活动链接：2013年控制网行业专题---节能增效 电力新发展

   摘要：为了提高控制水平，大型火电机组全厂DCS一体化程度越来越高。本文以国产DCS—HOLLiAS MACS系统在广东南海2X300MW燃煤扩建机组上的成功应用，阐述了一体化设计方案。

   关键词：全厂一体化；火电厂；HOLLiAS MACS
 
   80年代初，电厂热工设计的主导思想是CAMP（Control、 Alarm、 Monitor 、Protect），即指控制、报警、监视和保护需互相独立，组成各自的系统。随着DCS系统在电厂控制上的应用，很多电厂热工分工改用机、炉、电的划分方式，加强了系统之间的相互联系，可以说这是电厂一体化的起步。为了进一步提高电厂机组的控制水平，使电厂运行更经济，更安全，一体化的控制程度也越来越高。

  1. 目前大型火电厂控制系统现状

   目前DCS已在大型的火电（300MW及以上机组）机组得到了广泛地应用，在全厂辅网系统应用也逐渐增多。

   1.1. 单元机组控制系统一体化程度提高

   随着电厂将电气发变组和厂用电系统的控制（ECS）功能纳入DCS的SCS控制功能范围，ETS控制功能改由DCS模件构成，DEH与DCS的软硬件统一，以及一些机组的烟气脱硫、脱硝控制直接也进入单元机组DCS控制，标志着控制系统一体化，在DCS技术的发展推动下得到很大加强。

   1.2. 全厂辅控系统逐渐向主机一体化靠拢

   目前在电厂辅网系统（简称BOP），主要包括水、煤、灰以及其它PLC控制小系统。控制上，PLC和DCS的差别并不十分明显，PLC在成熟度和工程经验上占有优势，但不同的供货商提供的控制系统之间接口较多，需要进行较多的接口协调工作，而DCS一体化方案在系统数据通讯交换方面使整体网络结构简洁，通讯可靠，通讯速率更高；且由于全厂采用统一的DCS软硬件，在系统运行、检修、维护上对用户来说都是极大的便利。辅助车间控制系统无论采用PLC或DCS，在功能上均能满足控制要求，但要实现全厂主、辅机控制系统一体化，DCS系统具有更大的优势。

   1.3. 局部系统应用现场总线技术

   自动化技术的发展，推动了自动化仪表产品的出现，现场总线系统（FCS）是其中一种，HOLLiAS MACS DCS 的现场控制级即采用该总线技术，提高了控制信号传输的准确性、实时性、快速性和机组运行的安全可靠性，解决了现场设备的现代化管理，同时也降低工程投资。因此现场总线技术跟DCS系统的深入结合是今后电厂控制系统发展的趋势。

   2. 项目概况

    该电厂一期工程安装2台200MW高压燃油机组，现已经通过了水煤浆锅炉的技术改造，采用的DCS控制系统为HOLLiAS MACS。新扩建2台300MW级燃煤供热机组，三大主机均采用哈尔滨三大动力公司的产品，锅炉为亚临界、∏型、自然循环、一次中间再热、单炉膛、四角切圆燃烧方式、摆动火嘴调温、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊结构、露天布置的燃煤汽包锅炉；汽机为亚临界一次中间再热，单轴、双缸双排汽、抽汽凝汽式供热汽轮机；发电机为QFSN-330-2型,水､氢､氢冷却方式，静态自并励励磁，额定容量为388MVA。全厂DCS控制系统亦为HOLLiAS MACS。

   3. 全厂控制系统一体化配置方案

   DCS网络为和利时典型的C/S网络结构，横向分层，分为控制层和监控层。纵向采用“域”的概念，数据传输，相对独立，克服了对等网络结构扩展时影响已经投运的设备、影响网络负荷、影响数据传输速率等弊端。监控层设置不同的地址，可以直接进行连接，保证新“域”设备调试和并入主网时不影响已经运行的设备，实现了网络方便的扩展性。全厂DCS控制系统采用“域”的概念，分为五个相对独立的“域”，公用为#0号域，#1机组为#1号域，#2号机组为#2号域，辅网DCS系统分为#3号域，脱硫系统为#4号域。上层监控网通过网线或光纤相互级联，通过一台计算机可以登陆到网络的任何一个域，可以查看任何一个域设备的运行情况，达到全厂“透明”监控，实现机、炉、电、公用、辅助等系统即分散又集中的全能值班，确保机组的启动、停止、安全经济运行和事故处理。

   3.1. 单元机组DCS系统 

   单元域其覆盖范围包括：数据采集系统(DAS)、模拟量控制系统(MCS)、顺序控制系统(SCS)、炉膛安全监控系统(FSSS) 、汽机旁路控制（BPS）和电气控制（ECS包括发变组、厂用电等）等。

   汽轮机电液调节装置(DEH)、给水泵汽轮机控制系统(MEH)均随主设备配供，采用与主机DCS系统相同的软硬件配置，并纳入单元DCS四个独立的现场控制站。

   锅炉炉管泄漏检测系统采用独立的监控系统，与DCS进行通讯，实现上位机集中监视。锅炉吹灰系统随锅炉配套，通过通讯+硬件线方式纳入单元机组DCS系统。锅炉脱硝系统也纳入单元机组DCS控制范围内。

   循环水泵房控制分两部分接入DCS，与循环水泵6kV配电装置联系的信号直接与主厂房内的DCS单元机组主控制柜连接，循环水泵房内的信号设就地远程I/O柜，通过光纤及专用的DP转换器与放在电子间的主控柜连接。

   在集中控制室内，操作员站的LCD和鼠标是机组监视与控制的中心。单元机组实现全LCD监控，每台单元机组配置5台LCD操作员站(含DEH操作员站)，操作员站的功能相同，信息共享。当分散控制系统（DCS）发生通讯故障、失电或操作员站全部故障时，可通过安装在操作台上的少数独立于DCS的硬按钮：主燃料跳闸（MFT）、汽机紧急跳闸、发电机解列等硬手操按钮实现机组安全停机。

   3.2. 公用DCS系统

    燃油泵房、仪表及检修用压缩空气系统、热网系统、脱硝氨气站、厂用电公用部分等纳入机组公用域监控，可分别由任一单元机组DCS操作员站进行监控，正常运行时通过闭锁由#1机组操作站监控，当#1机组检修时，监控权可切换至#2机组操作站监控。

   脱硝氨气站控制系统采用PLC控制方式，随锅炉厂配供。采用通讯方式接入主厂房DCS公用网络，控制点设在集中控制室。

   3.3. 辅助车间DCS系统

   锅炉补给水处理、工业废水处理系统、净水站、综合水泵房、污水处理系统、电除尘、气力除灰、机械除渣、汽水取样及加药系统、集中空调等辅助车间组成全厂辅助车间分散控制系统。

    监控布置为“3+1”即“3分散+1集中”，即在现场水、煤、灰3个分散控制点分别设置操作员站和控制柜，同时在主厂房集中控制室内也设置操作站，通讯用光纤连接。

   在安装调试和初期运行期间采用水、煤、灰分散控制点监控。为了减少值班运行人员，提高效率，便于总值长的统一协调管理，提高自动化水平和经济运行水平，在辅助车间系统调试完成正常运行后，运行人员通过布置在集中控制室的全厂辅助车间控制系统操作员站，实现对辅助系统(车间)的启/停运行控制，正常运行的监视和调整以及设备运行异常与事故工况的处理。全厂辅助车间分散控制系统配置方案图详见下图。
   
                 
                                      图1 全厂辅助车间分散控制系统配置

  3.3.1. 水网系统

   锅炉补给水处理系统、工业废水处理系统、净水站、综合水泵房、汽水取样及加药系统、含油污水等作为一个单独的水控制点进行集中控制，控制室设在化水车间内。

   水汽取样及加药系统也纳入DCS系统，设置远程I/O，光纤连接，监控功能由锅炉补给水DCS控制站实现，纳入辅助车间DCS网络的水网系统。

   集中空调控制系统采用DCS，直接纳入辅助车间DCS网络，控制点设在集中控制室。

  净水站、综合水泵房各设一套DCS远程I/O柜，监控功能由锅炉补给水DCS控制站实现，纳入辅助车间DCS网络的水网，控制点设在化水控制室及集中控制室。

  污水处理厂家自带小控制系统；含油污水控制系统以硬接线接入取样加药远程I/O站。

   3.3.2. 煤网系统

  电厂煤系统通常包含输煤和含煤废水处理两部分内容。煤系统控制工艺流程如下图所示：

                  
                                             图2 输煤系统控制工艺

    由于输煤系统现场设备分散，输煤线路长等特点，整个系统一般分为多个设备相对集中的分站进行控制：在程控室设立主站；在碎煤机室或储煤罐设立控制分站；在原煤仓间设立远程站。输煤控制设计可分为程控自动、联锁手动、解锁手动三种功能。程控自动是通过上位机选流程，然后预启。待挡板和除铁器到位后，发出允许启动，这时按下程启按钮，设备按逆煤流方向自动依次启动，进入正常工作状态。工作完毕后，按程停按钮,系统自动按顺煤流方向从煤源开始停相关设备。正常情况下多采用程控启动，其它两种方式多见于调试或部分设备故障情况下使用。

    3.3.3. 灰网系统

   纳入灰网DCS监控的有:气力除灰系统(含除灰空压机､灰库)､水力除渣系统､电除尘系统等｡其中电除尘系统由电除尘供货商配供IPC控制系统，与灰网DCS做通讯监视｡监控亦采用就地设灰控控制室及电子集中监控相结合的方式。

    3.4. 脱硫系统

   烟气脱硫系统由在脱硫岛电控楼设置的一套独立FGD_DCS实现监控（两台机组合设一套），FGD_DCS采用与主厂房DCS一致的软硬件。FGD_DCS机柜和工程师站布置在脱硫岛电控楼的电子设备间内，FGD_DCS操作员站布置在脱硫岛电控楼的控制室内，作为脱硫系统的主要监控点。少量重要的信号通过硬件线与主机相连。

   3.5. 全厂DCS基本配置

  本工程全厂分散控制系统(DCS)机柜及操作台数量如下表:
  
                   

   4. 结语

   本工程#1、#2机组分别于2010 年1月和4月通过168小时满负荷试运行，是电厂DCS控制全厂一体化成功应用的典型范例。调试及运行过程中，HOLLiAS MACS DCS系统在电厂一体化控制应用上体现出通用性强、组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、显示操作集中、人机界面友好、运行安全可靠等优点，为电厂稳定、可靠、经济运行提供了有力的保障。

   电厂控制系统全厂DCS系统一体化是当然业内一个大趋势，它能够提高全厂自动化控制水平，优化电厂资源配置、降低热工备品备件类型和数量、减少维护人员及费用，从而进一步提高电厂“竞价上网”的市场竞争力。

   参考文献：

   [1]胡晓花.火电厂辅助车间控制方式及系统选型方案讨论[J].电厂自动化，2008，3：60-65.

   [2]章素华.现代发电厂自动控制一体化思想讨论[J].火电厂热工自动化,2006,1:52-59.  

   摘自《自动化博览》2011年第十期