火力发电厂控制系统的配置

摘要：DCS系统在火力发电厂控制中应用范围得到很大扩展，不仅可以取代许多辅助车间的PLC控制系统，也可以取代了一些专用控制装置的控制功能。本文结合自己的工作体会，简述设计中选择、配置辅助车间及专用系统的控制系统硬件应考虑的一些因素。

关键词：集中控制 DCS PLC FSSS DEH

电厂的自动化水平是主、辅机可控性水平，自动化功能水平，运行检修人员的技术水平及电厂管理水平的综合体现；具体到设计中通过控制方式、控制室布置、热工自动化系统的配置、主辅机设备可控性等方面体现自动化水平的高低。热工自动化系统水平的高低，对运行人员的合理优化配置及减轻劳动强度都有较大的影响。

热控自动化系统的设计应根据电厂的实际情况，合理配置控制系统与监控点，使人员合理分配，设备处于受控状态。自动化系统的配置的选择同样影响监控点的设置。

国内目前新建电厂控制方式上均采用集中控制，机组和主厂房控制系统都采用分散控制系统DCS，并建设全厂集中控制室；由于电厂地域范围广，辅助车间往往根据车间相邻或性质相近、本着减少控制点的原则进行合并控制室，以便按区域集中控制；辅助车间通常设置燃料系统控制点、水系统控制点、灰渣系统控制点；脱硫系统控制室一般可并入灰渣系统控制室，也可根据厂区布置单独设脱硫控制室。

主厂房DCS控制范围包括：锅炉系统、汽轮机及其附属设备、循环水系统、发电机/变压器组和厂用电系统的监视控制；功能包括数据采集处理系统（DAS），模拟量控制系统（MCS），锅炉和汽机辅机的顺序控制系统[SCS（B/T）]，厂用电源系统的顺序控制系统[SCS（G/A）]，锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）。

锅炉炉膛安全监控系统（FSSS），它是燃烧器管理和燃料安全燃烧控制系统总称；该系统在锅炉启动运行时，为运行人员提供炉膛吹扫判断逻辑和符合安全规范的点火模式；在锅炉正常运行时，FSSS系统对炉膛火焰、炉膛压力、送风机、引风机、汽包水位、燃料供应等涉及锅炉安全运行的工况信息进行严密监测，运行人员可在FSSS工作站直观的掌握锅炉安全运行的工况信息，一旦这些工况信息发生异常，FSSS将及时地向运行人员发出警告，必要时发出MFT跳闸指令以切断燃料，为锅炉安全运行提供可靠的技术保障。早期的DCS在电厂控制系统应用中，主要以DAS（数据采集与处理系统）功能为主，锅炉炉膛安全监控主要是由专用装置来完成；随着技术的进步和用户的要求，目前大多数锅炉DCS涵盖了数据采集系统（DAS）、模拟量控制系统（MCS）和顺序控制系统（SCS）。锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）也纳入DCS，已经不再需要为FSSS单独选定硬件，而由DCS厂家统一提供软、硬件产品和服务。

汽机数字电液控制系统（DEH）可以实现汽轮机自启动及正常运行的监视与控制，调节汽轮发电机转速、功率使其满足电网要求；汽机数字电液控制系统（DEH）制造和供货划分上由汽轮机厂成套供货。汽机厂家过去提供的DEH控制系统多为独立系统，通过硬接线方式与DCS进行信号交换；小型汽机DEH多采用一些专用的控制模块，如10MW以下的汽机多采用WOOD WORD 505模块；近两年和利时公司也为中小型汽机开发了专用的T80模块，通用性较强可满足20MW以下各种类型汽机控制的要求。目前大型汽轮机组的DEH控制系统已主要采用DCS同样的硬件完成，作为DCS相对独立的部分与DCS组合在一个控制系统内。

汽轮机危急遮断保护系统（ETS）功能为监视汽轮机的转速、振动、振动、油压等参数，当这些参数超过其运行限制值时，该系统关闭全部汽轮机蒸汽进汽阀。当汽轮机运行异常，汽轮发电机控制系统无法控制汽轮机系统在正常范围内时，为防止损害汽轮发电机系统，ETS使汽轮机跳闸。汽机厂家提供的ETS控制系统多为采用PLC硬件的独立系统，通过硬接线方式与DCS进行信号交换；

国产DCS在中小型电厂集控系统得到广泛应用，以和利时、浙大中控、上海新华为代表的国内DCS厂家经过十多年的努力，各自推出自己的DCS系统：和利时推出MACS-Smartpro第四代DCS系统、浙大中控推出Webfield（ECS）系统、新华推出XDPF-400系统。三家积极努力成功地将自主系统应用于各种工业现场，逐步赢得得到用户的信任。例如新华公司DCS在火力发电方面获得广泛应用，浙大中控在化工控制等方面业绩突出，和利时公司在核电、热电、化工、水泥、制药以及造纸等方面都取得了一定的业绩。笔者参与的设计工作，从220MW火电项目到6MW的余热发电分别采用新华、和利时的DCS系统，系统造价比国外品牌便宜近一半，系统运行也很稳定得到用户的肯定；笔者也倾向于在中小型发电项目中选用国产品牌的DCS系统，除了价格便宜、系统稳定具有优质高效的售后服务和快速的硬件供应也是和重要的因素。

辅助车间的燃料系统控制点主要为输煤程控系统（对于秸秆电厂也有燃料输送皮带，也可按输煤系统看待），也有大型电厂的油库系统控制设置在燃料控制点；电厂设计分工中将输煤控制系统划归电气专业负责。早期电厂中输煤程控常作为电厂自动化改造的子项，这部分控制系统硬件基本都采用PLC程序控制器实现；在这些改造过程中也产生了很多专业输煤程控自动化系统集成公司，他们对输煤程控的软硬件配置、设计、施工、调试都很专业，以至于国内后续兴建电厂的输煤程控都采用由输煤程控集成商总包完成的模式，设计院或业主仅对PLC的品牌和与上位通讯接口提出要求。

有些新建电厂要求输煤程控也采用DCS硬件完成，理论上不存在问题，但是由于与传统的设计分工、供货范围不同，实际实施中要注意下列问题：如果仍由专业的输煤程控集成商用DCS硬件来完成输煤程控的工作，除设计、供货、安装、调试的工作范围不变外，该集成商需要掌握选定的DCS软、硬件的使用技术，并应有成功使用案例，以保证项目的实施。

辅助车间水系统控制点以化学水处理控制为主。化学水控制系统多数工程都是由化学水处理厂家成套提供，硬件采用PLC居多。因为化学水处理要根据当地水质确定工艺、设备，工艺要求较高，而厂家对其工艺无疑是最清楚的，将设备供货和控制系统分开实施往往造成协调不畅；另外，化水车间与主厂房距离远，运行、控制也相对独立，所以化学水处理的控制系统基本上采用化水厂家成套提供的方式。业主和设计院可以在签订技术协议时对化水控制系统的硬件形式和与主厂房控制系统的接口方式提出要求；如要求硬件按照全厂统一的品牌PLC或者与主厂房控制系统同厂家同系列的DCS产品后，由化水厂家完成整套系统供货和调试。

尽管国产DCS在价格上具备明显优势，但是化水厂家选用国产DCS实现化水系统的积极性不高；这主要是源于国产DCS起步晚于国外产品，一开始走的就是以工程带产品的路子，目前仍以工程为主，对于单纯的硬件销售产品销售从销售策略到技术支持都没有跟上，而且低廉的价格也难以为集成商二次开发留出大的利润空间；国产DCS厂商也主要关注于电厂主厂房内控制系统的竞争，化水部分未作为主要目标所以这部分控制硬件基本是国外品牌的PLC或DCS产品的领地。

辅助车间灰控制点（包括除灰系统、电除尘系统、脱硫系统等），除灰系统、除尘系统以程序控制为主，输入输出量基本上都是开关量信号，更适合采用PLC系统实现控制功能，主要采用独立的PLC进行控制，这种方式一直沿用如今也没有太大的改变。大型脱硫系统的控制逐渐由PLC控制为主向采用DCS系统控制发展，小型系统仍多采用PLC控制。

几乎所有的第四代DCS都包容了过程控制、逻辑控制和批处理控制，实现混合控制。因而像化水、输煤、脱硫、除尘这类控制点数多的系统完全可以采用与主厂房相同的DCS系统硬件实现，这是许多业主在项目建设中希望达到的目标。问题的关键在于DCS厂家对这些系统工艺的了解深度和工程经验是否能够胜任，要求某一个DCS厂家对电厂主厂房及辅助系统所有的工艺都能深刻了解并在短时间完成全部系统的组态调试显然是很困难的，也与目前市场上各公司以专业化为主的实际情况不符；同样要求辅助系统供货厂家摒弃惯用的控制系统统一到某一DCS品牌下完成其系统控制同样需要整熟悉、掌握的过程；这些因素制约了国产DCS控制在辅助系统应用的推广。

总之，辅助车间控制系统的选择既要考虑全厂硬件型式的统一，也要考虑到辅机设备与控制成套性的现状和DCS主要工作内容的要求，统筹考虑整个系统总体要求与工程分部建设、调试，分系统供货、运行的实际情况。