錢澄浩，李昆侖，王 忠，鄭 強，謝立國

(1. 中國電力工程顧問集團西南電力設計院有限公司，四川 成都 610021；2. 華電福新廣州能源有限公司，廣東 廣州 511300)

0 引言

燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組具有熱效率高、三廢排放少、啟停快速等優(yōu)點，近年來盡管電力需求疲軟，但我國的燃氣電廠裝機容量和發(fā)電量卻反而出現(xiàn)大幅增長。為適應電網調峰的需要，F(xiàn)級燃氣輪機作為目前國際上最成熟的燃氣輪機機型，在我國已經得到了廣泛的應用，但隨著重型燃氣輪機技術的不斷發(fā)展，容量更大、效率更高、技術更先進的9H級燃氣輪機逐漸嶄露頭角[1-2]，并在華電廣州增城燃氣冷熱電三聯(lián)供工程(以下簡稱“增城工程”)中進行了首次運用?；谠龀枪こ蹋槍?H燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組控制網絡設計進行研究將為我國后續(xù)工程提供技術支持和儲備。

增城工程采用2臺SGT5－8000 H重型燃氣輪機，配套2臺SST5－5000汽輪機，組成兩套“一拖一”多軸燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組，即1臺燃氣輪發(fā)電機組配1臺余熱鍋爐，1臺余熱鍋爐供汽給1臺抽凝式蒸汽輪發(fā)電機組，單套聯(lián)合循環(huán)的裝機容量約為650 MW，同步建設煙氣脫硝裝置，不設旁路煙囪。

1 控制方式設計方案

1.1 控制自動化水平

增城工程具有較高的自動化水平，能在少量巡回檢查人員的配合下，在集控室內以機組操作員站、公用及輔助車間操作員站為中心，實現(xiàn)機組及輔助系統(tǒng)的啟動、正常運行的監(jiān)視和調整(包括負荷調整)、事故報警及處理、正常停機或緊急停機。運行人員在控制室內通過分散控制系統(tǒng)(distributed control system，DCS)操作員站對機組及輔助車間的監(jiān)視控制能夠達到：

1)在極少量就地巡視人員的配合下，在集中控制室實現(xiàn)機組的全工況、全范圍的自啟?？刂?；

2)以DCS操作員站為監(jiān)視控制中心，在集中控制室實現(xiàn)電廠系統(tǒng)正常運行工況的控制、監(jiān)視和調整及異常工況和事故工況的處理；

3)完善的模擬量控制系統(tǒng)及順序控制系統(tǒng)設計，實現(xiàn)聯(lián)合循環(huán)協(xié)調控制和自動啟/停控制(APS)，高度自動化、智能化盡可能降低人工操作量，提高運行安全性；

4)綜合機組、輔助車間有關的實時信息，為機組、輔助系統(tǒng)的運行提供基于優(yōu)化計算和分析的數(shù)據，實現(xiàn)生產過程的實時、高效的優(yōu)化控制和管理。

1.2 機組控制方案

增城工程采用集中控制方式，兩臺燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組及全廠輔助車間(系統(tǒng))、電氣系統(tǒng)合用一個集中控制室，實現(xiàn)在一個集中控制室中對本工程兩臺燃氣輪發(fā)電機組、蒸汽輪發(fā)電機組、余熱鍋爐及熱力系統(tǒng)，全廠輔助車間(系統(tǒng))及電氣系統(tǒng)的集中監(jiān)視和操作，實現(xiàn)兩機一控。運行人員在集中控制室內能實現(xiàn)機組正常運行工況的監(jiān)視、調整及機組異常工況的緊急處理或停機，在少量就地人員巡回檢測和少量操作的配合下，完成機組的啟動和正常停機。

控制系統(tǒng)采用DCS進行監(jiān)控。聯(lián)合循環(huán)DCS控制系統(tǒng)和燃氣輪發(fā)電機組、蒸汽輪發(fā)電機組控制系統(tǒng)之間采用少量的硬接線連接。

在聯(lián)合循環(huán)操作臺上，布置必要的獨立于聯(lián)合循環(huán)DCS和燃氣輪發(fā)電機組控制系統(tǒng)的硬手操設備，以備在聯(lián)合循環(huán)DCS和燃氣輪發(fā)電機組控制系統(tǒng)發(fā)生全局性或重大故障時，確保機組、設備的緊急安全停運。

1.3 輔助系統(tǒng)控制方案

公用系統(tǒng)如化學加藥、天然氣調壓站、儀/雜用空壓站、供熱網、循環(huán)水泵房、廠用電公用系統(tǒng)等納入機組公用/輔控DCS網絡監(jiān)控。

輔助車間系統(tǒng)如鍋爐補給水處理、凝結水精處理、循環(huán)水處理系統(tǒng)、區(qū)域制冷站、補給水系統(tǒng)、廠內凈水站、脫硝還原劑制備系統(tǒng)等也納入機組公用/輔控DCS網絡集中監(jiān)控。

鍋爐補給水處理系統(tǒng)采用機組公用/輔控DCS網絡的遠程站實現(xiàn)在集中控制室的集中監(jiān)控，鍋爐補給水處理系統(tǒng)DCS機柜布置在鍋爐補給水控制裝置室，并就地設1臺調試站。

制冷站采用機組公用/輔控DCS網絡的遠程站實現(xiàn)在集中控制室的集中監(jiān)控，制冷站系統(tǒng)DCS機柜布置在制冷站控制裝置室，并就地設1臺調試站。

取水泵房控制裝置室內設置DCS遠程I/O站，完成補給水系統(tǒng)的監(jiān)控。DCS遠程I/O站通過冗余光纖接至機組公用/輔控DCS網絡，就地不設操作員站，僅設置調試站接口，在調試階段采用便攜式電腦完成系統(tǒng)調試工作。

1.4 全廠自動化系統(tǒng)網絡圖

增城項目全廠自動化系統(tǒng)網絡配置圖如圖1所示。

圖1 全廠自動化系統(tǒng)網絡配置示意圖

2 控制系統(tǒng)配置方案

2.1 人機接口站配置

增城項目DCS和燃機汽機控制系統(tǒng)(turbine control system，TCS)人機接口站配置情況詳見表1。

表1 增城項目DCS和TCS控制系統(tǒng)人機接口

2.2 控制系統(tǒng)I/O點

增城項目DCS控制系統(tǒng)I/O點統(tǒng)計情況詳見表2。

表2 增城DCS項目控制系統(tǒng)I/O數(shù)量

2.3 控制器及機柜配置

1)機組公用及輔助系統(tǒng)(車間)控制系統(tǒng)控制器及機柜配置機組公用及輔助系統(tǒng)(車間)控制系統(tǒng)配置15對控制器，其中天然氣調壓站、燃氣鍋爐控制系統(tǒng)采用與機組公用及輔助系統(tǒng)(車間)控制系統(tǒng)相同的軟硬件，隨主設備供貨商供貨。機組公用及輔助系統(tǒng)(車間)控制系統(tǒng)配置有15面控制柜、5面擴展柜，共20面機柜。

2)余熱鍋爐及其輔助系統(tǒng)控制系統(tǒng)控制器及機柜配置余熱鍋爐及其輔助系統(tǒng)控制系統(tǒng)每臺爐配置4對控制器，每臺爐配置有4面控制柜、2面擴展柜，共6面機柜。

3)汽機及輔助系統(tǒng)控制系統(tǒng)控制器及機柜配置汽機及輔助系統(tǒng)控制系統(tǒng)每臺機組配置7對控制器，每臺機組配置有7面控制柜、2面擴展柜，共9面機柜。

4)電氣系統(tǒng)控制系統(tǒng)控制器及機柜配置電氣系統(tǒng)每臺機組配置4對控制器，電氣公用配置2對控制器，每臺機組配置有4面控制柜、1面繼電器柜，共5面機柜；電氣公用配置有2面控制柜、1面繼電器柜，共3面機柜。

5)電源網絡柜配置

每臺機組在余熱鍋爐電子設備間、燃機汽機電子設備間分別配置1面電源網絡柜，在集控樓機組公用電子設備間內配置1面電源網絡柜，輔助車間根據總平面規(guī)劃共配置2面電源網絡柜。

增城項目全廠DCS控制器及機柜配置詳見表3。

表3 全廠DCS控制器及機柜配置表

2.4 操作臺硬手操按鈕設置

增城項目為保證在緊急情況下快速、安全停機。硬手操按鈕布置于操作員站的桌面上，并應便于操作，同時應帶有安全防護罩以防誤動。具體的按鈕的數(shù)量、接點要求詳見表4。

表4 硬手操按鈕配置表

2.5 主機TCS控制系統(tǒng)配置

增城項目主機TCS系統(tǒng)隨主機廠配供，燃機控制系統(tǒng)包括燃機及其相應輔機系統(tǒng)、汽機控制系統(tǒng)包括汽機及其相應輔機系統(tǒng)等的控制功能。燃機TCS控制和保護系統(tǒng)和汽機TCS控制和保護系統(tǒng)采用軟硬件一體化配置，本工程主機廠供的TCS控制系統(tǒng)詳細配置見表5：

表5 主機TCS控制系統(tǒng)配置

續(xù)表

2.6 TCS與DCS硬接線點

增城項目燃機—汽機的控制系統(tǒng)(TCS)與聯(lián)合循環(huán)控制系統(tǒng)(DCS)之間硬接線交互信號共計113點。硬接線信號主要包括主機調節(jié)聯(lián)鎖保護所需的各輸入信號、主機各工況狀態(tài)的反饋信號以及主機跳閘狀態(tài)的反饋信號。

3 結語

增城項目是國內首臺9H燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組，采用了效率更高、性能更為先進的燃機和汽機作為主機，在全廠控制系統(tǒng)的網絡設計上，本工程將主機廠供燃機、汽機控制系統(tǒng)與聯(lián)合循環(huán)機組DCS之間做到了連接貫通、整體協(xié)調，本文對增城項目控制網絡的詳細設計和配置方案進行了梳理和總結，將為我國今后更多9H級燃機機型的設計提供參考和借鑒。