火电厂主副机与辅助设备顺序控制系统分析

2019-01-16马亮

中国设备工程 2019年4期

马亮

（陕西渭河发电有限公司，陕西咸阳 712038）

火电厂中所用的顺控系统能够保障火电厂安全、稳定运行。顺控的特点与含义为在火电厂作业的过程中，一些大型设备与工艺系统包括与之相关的辅助设备启动、运行以及停止事故处理会按照预先设定的程序，包括判据、时间等因素实现自动化控制。在火电厂的辅助设备中，系统包括两部分，一类是汽轮、锅炉热力系统，这些设备的运行状态和发电机、汽轮机、锅炉辅助设备与系统有直接的关系，比如发电机氢油水、汽轮机油汽、给水、制粉、燃油、烟风等等。另外一部分为电厂生产中必需的设备与系统，包括化学水处理、燃料运输以及除灰除渣系统与设备。

1 顺控系统历程

我国对顺控技术的研究是从上个世纪60年代开始的。对当时的我国来说顺控技术有着极为突出的地位。在原电科院自动化研究所的带领下，一大批科研单位纷纷响应与参加。在多年的研究下终于实现了应用固态元器件和继电器完成锅炉定期排污、吹灰、高压加热启停顺控操作。至70年代，国内的一些科研单位与设计院投入了更多资金、技术、人力用于顺控装置和技术的开发与研究，到1974年的西安热工所自动化室组建了专业的顺控技术研究团队。从我国对其的研究可以看出，发展顺控技术的关键就是狠抓基础工作。作为其中最基础的内容，阀门电动必须引起高度的关注。

1.1 PLC核心

在20世纪80年代以后，我国陆续引进火电机组及自控装置与自控系统。其中的PLC顺控系统就可以看做是其中最具价值的自控系统之一。我国在1985年所兴修的元宝山电厂所用进口机组为600MW，所用的自控设备为西门子-110FPLC。该自控设备为油燃烧顺控、锅炉保护体完成了功能组级、驱动级、保护顺控。所用的设备和REC-70仪表共同组成了当时的汽轮机控制装置，达成了自启动汽轮机的要求。

在PLC进入国内以后，许多国内的厂家纷纷开始学习PLC技术，有的厂家则直接销售PLC。西安热工所在1984年的控制组所用的就是美国M-84型PLC补给水顺控系统。该系统成功的在首阳山电厂电机组使用。随后由航天部210与西北电力设计院一同研发的输煤顺控系统，该系统所用的PLC为584型，在石横电厂得到了成功的投运。经过近10年的发展，PLC成功的成为了该电厂各类设备与辅助系统的顺控系统。比如煤场堆取、石子煤排放、捞渣、除灰、除渣、吹灰、汽轮机旁路等等。在80年代末电联电厂、华能福州所引进的日本三菱350MW机组中的汽轮机、锅炉顺控系统是由小型计算机与PLC共同组成的。其中汽轮机侧与锅炉各自应用一台PLC，并为其设计了功能组级与驱动级。此外机组的协调功能是在机组管理计算机当中的，能够完成汽轮机停运、降负荷等全部工作。

在PLC快速成为国内电厂顺控主流系统的过程中，DCS实际上也在快速发展与逐渐成熟。该时期顺控系统大多采用自动与手动双重功能和手段。国内外都是如此，比如大连电厂和福州电厂除了在主控室应用顺控功能组与协调启停，同时还为顺控功能设计了模拟屏，每一项设备都配备了手动启停按钮与自动开关。PLC系统人机界面可以实现传统控制盘和操作监视的全面兼顾，工作人员只需要按钮就可以切换控制状态、工艺过程、监控情况。软件开发即所谓的系统组态在此过程中获得了很大的进步，编程器以语句或图形方式变成具有模拟、修改、监视的手段，使得顺控功能的维护、调试、开发获得了新的高度。对比于固态元器件、继电器装置来说是一次技术上的重大革命。

1.2 DCS

20世纪90年代是国内电厂对DCS应用最广泛的时期，国内在该阶段新修的300MW以及更强大的机组所用的监视系统与主控制系统都是DCS系统。此外国内近些年对于国产300MW、东欧进口300MW以及过去的200MW老机组也在应用DCS进行改造，为的是提高机组监视、控制能力。因为DCS主要是面向系统，而PLC面向的是对象，因此对比来看DCS适合大型机组主辅机、系统控制工作，PLC更倾向于小型系统控制需求。DCS凭借着先进的CRT显示技术、通信技术、控制技术、计算机技术，能够为操作人员提供有好的人机界面，工作人员可以利用CRT画面、键鼠装置流畅的完成系统操作和监控，电厂并不需要配备额外的PLC顺控装置。

20世纪80年代末一些电厂（主要是300MW机组）引进了美国NETWORK-90系统。电厂的汽轮机主辅机系统、锅炉系统等等都是其控制内容。随后的一段时间内，又有众多型号的DCS进入到国内的电厂，这些DCS系统除去包括我们所了解的顺控功能以外，一些DCS还兼具启停汽轮机功能。现阶段国内电气顺控开始也引入DCS。虽然不同设计者、不同DCS在机组顺空中会应用到不同方法、结构与装置，不过分级层次结构仍旧是主流方式。DCS顺控有四个等级，包括机组协调级、功能组级、子功能组级、驱动级。国外的SCS包括上述全部功能。国内设计者一般会根据电厂需求进行设计。

2 顺控系统特征

2.1 结构

DCS顺控系统总共两种形式，是按照控制方式即顺序控制所组成的SCS，以及根据热力工艺划分的控制子系统。SCS优点在于子系统控制方式简单，可以将其控制在单独系统内部，其调试、组态、设计全部由熟悉策略、顺控逻辑的工程师负责，不会与闭环系统工程师工作内容冲突，可以大幅提高工作效率。此外PLC/上位机顺控系统同样也是顺控系统重要的结构，包括信号采集、显示、单回路PID调节等功能。

2.2 功能

DCS功能有多个层级结构，不同DCS有着不同的使用途径和控制功能。顺控分级对提高系统维护性、可用性、可靠性中发挥着很大的作用，包括电机、泵、电动门、气动阀启停与开关，能够实现补给水置换、进酸、反洗。电厂冲灰、除灰、制水、再生。

3 顺控系统趋势

实际上不论是PLC/上位机顺控系统还是DCS都需要依赖系统软件和硬件，无互操作、互换、开放性。此外PLC与DCS本身的集成概念与结构限制了自控系统的发展。结合现状以及技术特征来看，未来的数字与模拟DCS或将被FCS所取代。FCS能够做到真正的设备保护、连锁、启停。利用数字信号控制系统，从主控室修改和下载组态、控制逻辑，丰富功能性和自动化水平，对提高电厂工作效率有重要的意义。