留二期联合循环四炉两机的监控位置。值班操作员可通过控制室内的操作键盘和鼠标实现远程操作。在机组的启动、停止、正常运行和异常工况的处理中只需运行人员的少量干预即能自动完成。

DCS 以彩色LCD、专用键盘、鼠标作为机组的主要监控手段。燃机控制系统与机组DCS设有通讯连接，运行人员在集控室通过燃机控制系统的人机接口可实现对燃机的监控。在集控室内不设置常规指示/记录表、热工信号光字牌、手动/自动操作站等监控设备。在操作台上配置机组硬接线的紧急停止按钮及重要辅机的操作按钮，以保证机组在紧急情况下安全停机。

4 燃机控制系统与机组DCS的衔接

机组的控制系统网络结构图见下图（“控制系统网络结构”）。

国内常用的燃机控制系统是GE的MARK IV，西门子燃机控制系统SPPA-T3000（以下简称SPPA-T3000）系统是首次在国内应用，对该系统与机组DCS的衔接问题了解还不够深入，为确保电厂的安全可靠运行，实现燃机控制系统与机组DCS的可靠连接。设计院在展开施工图设计之前，必须解决如下问题： ①燃机操作员站安装地点；②SPPA-T3000与机组DCS的通讯接口；③SPPA-T3000与机组DCS的硬接线连接；④SPPA-T3000系统的电源；⑤SPPA-T3000系统的接地；⑥燃机紧急停机按钮。

为解决如上问题，项目总承包方组织设计院和有关单位与燃机供货商美国西门子公司先后进行3次设计联络会，上述问题已逐一得到解决。具体如下。

4.1 燃机操作员站安装地点

问题： 西门子公司的原设计是为每台燃机提供一套操作员站，布置在燃机就地控制室，这样就造成了燃机与机组分别在两个地方控制的局面。业主要求在集控室内也能实现燃机的监控，于是提出了是否可以将燃机操作员站和相关的打印机等设备从就地控制室移到集控室的问题。

解决方案：经过与西门子的相关技术人员认真讨论后，终于得出如下解决办法。

（1）西门子提供的T3000的服务器在机组调试期间，仍然布置在燃机就地控制室，在运行期间可将该服务器移至集控楼的电子设备间，由业主提供一段350米的光缆，用于将该服务器与燃机就地控制室的控制柜相连。

（2）西门子提供的燃机套操作员站（4套）、打印机（2台），振动监视系统终端（DMS）（2套，两机公用一套），在机组调试期间，仍然布置在燃机就地控制室，在就地实现燃机的控制和监视。待调试成功后，在运行期间可将这8台设备移到集控室。西门子公司同意提供240米双绞线电缆（每台设备30米）。

如上方案使这个问题得到了完美的解决，在集控室内可通过燃机操作员站实现燃机的监视和控制，这样不但做到了集中监控，还有利于机组的安全经济运行，同时也减少了运行人员。

4.2 SPPA-T3000与机组DCS的通讯接口

问题：由于西门子的SPPA-T3000是按照单循环机组设计的，所以只提供标准燃机单循环硬件线接口，不提供通讯接口。但是有限的硬接线信号不能满足二期联合循环监视和控制的需要，因此需增加SPPA-T3000与机组DCS的通讯接口。

解决方案：要想实现两个控制系统的通讯有两种方案：

方案一：机组DCS系统采用西门子T3000产品，可以利用目前燃机SPPA-T3000现有多余的OSM（optical switch manager）通信口（2个），只需要做少量修改，无须增加任何接口硬件便可实现通讯连接，即可实现两个控制系统的无缝连接。但是这就意味着机组DCS必须选择西门子T3000产品，不满足设备招标要求。由于不是通过招标方式确定机组DCS的厂家，DCS的价格会比正常招标确定的设备的价格高很多，技术上可行，但是经济性不好。

控制系统网络结构

方案二：机组DCS采用其他品牌的DCS产品，要想实现两个控制系统的通讯连接，西门子T3000需增加通讯接口硬件和软件，有两种通讯类型可选，一个是CM（MODBUS）型接口，一个OPC型接口。虽然要增加一些费用，但是考虑到与其他品牌DCS接口的通用性，经过技术经济比较，本项目最终确定由西门子公司增加OPC接口方案，以及相关的硬件接口和软件配置及现场服务，实现了SPPA-T3000与机组DCS的数据通讯。

4.3 SPPA-T3000与机组DCS的硬接线连接

问题：由于西门子的SPPA-T3000是按照单循环机组设计的，所以只提供标准燃机单循环硬接线接口。但是有限的硬接线信号不能满足黑启动及二期联合循环的控制的需要，因此需增加SPPA-T3000与机组DCS的硬接线信号接口。

解决方案：考虑到本期设有电气设置黑启动系统以及和二期联合循环时快速减负荷（fast cut-back）的控制要求，通过协商，决定在单循环燃机的标准接口的基础上增加如下信号。

（1）DI 信号：①DCS远方控制要求信号（Plant DCS Remote Control Request）；②全厂DCS启动准备好信号（Plant DCS Ready to Start）；③燃机快速减负荷（CT remote auto unload request）；④公用系统准备黑启动（BOP ready to blackstart）；⑤燃机处于ISOCHRONOUS运行模式（ISOCHRONOUS mode of operation）；⑥52BBA 开关已闭合（52BBA closed）；⑦52BBA 开关已打开（52BBA opened）⑧要求黑启动（Blackstart request）。

（2）DO信号： ①前置油泵启动要求信号（Fuel Oil Forwarding Pump Request On）；②注水泵启动要求信号（Injection Forwarding Pump Request On）；③燃机处于ISO模式（GT in ISO mode）；增加上述DI和DO硬接线信号后，可实现一期单循环和二期联合循环机组的控制要求，最终的硬接线接口清单见下表《硬接线接口清单》。

4.4 SPPA-T3000系统的电源

问题：由于SPPA-T3000的服务器柜、燃机套操作员站（4套）、打印机（2台），振动监视系统终端（DMS）（2套），在机组调试期间，布置在燃机就地控制室，在运行期间将这些设备移到集控楼。移到集控楼后，必须解决这些设备的供电问题。

《硬接线接口清单》

解决方案：

（1）西门子SPPA-T3000的服务器柜需要2路120VAC的电源。当布置在燃机就地控制室时，由西门子就地控制室内的电源配电柜供电；当移到集控楼电子设备间时，由电气提供2路120VAC电源，其中一路来自厂用电，一路来自UPS，该服务器自带电源自动切换装置，确保供电的安全可靠。

（2）燃机套操作员站等8套设备各需要一路120VAC电源。当布置在燃机就地控制室时，由燃机就地控制室内的电源配电柜供电；当移到集控室时，由机组DCS的电源分配柜为其供电。机组DCS电源柜将不仅负责DCS设备的供电，同时也为燃机操作员站等设备预留电源回路。电气将为DCS电源柜提供2路电源，其中一路来自厂用电，一路来自UPS，机组DCS电源柜自带电源自动切换装置，确保供电的安全可靠。

4.5 SPPA-T3000系统的接地

问题：SPPA-T3000的部分控制设备从燃机就地控制柜移到集控室后，系统接地问题如何解决？

解决方案：SPPA-T3000的控制设备具体接地要求如下： 对于信号地（CEP），接地电阻必须小于1欧姆，采用#4/0 AWG铜导线，对于安全地（EG），采用 #1/0 AWG裸铜电缆接地电阻须小于1欧姆。

当SPPA-T3000的控制设备在燃机就地控制柜时，统一接到燃机就地控制柜的总接地母排上，当移到集控室后西门子SPPA-T3000的服务器和操作员站和振动监视系统终端将连到机组DCS接地网上，然后再联到全厂接地网。

4.6 燃机紧急停机按钮

问题：在集控室如何实现紧急停燃机？

解决方案：紧急停机按钮是独立于燃机控制系统的，它用于实现控制系统故障状态下或在紧急情况下停燃机。西门子共提供三个独立的紧急停机按钮，一个布置在燃机就地控制室CJQ01机柜的门上，一个布置在燃机润滑油站控制盘上，一个布置在集控室燃机操作台上。按下任何一个按钮，都会紧急停燃机。布置在就地控制室和就地控制柜上的按钮在出厂时，已经安装好了，布置在集控室的紧急按钮为单按钮，西门子提供该按钮，现场负责安装在集控室燃机操台上。

5 结 论

本系统已经应用在委内瑞拉新中心发电厂，目前在集控室操作燃机的问题都已经解决，所有施工图阶段的热控设计已经完成，特别是与燃机控制系统接口的设计都按照上述解决方案中的内容执行。目前机组DCS设备已经运往委内瑞拉新中心发电厂现场，接口问题的解决为机组的顺利调试及机组的安全和经济运行奠定了坚实的基础。

参考文献：

[1]委内瑞拉工程西门子第1～3次设计联络会纪要（热控部分）.委内瑞拉新中心发电厂施工图热控K0301卷册[Z].

[2]西门子.Planta Centro Interface Requirements To Gt Control System[Z].

[3]西门子.Project Specific Hardwired Interface[Z].