摘要：本文介绍了柴油机发电站的类型及其工艺系统组成，分析了主流柴油发电机组控制系统特点。针对海外项目的特点，阐述其控制系统设计要点。

关键词：柴油机发电站；重油；轻油；海外；控制系统

Abstract: This paper introduces the classification of diesel power  station and its process systems composition, and analyzes the control  characteristics of several mainstream brand diesel generator sets.  According to the characteristics of overseas project, the key points of  control system design are described.

Key Words: Diesel power station; Heavy fuel oil (HFO); Light fuel oil  (LFO); Overseas; Control system

  1　引言

一直以来，在亚非拉等“一带一路”沿线发展中国家和地区饱受电力短缺的困扰，而近年来石油价格长期在低位徘徊，屡创新低的状况使这些地区解决用电短缺迎来曙光，以轻油和重油为燃料，具有设备可靠性高、单机容量适中、燃油经济性较好和建设周期短等特点的柴油机电站契合了他们的需求，可为当地人民生活和工农业生产临时供电或永久供电。

早在上个世纪90年代中期我国就逐渐淘汰了柴油 机发电站，工程设计相关手册和规范更新基本停滞，实施过程中处于无规可依的状态。本文根据海外柴油机发电站设计经验，介绍了柴油机发电站的类型及其工艺系统组成，分析了主流柴油发电机组的控制系统特点，并 针对海外项目的特点，阐述其控制系统设计要点，期望能为参与海外柴油机发电站工程人员提供借鉴。

2　柴油机发电站的类型及工艺系统组成

2.1　柴油机发电站的类型

柴油机发电站分类方法众多。按选用的柴油机转速，可分为高、中速柴油机型；按选用的燃料，可分为轻油型、重油型、原油型和燃气（天然气和伴生气等） 型；按选用的燃料种类数，可分为单燃料型、双燃料型和多燃料型；按供电类型，可分为临时供电型和永久供电型；按建构物形式，可分为箱式型和厂房型；按建站 地址，可分为陆用型和海用型；按柴油机冷却方式，可分为空冷型、直流冷却型和二次闭环循环冷却型。目 前，海外柴油机发电站类型呈现如下特点：

（1）陆用居多；

（2）临时供电和永久供电占比均等；

（3）临时供电多采用集装箱或静音箱式高速柴油 机，永久供电多采用中速柴油机，布置在厂房内；

（4）高速柴油机多采用轻油为燃料，少量采用燃气为燃料。中速柴油机多采用重油为主燃料，轻油为备 用燃料；

（5）以空冷为主，极少二次闭环循环冷却和直流 冷却。

2.2　柴油机发电站的工艺系统组成

柴油机发电站与常规电站控制系统设计的区别在于工艺系统差别，能否熟练掌握不同类型柴油机发电站的工艺系统，是控制系统能否正常投运的关键。高速柴油机的工艺系统相对较简单，可参照国内应急柴油机发 电项目和冷热电三联供分布式能源项目。本文重点介绍典型的以重油为主燃料，轻油为备用燃料，采用空冷布置在厂房内的陆用中速柴油机发电站工艺系统。

2.2.1　燃料系统

通常，重油由汽车运至发电站内，通过重油卸油泵输送至罐区重油储罐储存。首先，重油储罐内的重油经输送泵送到重油中间油罐内，接着重油中间油罐内的重油进入重油分离模块进行分离，然后输送至重油日用油罐。分离出来的渣油用渣油泵输送至渣油罐储存。最后重油日用油罐内的重油进入重油供油模块 向柴油机增压模块供油，重油供油模块一般设置柴油置换接口。重油相关的储罐和设备需要蒸汽加热、管道需要蒸汽伴热。

通常，轻油由汽车运至发电站内，通过轻油卸油泵输送至罐区轻油储罐储存。储油罐内的轻油经轻油供油模块向柴油机增压模块供油。若配置黑启动柴油机和启动锅炉，其燃料也由轻油系统提供。

2.2.2　润滑油系统

通常，润滑油由汽车运至发电站内，通过润滑油卸油泵输送至罐区润滑油储罐储存。润滑油储罐内的润滑油经润滑油泵向柴油机供油。

2.2.3　单元机组（发动机和发电机）辅助系统和设备

单元机组辅助系统主要包括：增压模块、润滑油 分离模块、润滑油预供泵、喷嘴冷却模块、预热模块、 进排气系统、空冷系统、高低温膨胀水箱和主厂房机组通风器等。上述系统和设备与单元机组本体密切相关， 由柴油机厂家提供推荐配置系统图，各品牌柴油机大体类似，但模块划分和细节千差万别。

2.2.4　其它公用辅助系统

典型的柴油发电站还配置化水处理系统、生活污水处理系统、油污水处理系统、压缩空气系统、启动锅 炉系统、余热锅炉系统、锅炉加药系统、闭式水加药系 统、工业水系统、消防水系统和黑启动柴油机等，环境保护要求严格的地区还配置脱硝系统和脱硫系统。上述 系统与常规电站项目系统基本相同，不做赘述。

3　主流柴油机发电机组控制系统特点  

高速柴油机工艺系统简单，机组控制系统集成性好，除公用辅助系统需要简单控制外，基本无额外设 计，本文重点介绍中速柴油机控制系统的特点。

世界主流品牌中速柴油机生产商有曼恩 （MAN）、瓦锡兰（Wartsila）和卡特比勒（CAT） 等，均在国内有许可生产商或者代理商。其中，曼恩 （MAN）有8家；瓦锡兰（Wartsila）有3家；卡特比 勒（CAT）有1家[1]。海外柴油机发电站普遍采用上述 品牌产品，其控制系统特点分别如下：

3.1　曼恩（MAN）柴油发电机组控制系统特点

曼恩（MAN）柴油发电机组控制系统由机组控制柜（GCP）、发动机控制柜（ECP）、公用控制柜 （CCP）以及机组辅助控制柜（EAP）、空冷控制柜 （ERP）和控制网络组成，控制规划图如图1所示[2]， 图中双向箭头连接线条代表控制或者电源等硬接线，其余连接线条代表通讯。

图1 曼恩（MAN）柴油发电机组控制规划图

其中，机组控制柜（GCP）布置在集控室内，柜内设有可编程逻辑控制器（PLC），主要完成对机组及机组辅助系统的控制、保护和监视，同发电机的出口开 关、中心点接地开关和全厂监控系统相连，同时，也与公用控制柜（CCP）相连，有时，也将余热锅炉控制柜 （BCP）纳入。

发动机控制柜（ECP）布置在机组旁，柜内设有发动机转速控制器和发电机自动电压调节器（AVR）,是机组和机组控制柜（GCP）的联络接口，负责采集机组 的信号，并向机组发出保护指令，且在紧急情况下，向机组辅助控制柜（EAP）发出急停信号。

公用控制柜（CCP）布置在集控室内，主要完成组网、公用保护、机组间负荷分配调节等功能。

机组辅助控制柜（EAP）是一面I/O柜，一般布置 在电子设备间内。主要完成对2.2.3节中除空冷系统外 的单元机组辅助系统和设备的监视和控制。

空冷控制柜（ERP）是一面I/O柜，一般布置在电子设备间内，也可直接布置在距离空冷塔较近的就地电子设备间内。主要完成对2.2.3节中空冷系统的监视和控制。

3.2　瓦锡兰（Wartsila）柴油发电机组控制系统特点

瓦锡兰（Wartsila）柴油发电机组控制系统由机组控制柜（Genset control panel）、机组就地 控制柜（Genset local control panel）、公用控制 柜（Common control panel）、机组辅助控制柜 （Genset aux. Control panel）和控制网络组成，其 控制规划图如图2所示[3]，图中连接线条代表通讯和硬接线。

图2 瓦锡兰（Wartsila）柴油发电机组控制规划图

机组控制柜（Genset control panel）、机组就地控制柜（Genset local control panel）、公用控制 柜（Common control panel）的功能分别与3.1节中 的GCP、ECP、CCP的功能基本相同，但机组控制柜 （Genset control panel）一般不接入余热锅炉控制柜 （BCP）。而机组辅助控制柜（Genset aux. Control  panel）的功能则包括了3.1节中的EAP和ERP的全部功 能。

3.3　卡特比勒（CAT）柴油发电机组控制系统特点

卡特比勒（CAT）柴油发电机组控制系统由机组控 制柜（GCP）、就地数据柜（LDP）、厂控柜（PCP） 和控制网络组成，其控制规划图如图3所示[4]。

图3 卡特比勒（CAT）柴油发电机组控制规划图

机组控制柜（GCP）和厂控柜（PCP）的功能分 别与3.1节中的GCP、CCP的功能基本相同，但机组控制柜（GCP）一般不接入余热锅炉控制柜（BCP），且 PCP囊括的功能更广泛，有全厂监控的功能。就地数据 柜（LDP）的功能则包括了3.1节中ECP、EAP和ERP 的全部功能。

4　柴油机发电站控制系统设计要点

4.1　全厂控制系统的选择

分散控制系统（DCS）和可编程逻辑控制器（PLC）已广泛应用于电站全厂控制系统，均能满足柴油机发电站的控制要求，一般柴油发电机组控制系统是 PLC。针对海外项目要求设备型号统一、备品备件种类少和备品备件易得的特点，可按如下原则进行全厂控制系统的选择。

（1）如果柴油发电机组成套商提供了全套机组控制柜，除项目有特殊要求外，建议选择与柴油发电机组控制系统同品牌同系列的PLC。

（2）如果柴油发电机组成套商只提供了发动机控制柜/机组就地控制柜/就地数据柜时，可按经济性适用性原则灵活选用DCS或者PLC。

项目经验表明方式（2），设计和调试过程中与成套商全程配合工作量，深入沟通确定的技术细节多， 容易出现沟通错误，尤其当机组从国外直接采购时，与外方沟通工作量大效率低，甚至影响项目实施进度。 因此，建议采购时尽量选用成套性好的产品，按方式 （1）选择全厂控制系统。

4.2　全厂控制系统规划

全厂控制系统规划按工艺保护连锁要求、功能和位置相近的分区域分散集中控制的原则进行。

（1）2.2.3中系统和设备与柴油发电机组本体一起纳入单元机组控制；

（2）2.2.1~2.2.2中系统和设备以及2.2.4中油污水处理系统一般布置在油罐区附近，设油系统控制柜；

（3）化水处理系统设化水系统控制柜；

（4）生活污水处理系统、工业水系统、消防水系 统一般布置在一个区域，设水系统控制柜；

（5）压缩空气系统、启动锅炉系统、锅炉加药系 统、闭式水加药系统一般布置在主厂房区域，设杂项控制柜； （6）脱硝系统和脱硫系统分别单独设控制柜；

（7）余热锅炉系统视情况纳入杂项控制柜或者单元机组控制；

（8）电气系统设电气控制柜。

上述各系统控制柜组网形成全厂控制网络，控制 网络为双冗余，并配置相应的操作员站、工程师站、服务器、打印机等人机接口。

4.3　其它注意事项

（1）应详细落实项目所在地对控制系统软硬件、 自动化水平的具体要求以及运行人员素质和操作习惯等情况，并开展针对性设计。

（2）部分项目所在地环境条件恶劣，存在高温 （低温）、湿度大、高烟雾或者沙尘天气频繁等现象， 需要考虑特殊的防护措施。

（3）全厂装机容量较小时，可不设置工程师室， 工程师站和服务器等可与操作员站等布置在集控室内。

（4）柴油发电机组控制系统的标准化和系列化较成熟，逻辑固化，一般不允许修改。通常，海外项目除机组本体外的其它设备均为国产，须按柴油发电机组控制系统的要求进行设计和采购，如电动机控制，其一般只接受单点控制，即1个DO（启动/停止），2DI（运 行，故障）。且对触点常开（NO）常闭（NC）状态有明确要求；当电动机变频时，其一般只接受1个AI（频 率反馈），1个AO（频率指令），其它信号均不能接 入。工艺系统中的温度、压力和流量等仪表安装位置和信号类型（模拟量、开关量或者脉冲量等）也有明确要求。

（5）重油分离模块、润滑油分离模块和增压模块等一般自带小型控制器，硬接点较少，大部分信号以通讯方式传输到全厂控制系统，因此，全厂控制系统需预留足够的通讯接口。

（6）增压模块与重油供油模块和轻油供油模块之间需设置直接硬连锁，即重油供油模块和轻油供油模块需将运行状态反馈给增压模块，作为其允许启动条件。

（7）通常柴油发电机组只成套提供控制柜，而不提供连接电缆。其接线图开列电缆均是欧美线规，需选择合适的国标电缆与之对应，进行替代。

5　结束语

本文根据海外柴油机发电站设计经验，对柴油机发电站的类型及其工艺系统组成进行了介绍，对主流柴油发电机组的控制系统特点进行了分析，并阐述其控制系统设计要点。实际上每个海外项目情况千差万别，需结合具体项目特点灵活应对，综合考虑技术合理性、经济可行性和可实施性进行柴油机发电站控制系统设计。

作者简介：

任　林（1981-），男，四川南充人，高级工程师，现 就职于中机国际工程设计研究院有限责任公司，主要研究方向是电厂热工控制设计。

常峥嵘（1984-），男，湖南长沙人，工程师，现就职于中机国际工程设计研究院有限责任公司，主要研究方向是电厂工艺设计。

参考文献：

[1] 吴继英. 海外重油箱式电站和厂房式电站分析对比[J]. 工业工程设计, 2020, (4) : 117 – 118, 131.

[2] Scheme PLC architecture GCP[M], MAN diesel&turbo SE, 2013.

[3] Automation layout Gas plants (C3) and Oil plants (C2)[M]. Wartsila 2011.

[4] CAT 9CM32C technical specification, Lei Shing Hong machinery (Shanghai) Ltd. 2017.

摘自《自动化博览》2021年5月刊