600MW火力发电厂控制室及电子间布置优化

张卫宝　杨国春　杨会敏　刘冰洲　王文占　和占强　沈庆东

摘要：为了节约工程投资，根据厂区布置、主厂房布置方式、控制方式，综合考虑投资、运行、维护、环境、人文等各方面因素，优化集中控制室布置、优化电子设备间布置，确定本工程推荐方案，为电厂的运行维护提供了可靠保障，为电厂以后的经济可靠运行创造了必要条件。

关键词：分散控制系统（DCS）布置 电子设备间 集中控制室

1 前言

以往300MW及以上多台机组的火电厂的控制模式多数采用两机一控的模式，集中控制室多数布置在两炉之间的集中控制楼，集控室附近布置电子设备间，机组所有相关电子机柜布置在电子设备间内。近年来，随着技术发展和技术创新，集控楼和电子设备间的大小、位置，产生了新方案。为节约电缆，电子设备间大多采用物理分散，就近分散布置于靠近被控对象的地方，电子设备间大小、数量、位置各工程有所不同。如何综合考虑工程投资、运行维护，合理地布置控制楼和电子设备间，减少工程投资，降低工程造价，提高电厂运行管理水平，是每个工程首先要考虑的问题。

2.工程概况

2.1厂址概述

2.1.1锡林浩特市概况

锡林浩特市东靠赤峰市、通辽市和兴安盟;南望张家口、北京和承德地区;西连乌兰察布市;北与蒙古人民共和国相邻，现有人口17.7万，是我国重要的能源、畜牧业生产基地。煤电及畜牧业是区内主体经济。伴随着改革开放不断深入，区内经济结构发生了重大变化，以畜牧业、煤炭、石油、电力、稀有及有色金属、旅游业为经济发展框架，形成了门类比较齐全、布局较为合理的具有地方特色的民族工业体系。

2.1.2胜利煤田概况

胜利煤田位于内蒙古自治区锡林郭勒盟锡林浩特市西北部的胜利苏木境内，距锡林浩特市3km。整个煤田呈北东～南西条带状，走向长45km，平均宽7.6km，含煤面积342km2，地质储量为22442Mt，其中精查储量1941Mt，详查储量3546Mt，普查储量16955Mt。

大唐东二矿位于划定的胜利煤田大唐东二矿区，呈北东～南西走向不规则的四边形。

地理坐标：

东经：116°06′41″～116°12′38″;

北纬：44°02′97″～44°07′05″。

2.1.3厂址地理位置

大唐锡林浩特电厂位于锡林浩特市大唐东二矿工业广场规划区内，西至市区约15km，东靠煤矿工业广场排土场，北侧为煤干燥项目，厂址东南约1.2km为307省道，距锡林浩特500kV塔拉变10km，距锡林浩特市污水处理厂14km。

2.1.4厂址地形地貌

厂址位于阴山北部高原。厂址区域为冲洪积平原区，场地的边缘有侵蚀残丘存在。厂址地势呈东南高西北低，地形较平坦，地势开阔，微起伏，本期工程厂区海拔标高为1015.5m～1027.5m（1956年黄海高程系统，下同），相对高差12.0m;规划厂区海拔标高为1015.5m～1034.0m，相对高差18.5m。

厂址地表为草场覆盖，厂址用地已经列为建设用地。

2.1.5交通运输

铁路运输：大唐东二矿专用铁路通过锡（锡林浩特）桑（桑根达来）线与集（集宁）通（通辽）铁路相接，并以此与国家铁路网相连，铁路运输较为便利。

公路运输：公路以锡林浩特市为中心，西至赛汉塔拉有锡-赛公路（370km），南至张家口有锡-张公路（440km），东南至赤峰有锡-赤公路（499km），东北至霍林郭勒有锡-霍公路（450km），形成四通八达的公路交通网。电厂通过煤矿工业广场外部道路与307省道（锡赤公路段）相连，并通过307省道可通往锡林浩特市。

2.2厂址气象和地理条件

2.2.1概述

本工程设计阶段水文气象报告执行规范：《电力工程水文技术规程》（DL/T 5084-1998）。

2.2.2工程地质条件

从工程地质条件来看，地层条件简单，无不良地质作用，处于低烈度区，地下水埋深较大。从地貌单元来看，场地位于倾斜冲洪积平原区，场地的边缘有侵蚀残丘存在，根据区域资料，场地曾受剥蚀作用影响，使得场地土的前期固结压力大于现有土的自重应力，属超固结土。从地层的沉积年代来看，除地表有第四系全新统冲洪积的粉土、砂类土层外，主要为第四系上更新统湖积砂类土和第三系上新统泥岩及砂砾岩等老地层。因此，整个厂址区岩土工程条件良好。

电厂主要建筑物基础埋深为-5.00～-6.00m考虑，建筑物基础将置于Ⅲ层中Ⅲ2粉细砂上，Ⅲ2密实粉细砂地基承载力特征值为300～350kPa，承载力较高，沉降量较小，因此该层可作为主要建筑物的天然地基持力层;Ⅳ层硬塑粘土层和Ⅴ层砂砾层是良好的下卧层。

2.2.3场地地震效应

地震基本烈度：根据《中国地震动参数区划图》（GB 18306-2001）和《建筑抗震设计规范》（GB500011-2001），场地地震动峰值加速度小于0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s，相当于地震基本烈度6度区，本工程按7度设防。

2.2.4区域水文条件

锡林河流域属草原性河流，每年有春夏兩汛洪水，夏汛洪水一般发生在6～9月，由暴雨形成，由于该地区干旱少雨，且流域地形较缓，上游为天然草牧场，植被条件较好，因此夏汛洪水流量普遍不大。锡林河年平均流量0.61m3/s，年平均径流量1920×104m3。一年中汛期主要有春汛和夏汛两次，春汛主要由融雪融冰形成，夏汛主要由降雨形成。春汛最大洪峰流量为57.4m3/s，根据锡林浩特水文站实测资料统计，春汛最大洪峰流量57.4m3/s（1987年），水深一般在0.50～1.00m之间。最大七日洪量为1560万m3（1987年）;夏汛最大洪峰流量为37.1m3/s（1992年），最大七日洪量为612万m3（1998年）。洪水过程有单峰和多峰两种类型，以多峰洪水居多，春汛洪水历时15天左右，夏汛洪水历时相对短一些。每年1、2月份为断流期。本河段河水流量的多少取决于上游水库的控制及区间降水量的大小。本工程的厂址位于锡林浩特水库的下游河段，河道水源主要为水库下泄水。

2.2.5气象条件

锡林浩特地区属中温带半干旱大陆性气候。主要气象特征是寒冷、风大、干旱，具有冬寒、夏炎、温差大、无霜期短、冻土深、降雨量少、蒸发量大等特点。多年平均气温2.2℃，极端最高气温39.2℃，极端最低气温-42.4℃，多年平均降雨量286.1mm，多年平均蒸发量1805.1mm，多年平均气压901.6hPa。

50年一遇10m高10分钟平均最大风速采用：V2%=28.0m/s。

全年主导风向：SW（西南风）。

累年最大积雪深度为27cm，发生于1991年03月27日。

据1953～2000年实测资料统计，本地区土壤最大冻结深度为289cm，发生于1970年02月28日。

多年最长结冰日数273天，出现在1979年08月28日至19800年5月26日，统计年限为1979年至2003年。

2.3项目简介

本期工程安装2×660MW超超临界燃煤空冷汽轮发电机组，同步安装SCR脱硝装置。规划容量按4×660MW燃煤机组考虑，并预留扩建条件。机组主机采用直接空冷、辅机间接空冷技术，并同步建设烟气脱硫、脱硝设施。锅炉、汽轮机和发电机均由东方电气股份有限公司设计、制造和供货。

3 方案比选

3.1 本工程集控楼布置方案

控制室的位置受主厂房的布置、工艺设备布置的条件限制，布置位置不同。考虑方便运行维护，一般控制室都布置于主厂房运转层;也有布置于生产办公楼的，通过栈桥与主厂房运转层相连。布置于主厂房运转层的位置典型的方案有布置于两台锅炉中间的、布置于汽机房固定端的、布置于汽机房临时端的、布置于汽机房A排外的。

以往电厂主厂房设计缺乏创新，大多采用四列式布置，即主厂房竖向依次布置汽机房、除氧间、煤仓间、锅炉房。或采用三列式布置，将除氧间和煤仓间合一，设置除氧煤仓间。这种主厂房布置，由于汽机房、除氧煤仓间横向跨度大，锅炉房横向跨度小，在两台锅炉房之间至少要空出两个汽机房柱距，一般不少于25米跨度，而且竖向上锅炉房至除尘器距离也很大，一般不少于70米。因此为节约用地，大多在两炉之间设置控制楼，集控楼内分层布置凝结水精处理再生设备间、化学加药间、柴油机房、电气配电间、化学取样间、热工配电间、热控电子设备间、电气继电器室、集中控制室、空调机房、消防设备间、交接班室、更衣室等。集中控制室布置在集中控制楼运转层前部靠近汽机房侧，一般集控楼插入除氧煤仓间内，集中控制室位于两台机组中心部位，距离两台汽机和锅炉距离近，方便检修。

近年来，国内电厂设计勇于创新，不断推陈出新，主厂房布置方案也多种多样，如比较典型的侧煤仓方式。采用侧煤仓布置方案，主厂房一般采用大汽机房两列式布置，煤仓间设置在两炉之间，这样就不能在两炉之间设置集中控制楼了，这就需要重新考虑控制方式的选择和集中控制室的位置。随着计算机和网络技术的发展，集控室的布置也多种多样，有布置在主厂房固定端的，有布置在主厂房A排外的等等。

我们对几种典型的控制室布置做了调查，见表3.1-1：

控制室的布置多种多样，每种布置都各有优缺点，控制室的布置主要是根据厂区布置、主厂房布置方式、控制方式等因素，综合考虑运行检修需要确定的。考虑本工程建设条件及厂平面优化方案，本工程采用两机一控控制方式，主厂房采用侧煤仓两列式布置方案，考虑A列外布置有电气高压设备且A列外噪音大。因此，本工程控制室布置选择在固定端。

3.2 本工程电子设备间的设计优化方案

以往工程采用大集控楼方案，一般电子设备间都布置于集控室附近，主厂房内所有控制机柜都布置在电子设备间内。近年来，随着技术的进步，为节省电缆和桥架，缩小集控楼体积和占地，节约工程投资，本工程采用电子设备间分散布置方案，就是在锅炉房和汽轮房，分别设置电子设备间，用于分别布置锅炉和汽机的控制机柜。

电子设备间的布置受主厂房的布置、工艺设备布置的条件限制，结合本工程实际，结合控制楼布置，本工程采用物理分散原则，在汽机和锅炉分设电子设备间用于布置锅炉和汽机的DCS机柜，以便节省电缆和桥架，节约工程造价。具体方案如下：

1）在集控楼6.9米中间层设置#1机组汽机电子设备间，布置#1机组汽机DCS机柜、SIS系统机柜、视频监控系统（CCTV）机柜等。

2）在锅炉房B-K0列，12-14轴之间布置#2汽机电子设备间用于布置#2汽机DCS机柜、汽轮机故障诊断系统（TDM）机柜等汽机相关控制机柜。

3）在两台锅炉外侧的K1-K3分别布置#1、#2锅炉电子设备间，布置锅炉DCS机柜、火焰检测控制柜、飞灰含碳检测机柜等两台锅炉相关控制机柜。

3.3 电子设备间物理分散布置的经济分析

采用物理分散后，在不增加DCS系统投资的情况下，降低了投资，具体反映如下：

采用物理分散后，由于DCS機柜靠近被控对象，节省了大量的电缆和电缆桥架。详见表3.3.1-1。

2.此表仅就主厂房电缆和桥架进行分析。

通过对国内600MW机组集控室和电子设备间布置方案的调研结果，不采用物理分散的项目和采用物理分散的电子设备间的面积基本相当。

本工程由于电子设备间分散布置到了主厂房或各个辅助车间，再把其他专业的设备如电气蓄电池、电气配电柜等布置于主厂房，大大缩小了的控制楼，缩小后的集控楼体积只有原常规设计集控楼设计体积的四分之一到五分之一左右，以双鸭山电厂三期工程（两机一控）为例，控制楼体积约为36000m3，本工程控制楼体积约为9500m3，节省控制楼建筑体积约为26500m3，本项目所在地土建工程单位费按590元/ m3 计算，节省土建工程造价费用约（26500 m3X590元/ m3）/10000=1563.5万元。

由于集控楼总体空间的减小，其空调、消防、照明等系统的规模也相应减小，也节省了部分投资。

采用物理分散后，不仅可以节省投资，而且由于减少了土建、热控、暖通等专业安装工程量，也就缩短了安装工期，为机组早日投产创造了条件，提高了企业的经济效益。

3.4 本工程集控室设备布置的设计优化

本阶段集控室设备布置设计了两个方案：推荐方案-固定端操作台一字型布置、备选方案1-固定端操作台弧型布置。

3.4.1 推荐方案-固定端操作台一字型布置

3.4.1.2 控制方式：两机一控。

3.4.1.3 控制楼位置

3.4.1.4 控制楼布置在汽机房固定端，纵向宽度30.0米，结构上轴线与本期汽机房脱开0.5米，在建筑上为独立结构，以防止振动及噪音影响，改善运行环境。控制楼共分0米层、9.9米层、13.7米运转层。

3.4.1.5 各层设备布置

a） 0米层：蓄电池室、配电间;

b） 9.9米层：热工电子设备间、现场检修实验室、空调机组间;

c） 13.7运转层：集中控制室、热控工程师站、交接班室/会议室;

3.4.1.6 集中控制室主要布置设備

a） 运行人员操作站（包括DCS操作员站、NCS操作员站、闭路电视系统操作员站、电气五防操作员站等）;

b） 电视装饰墙;

c） 电视装饰墙上布置20台55“液晶显示器用于显示DCS运行画面、火焰电视画面、全厂工业电视画面等;

d） 电视装饰墙上还布置工业参数指示仪，用于显示包括机组功率、频率、时钟等信息;

e） 值长站;

f） 消防盘。

3.4.1.7 优缺点

a） 控制楼占地省，电子设备间分散布置，控制楼体积小;

b） 控制楼布置于固定端方便施工组织;

c） 控制楼布置于固定端，便于建筑做景观造型，提升电厂形象。

d） 操作台一字型布置，占地小，空间利用效率高，控制室宽敞。

3.4.2 备选方案1-固定端操作台弧型布置

3.4.2.1 控制方式：两机一控。

3.4.2.2 控制楼位置：同推荐方案

3.4.2.3 各层设备布置：同推荐方案

3.4.2.4 优缺点

a） 控制楼占地省，电子设备间分散布置，控制楼体积小;

b） 控制楼布置于固定端方便施工组织;

c） 控制楼布置于固定端，便于建筑做景观造型，提升电厂形象。

d） 操作台弧形型布置，运行人员视角宽广，方便运行监控。

3.4.3 两个方案的技术经济比较

两个方案中推荐方案和备选方案1控制楼布置一样，只是控制室布置略有不同，占地、和体积是一样的，设计时同时考虑将固定端控制楼的柴油发电机房、消防钢瓶间、公用电子设备间、汽水化验站、药品库、取样仪表间、高温架间等布置于主厂房，可节省建筑体积约10400 m3 。

4结论与建议

通过上文论述分析，目前600MW等级及以下电厂采用DCS物理分散方案已被广泛而成功地应用。实践证明DCS实现物理分散布置是完全可行的，同时也可以使分散控制系统分散的特点得以更充分的体现，采用DCS物理分散不仅可以有效地减少电缆及桥架用量，减少施工工作量，节省投资，还可以缩短施工周期，取得显著的经济效益，可以在本工程设计中应用。控制室布置可根据精装修综合考虑，不影响造价。

参考文献

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[9]《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》

作者简介：

和占强，（1989-），男，工程师，内蒙古大唐锡林浩特发电有限责任公司工程设备部热控。