摘要：江西大唐国际抚州发电厂2×1000MW新建工程，工程根据国内外大型火力发电厂发展方向，结合工程采用侧煤仓布置方式，主厂房规划紧凑，DCS采用现场总线技术等特点，并调研吸取国内已投产的百万电厂的设计规划经验，提出了1000MW机组热控自动化设计方案。文章介绍了2×1000MW新建工程项目的设计规划情况，结合工程实际提出了10OOMW机组热控自动化规划可能面临的问题及解决办法。
关键词：热控自动化；系统规划；现场总线仪表；控制系统选型
中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）36-0049-03
随着火力发电机组朝着大容量、高参数方向发展，电厂热工自动化控制对比300MW、600MW机组，1000MW机组控制对象的特性更加复杂，对机组运行的安全性、可靠性指标及控制性能要求更高。目前江西省迎来首个百万机组：江西大唐国际抚州发电厂2×1000MW新建工程，工程根据国内外大型火力发电厂发展方向，结合工程采用侧煤仓布置方式、主厂房规划紧凑、DCS采用现场总线技术等特点，并调研吸取国内已投产的百万电厂的设计规划经验，提出了1000MW机组热控自动化设计方案。本文介绍了抚州2×1000MW新建工程项目的设计规划情况，为专业同行提供参考。
1 厂级自动化系统规划
抚州项目在对厂级自动化系统规划时结合数字化电厂概念，规划设置了一套厂级信息系统，由厂级监控信息系统（SIS）和厂级管理信息系统（MIS）组成。
厂级监控信息系统（SIS）分别与各单元机组的分散控制系统（DCS）、辅助车间控制网（BOP）、电网监控系统（NCS）进行通讯，收集和处理相关过程数据，再通过与厂级管理信息系统（MIS）进行通讯，向MIS系统提供所需的全厂生产过程信息。
厂级信息系统核心网采用万兆网络，提高数据传输速率。将MIS、SIS与闭路工业电视及门禁系统集成为一个完整统一的系统，实现全厂信息系统一体化。为全厂提供管理信息和全过程实时信息管理。实现机组厂级性能计算和优化分析、设备状态诊断、设备综合管理等功能，提高全厂安全、经济运行的水平。
2 机组控制系统及仪表规划
2.1 全厂集中监控
采用炉、机、电集中控制方式，两台机组合设一个集中控制室，辅助车间和500千伏开关站也在该控制室内集中监控，从而使集中控制室成为全厂的控制中心。集控室布置在主厂房固定端，标高15.5米，与汽机房运转层标高一致。设计规划时需考虑集控室与周边生产房间的布置方案和功能，主要注意以下四点：（1）为集控室内运行、检修及管理等相关人员提供工作必需的生活设施，需统筹考虑集中控制室、工程师站室、运行交接班室、现场会议室、办票室、卫生间等布局；（2）为了便于外来人员参观以及减少外部人员对机组运行人员的干扰，集控室需配置相应的隔离设施；（3）结合项目整体布局以及集团要求选择合适的集控室面积和合适的休息厅面积，按功能合并辅助生产房间，使整个控制室的布局更加紧凑、合理；（4）集中控制室下的电缆通道应按机组分开设置，以防电缆发生火灾时波及两台机组。
2.2 机组控制方式
以DCS作为机组监控核心，采用先进的基于现场总线技术的分散控制系统，实现在集控室单元机组炉、机、电、厂用电集中控制。机组DCS控制范围包括机组自起停控制（APS）、模拟量控制（MCS）、锅炉炉膛安全监控（FSSS）、顺序控制（SCS）、数据采集系统（DAS）、锅炉吹灰系统、干除渣控制系统、循环冷却水系统、机组脱硝系统（SCR）、机组脱硫系统（FGD）、汽机电液控制系统（DEH）、锅炉给水泵汽机控制（MEH）、锅炉给水泵汽机紧急跳闸控制（METS）、发电机-变压器组及高压厂用电控制等功能。
在机组控制方式上主要考虑：（1）辅机设备配供小型PLC控制装置尽量能取消就取消，直接由DCS控制，如取消锅炉吹灰、汽机旁路、汽机胶球清洗系统PLC控制装置，同时也不考虑采用基地式单回路调节仪；（2）数字式电液控制系统（DEH）选型尽量采用与主机DCS相同的软、硬件，以利于实现运行人员在同一平台全能监控，降低检修、运行人员培训成本，简化系统设计，统一设备选型，降低维护量和备件成本；（3）烟气脱硫系统采用与单元机组相同的分散控制系统（DCS），每台机组设置一套脱硫控制子网和两台机组脱硫公用控制子网，分别接入机组的分散控制系统（DCS）和两台机组的分散控制系统（DCS）公用控制网在集控室内，机组运行人员通过操作员站可以对烟气脱硫系统的运行情况进行监视和控制，如特许经营则单独成网；（4）机组规划采用自起停控制（APS）功能，实现机组一键启动/停止控制，根据其他同类型电厂经验，实现此功能要提前规划，预留足够的调试时间；（5）在锅炉壁温、发电机线圈温度等温度测量相对较密集的区域，采用远程I/O或智能前端的方式实现数据采集功能，对循环水泵房等距离较远的系统，可采用DCS现场控制站的方式实现，提高系统的合理性和灵活性，减少控制电缆；（6）采用机组运行人员在集控室内以LCD操作员站及大尺寸显示屏为主的监控方式，将极少量的后备硬手操和紧急停机设备安装在控制台上；（7）配合主厂房布置，集控室与电子设备间考虑分散布置，达到控制系统物理分散的目的。锅炉和汽机的热控380V配电柜（包括电动门、电动执行机构、吹灰器供电）也分别采用小型就地电源分配箱分散布置在现场，节省相关材料及工作量，缩短安装周期；（8）燃油泵房纳入分散控制系统（DCS）公用控制网。
2.3 现场总线技术应用范围规划
根据目前现场总线在各个电厂的应用情况以及设计院以往的设计经验，现场总线技术应用范围按如下原则规划：（1）涉及机组安全以及专用系统不采用现场总线（如FSSS、MFT、DEH、ETS、TSI、MEH、METS、MTSI、BPC、SOE等）；（2）除涉及机组安全以及重要调节系统（如减温水控制系统、燃烧调节系统、除氧器水位调节系统等）、重要联锁保护设备的电（气）动门外考虑采用现场总线控制；（3）除接入专用系统（例如汽机电液调节系统DEH等）、主辅机重要保护以及重要调节系统的调节参数外，其他智能变送器根据实际情况部分采用现场总线接入分散控制系统（DCS）；（4）重要的低压电动机采用常规控制方式（如火检冷却风机、密封风机、汽机润滑油泵、发电机定子冷却水泵、真空泵及密封油泵等），其他380VAC低压电动机采用现场总线控制；（5）6kVAC高压电动机采用常规制方式；（6）重要的电磁阀不采用现场总线（如汽机润滑油、抗燃油系统、锅炉燃油系统电磁阀），其他电磁阀根据现场具体情况确定是否采用现场总线；（7）开关量仪表不采用现场总线（如液位开关、温度开关、压力开关等）；（8）温度信号（除个别与采用现场总线的控制阀门相关的信号）不采用现场总线，集中分布的温度测点采用远程I/O或者智能前端接入控制系统；（9）对个别不涉及机组安全运行的设备，其控制方式拟根据实际情况进行
调整。
2.4 辅助车间网络控制
辅助车间控制系统采用PLC，全厂PLC采用同一品牌、同一系列产品硬件，且采用相同版本的监控软件。辅助车间网络控制的控制范围规划包括中央空调系统、压缩空气系统、锅炉补给水处理系统、凝结水精处理系统、输煤系统、除灰系统、电除尘系统、循环冷却水处理（加药）系统、净水站（综合水泵房）、废水处理系统、制氢站、脱硝氨供应和贮存系统等。各辅助系统就地不设置监控点，只设置巡检、调试维护站。各辅助系统通过网络接口分别与辅助车间控制网（BOP网）连接（设置在机组集控室），实现集中控制。
在对辅助车间网络控制设计规划时应考虑：（1）制氢站如采用专用控制系统，可通过通讯与辅网相连，在辅网监视；（2）输煤系统规划进入辅助车间控制网，同时可考虑输煤系统就地监控点按长期运行设置；（3）各辅助车间控制系统（PLC）可以采取工艺系统招标时，打包由工艺系统承包商配套提供，也可以单独将多个辅助车间控制系统（PLC）打包招标；（4）在辅助网络规划时可进一步考虑整个辅助系统控制与单元机组DCS通讯的方案，以实现将来辅助车间运行人员撤销并入单元机组，实现全能值班需求。
2.5 控制系统选型
针对工程的特点，建议在对主厂房分散控制系统（DCS）选型时，重点对以下七个方面进行对比、分析：（1）近五年内1000MW机组应用业绩情况，是否存在重大缺陷和隐患；（2）系统是否支持现场总线使用技术，是否具备两年以上应用业绩；（3）系统软件是否配置、支持智能设备管理软件管理，现场总线设备管理应用范围、深度等需列入考核；（4）系统安全认证等级，抗干扰能力，接地网的形式；（5）系统网络结构是否为快速以太网结构，是否采用服务器架构，网络设备是否为通用型设备；（6）系统组态界面是否为图形化组态方式；（7）是否能够实现远程I/O控制，其应用业绩以及电子设备机柜是否具有物理分散布置的应用业绩等。
建议对辅助车间控制系统选型时考虑PLC品牌是否具有大型火电机组运行业绩以及是否具备双机热备冗余功能等因素。同时需明确以下三点：（1）硬件全厂采用统一品牌、同一系列产品；（2）监控软件（包括操作系统、组态软件等）选用相同软件及版本；（3）明确接口形式、界限，以便上层辅控网络连接。
通过以上要求以降低设备联网、调试等工作的协调难度，缩短工期，提高效率，也有利于投产后的维护。
2.6 仪表及设备材料选型
（1）由于超超临界机组参数高，对一次取源部件的设置要求高，根据其特点需作如下考虑：主汽及再热热段管系范围内测点的仪表阀建议采用进口的优质产品，其中一次门选用串联的小口径工艺阀，其他高温高压范围内测点的仪表阀采用进口的优质产品，并按串联一次门设置，仪表取样导管按介质温度和压力的要求计算和核对其材质、壁厚等规格；（2）执行机构采用智能型一体化产品，变送器选用进口或引进技术生产的智能式产品，压力、差压、温度、流量开关应选用性能价格比较高的产品，以上均应考虑有成功的现场总线应用业绩；（3）热控系统所使用的电缆采用阻燃型电缆，补偿导线采用耐高温型。
2.7 仪表与控制试验室规划
仪表与控制试验室根据电厂的定员和管理模式，热工试验室可按承担或不承担检修任务类型设置。主要规划好设置地点、面积，主要设置电子设备检修室、电子设备保管室和温度、压力仪表计量检定室、检修间和仪表备件贮藏室等工作间。
2.8 仿真培训系统
为满足1000MW国产机组运行、检修人员培训的要求，设置一台全范围的仿真培训系统，要求真实再现电厂机组的控制室，软件要仿真控制室内所能监视和操作控制的系统和设备以及控制室以外在启停和故障处理中必要的就地操作系统和设备至少90%以上，达到电厂系统全范围、工艺流程全过程的高逼真度的仿真。建议仿真培训系统早招标落实，能有针对性地解决生产准备人员的培训问题。
3 结语
电厂热控自动化设计之初需考虑当前最新技术的应用、上级与相关单位的接口规划、检修运行人员的配置结构需求、工程整体布局的影响、工程造价与性能的平衡等各个方面的因素，每个电厂所遇情况将各不相同，在工程建设阶段保证大的原则性的方案以外可能还会出现一些调整。本文针对大唐国际抚州发电公司项目，笔者阐述了现阶段的一些设计方案和想法，为业内同行在工程设计规划过程中提供一些参考和借鉴。
作者简介：李延华（1975—），男，江西南昌人，江西大唐国际抚州发电有限责任公司工程师，研究方向：发电厂工程管理、热控专业技术管理等。