增城9H燃气—蒸汽联合循环机组控制网络设计

钱澄浩，李昆仑，王 忠，郑 强，谢立国

(1. 中国电力工程顾问集团西南电力设计院有限公司，四川 成都 610021；2. 华电福新广州能源有限公司，广东 广州 511300)

0 引言

燃气—蒸汽联合循环机组具有热效率高、三废排放少、启停快速等优点，近年来尽管电力需求疲软，但我国的燃气电厂装机容量和发电量却反而出现大幅增长。为适应电网调峰的需要，F级燃气轮机作为目前国际上最成熟的燃气轮机机型，在我国已经得到了广泛的应用，但随着重型燃气轮机技术的不断发展，容量更大、效率更高、技术更先进的9H级燃气轮机逐渐崭露头角[1-2]，并在华电广州增城燃气冷热电三联供工程(以下简称“增城工程”)中进行了首次运用。基于增城工程，针对9H燃气—蒸汽联合循环机组控制网络设计进行研究将为我国后续工程提供技术支持和储备。

增城工程采用2台SGT5－8000 H重型燃气轮机，配套2台SST5－5000汽轮机，组成两套“一拖一”多轴燃气蒸汽联合循环机组，即1台燃气轮发电机组配1台余热锅炉，1台余热锅炉供汽给1台抽凝式蒸汽轮发电机组，单套联合循环的装机容量约为650 MW，同步建设烟气脱硝装置，不设旁路烟囱。

1 控制方式设计方案

1.1 控制自动化水平

增城工程具有较高的自动化水平，能在少量巡回检查人员的配合下，在集控室内以机组操作员站、公用及辅助车间操作员站为中心，实现机组及辅助系统的启动、正常运行的监视和调整(包括负荷调整)、事故报警及处理、正常停机或紧急停机。运行人员在控制室内通过分散控制系统(distributed control system，DCS)操作员站对机组及辅助车间的监视控制能够达到：

1)在极少量就地巡视人员的配合下，在集中控制室实现机组的全工况、全范围的自启停控制；

2)以DCS操作员站为监视控制中心，在集中控制室实现电厂系统正常运行工况的控制、监视和调整及异常工况和事故工况的处理；

3)完善的模拟量控制系统及顺序控制系统设计，实现联合循环协调控制和自动启/停控制(APS)，高度自动化、智能化尽可能降低人工操作量，提高运行安全性；

4)综合机组、辅助车间有关的实时信息，为机组、辅助系统的运行提供基于优化计算和分析的数据，实现生产过程的实时、高效的优化控制和管理。

1.2 机组控制方案

增城工程采用集中控制方式，两台燃气－蒸汽联合循环机组及全厂辅助车间(系统)、电气系统合用一个集中控制室，实现在一个集中控制室中对本工程两台燃气轮发电机组、蒸汽轮发电机组、余热锅炉及热力系统，全厂辅助车间(系统)及电气系统的集中监视和操作，实现两机一控。运行人员在集中控制室内能实现机组正常运行工况的监视、调整及机组异常工况的紧急处理或停机，在少量就地人员巡回检测和少量操作的配合下，完成机组的启动和正常停机。

控制系统采用DCS进行监控。联合循环DCS控制系统和燃气轮发电机组、蒸汽轮发电机组控制系统之间采用少量的硬接线连接。

在联合循环操作台上，布置必要的独立于联合循环DCS和燃气轮发电机组控制系统的硬手操设备，以备在联合循环DCS和燃气轮发电机组控制系统发生全局性或重大故障时，确保机组、设备的紧急安全停运。

1.3 辅助系统控制方案

公用系统如化学加药、天然气调压站、仪/杂用空压站、供热网、循环水泵房、厂用电公用系统等纳入机组公用/辅控DCS网络监控。

辅助车间系统如锅炉补给水处理、凝结水精处理、循环水处理系统、区域制冷站、补给水系统、厂内净水站、脱硝还原剂制备系统等也纳入机组公用/辅控DCS网络集中监控。

锅炉补给水处理系统采用机组公用/辅控DCS网络的远程站实现在集中控制室的集中监控，锅炉补给水处理系统DCS机柜布置在锅炉补给水控制装置室，并就地设1台调试站。

制冷站采用机组公用/辅控DCS网络的远程站实现在集中控制室的集中监控，制冷站系统DCS机柜布置在制冷站控制装置室，并就地设1台调试站。

取水泵房控制装置室内设置DCS远程I/O站，完成补给水系统的监控。DCS远程I/O站通过冗余光纤接至机组公用/辅控DCS网络，就地不设操作员站，仅设置调试站接口，在调试阶段采用便携式电脑完成系统调试工作。

1.4 全厂自动化系统网络图

增城项目全厂自动化系统网络配置图如图1所示。

图1 全厂自动化系统网络配置示意图

2 控制系统配置方案

2.1 人机接口站配置

增城项目DCS和燃机汽机控制系统(turbine control system，TCS)人机接口站配置情况详见表1。

表1 增城项目DCS和TCS控制系统人机接口

2.2 控制系统I/O点

增城项目DCS控制系统I/O点统计情况详见表2。

表2 增城DCS项目控制系统I/O数量

2.3 控制器及机柜配置

1)机组公用及辅助系统(车间)控制系统控制器及机柜配置机组公用及辅助系统(车间)控制系统配置15对控制器，其中天然气调压站、燃气锅炉控制系统采用与机组公用及辅助系统(车间)控制系统相同的软硬件，随主设备供货商供货。机组公用及辅助系统(车间)控制系统配置有15面控制柜、5面扩展柜，共20面机柜。

2)余热锅炉及其辅助系统控制系统控制器及机柜配置余热锅炉及其辅助系统控制系统每台炉配置4对控制器，每台炉配置有4面控制柜、2面扩展柜，共6面机柜。

3)汽机及辅助系统控制系统控制器及机柜配置汽机及辅助系统控制系统每台机组配置7对控制器，每台机组配置有7面控制柜、2面扩展柜，共9面机柜。

4)电气系统控制系统控制器及机柜配置电气系统每台机组配置4对控制器，电气公用配置2对控制器，每台机组配置有4面控制柜、1面继电器柜，共5面机柜；电气公用配置有2面控制柜、1面继电器柜，共3面机柜。

5)电源网络柜配置

每台机组在余热锅炉电子设备间、燃机汽机电子设备间分别配置1面电源网络柜，在集控楼机组公用电子设备间内配置1面电源网络柜，辅助车间根据总平面规划共配置2面电源网络柜。

增城项目全厂DCS控制器及机柜配置详见表3。

表3 全厂DCS控制器及机柜配置表

2.4 操作台硬手操按钮设置

增城项目为保证在紧急情况下快速、安全停机。硬手操按钮布置于操作员站的桌面上，并应便于操作，同时应带有安全防护罩以防误动。具体的按钮的数量、接点要求详见表4。

表4 硬手操按钮配置表

2.5 主机TCS控制系统配置

增城项目主机TCS系统随主机厂配供，燃机控制系统包括燃机及其相应辅机系统、汽机控制系统包括汽机及其相应辅机系统等的控制功能。燃机TCS控制和保护系统和汽机TCS控制和保护系统采用软硬件一体化配置，本工程主机厂供的TCS控制系统详细配置见表5：

表5 主机TCS控制系统配置

续表

2.6 TCS与DCS硬接线点

增城项目燃机—汽机的控制系统(TCS)与联合循环控制系统(DCS)之间硬接线交互信号共计113点。硬接线信号主要包括主机调节联锁保护所需的各输入信号、主机各工况状态的反馈信号以及主机跳闸状态的反馈信号。

3 结语

增城项目是国内首台9H燃气—蒸汽联合循环机组，采用了效率更高、性能更为先进的燃机和汽机作为主机，在全厂控制系统的网络设计上，本工程将主机厂供燃机、汽机控制系统与联合循环机组DCS之间做到了连接贯通、整体协调，本文对增城项目控制网络的详细设计和配置方案进行了梳理和总结，将为我国今后更多9H级燃机机型的设计提供参考和借鉴。