火電廠(chǎng)輔助系統(車(chē)間)集中監控方案研究與應用

引言
    各輔助系統(車(chē)間)物理位置相距較遠，傳統控制方式相對獨立，網(wǎng)絡(luò )連接形式多樣，因此，給監控和管理帶來(lái)了不便。近幾年來(lái)由于控制技術(shù)的不斷發(fā)展，管理理念的不斷更新，火電廠(chǎng)對輔助系統的監控系統提出了更高的要求：既要減少投資，又要提高輔助系統(車(chē)間)的控制水平。因此，輔助系統的控制應通過(guò)加強管理，減少值班點(diǎn)等措施來(lái)提高電廠(chǎng)輔助系統(車(chē)間)的管控一體化水平。
一、輔助系統(車(chē)間)控制現狀
    2000年燃煤示范電廠(chǎng)及新頒布的《火力發(fā)電廠(chǎng)設計技術(shù)規程》對輔助系統(車(chē)間)的控制方式提出了新的要求，即“相鄰的輔助生產(chǎn)車(chē)間或性質(zhì)相近的輔助工藝系統宜合并控制系統及控制點(diǎn)，輔助車(chē)間控制點(diǎn)不宜超過(guò)三個(gè)(輸煤、除灰、化水)，其余車(chē)間均按無(wú)人值班設計”。PLC+上位機的控制技術(shù)由于加強了獨立系統運行的安全性和可靠性，因此輔助系統(車(chē)間)普遍采用這種控制方式。輔助控制系統的現狀可以大致歸納如下：
    (1)輔助控制系統大部分采用3套以上PLC＋上位機組成，值班點(diǎn)較多。
    (2)一些工藝設備自帶小型PLC進(jìn)行控制，形成獨立控制系統。
    (3)輔助控制系統往往由不同的廠(chǎng)家供應，造成設計風(fēng)格各異并且各個(gè)控制系統的PLC種類(lèi)、CPU及卡件型號不統一。
    (4)主要輔助系統如輸煤系統、燃油泵房、除灰除渣系統、化學(xué)水處理系統、循環(huán)水系統等需提供專(zhuān)門(mén)的控制室并配備一定數量的運行人員進(jìn)行值班操作。
    (5)各個(gè)控制系統相互獨立，系統信息與各主控室之間幾乎沒(méi)有信息交換。
    因此，輔助系統(車(chē)間)的控制現狀給運行和維護帶來(lái)以下一些問(wèn)題：
    (1)分散的控制室不僅增加投資和運行維護費用(如裝潢、空調等)，并且不易管理。
    (2)值班人員偏多。一般機組主控人員每臺機組配備5人，外圍設備值班人員可以配備15人左右。
    (3)各個(gè)輔助系統(車(chē)間)與主控室的信息交換極少，主控室對輔助系統(車(chē)間)的控制要求往往通過(guò)電話(huà)方式聯(lián)系，這種方式極其不便并且缺乏及時(shí)性。
    (4)各個(gè)輔助控制系統采用不同的軟硬件，給備品備件管理、人員培訓及維護造成一定的難度。
二、輔助系統(車(chē)間)集中監控方案的研究
2.1 輔助系統(車(chē)間)集中監控點(diǎn)設計
    《火力發(fā)電廠(chǎng)輔助系統(車(chē)間)熱工自動(dòng)化設計技術(shù)規定》DL/T5227－2005中第4.1.8條明確指出“輔助(系統)車(chē)間宜采用PLC控制，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟論證也可采用小型DCS或專(zhuān)用控制器”。因此從技術(shù)角度出發(fā)，輔助系統(車(chē)間)集中監控采用PLC和DCS均可實(shí)現。根據《火力發(fā)電廠(chǎng)輔助系統(車(chē)間)熱工自動(dòng)化設計技術(shù)規定》輔助系統(車(chē)間)可考慮設置2個(gè)值班監控點(diǎn)和4個(gè)后備監控點(diǎn)。
    一個(gè)監控值班點(diǎn)設在單元機組集控室內，配置3套輔助車(chē)間控制系統操作員站(報表打印機2臺)，監控對象為水務(wù)系統，今后根據需要也可操作灰渣等系統；另一個(gè)監控值班點(diǎn)設在脫硫控制室，配置3套輔助車(chē)間控制系統操作員站(報表打印機2臺)，脫硫工程師間配置輔助車(chē)間控制系統工程師站1套，SIS接口機1臺，監控對象為輸煤、除灰渣系統。4個(gè)后備監控點(diǎn)按無(wú)人值班考慮，分別為化學(xué)水處理后備監控點(diǎn)、輸煤后備監控點(diǎn)、灰渣后備監控點(diǎn)、凝結水精處理后備監控點(diǎn)。后備監控點(diǎn)用于調試、檢修及試運行期間的操作，應具備針對本系統的獨立監控能力與組態(tài)調試能力?；以髠浔O控點(diǎn)和凝結水精處理后備監控點(diǎn)各設2套操作員站，其它后備監控點(diǎn)各設1套操作員站，操作員站應具有工程師站的功能。無(wú)論是輔助車(chē)間集中控制系統的值班監控點(diǎn)操作員站，還是后備監控點(diǎn)操作員站都可以監控整個(gè)輔助車(chē)間，實(shí)際監控范圍根據權限設置確定。
2.2 輔助系統(車(chē)間)集中監控網(wǎng)絡(luò )設計
2.2.1 集中監控網(wǎng)絡(luò )技術(shù)要求
    由于輔助系統(車(chē)間)物理位置分散、距離較長(cháng)，其網(wǎng)絡(luò )交換機必須冗余配置，能夠保證在任一路網(wǎng)絡(luò )連接發(fā)生故障的情況下由備用回路自動(dòng)連接，在此過(guò)程中不會(huì )造成數據丟失和數據變化。各輔助車(chē)間子控制系統能獨立工作以保證各系統車(chē)間和設備的安全。輔助系統(車(chē)間)集中監控系統具有診斷功能，具有高度的可靠性。當2個(gè)集中監控點(diǎn)以及網(wǎng)絡(luò )發(fā)生故障時(shí)，下層的后備監控點(diǎn)能進(jìn)行監控，能保證各輔助系統安全、正常工作。
2.2.2 集中監控網(wǎng)絡(luò )設計
    輔助系統(車(chē)間)集中監控網(wǎng)的監控分以下三層：
    第一層：4個(gè)后備監控點(diǎn)控制網(wǎng)。該層用于系統啟動(dòng)、初期調試、初期運行和故障時(shí)使用。在后備監控點(diǎn)各配置兩臺帶光纖上傳接口的分支交換機，每個(gè)系統的上位機/服務(wù)器各插兩塊PCI 100M以太網(wǎng)網(wǎng)卡，控制器配置有冗余的以太網(wǎng)接口，并且分別接入不同的交換機。
    第二層：輔助系統(車(chē)間)集中監控網(wǎng)。在輔助系統(車(chē)間)集中控制值班監控點(diǎn)，配置兩臺冗余的光纖主交換機，操作員站及工程師站、數據服務(wù)器各插兩塊PCI 100M以太網(wǎng)卡，并且分別接入不同的光纖主交換機。采用光纖、光纖主交換機、操作員站構成第二層監控系統。
    第三層：輔助系統(車(chē)間)集中監控網(wǎng)信息系統通過(guò)防火墻及網(wǎng)關(guān)計算機連接至SIS，網(wǎng)關(guān)計算機具有網(wǎng)絡(luò )隔離作用，能夠保證輔助系統(車(chē)間)向SIS發(fā)送實(shí)時(shí)數據，同時(shí)不影響輔助車(chē)間集中控制網(wǎng)本身的控制功能。
2.2.3 集中監控網(wǎng)絡(luò )拓撲結構
    常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構主要有總線(xiàn)型拓撲、星型拓撲、環(huán)型拓撲及混合型。輔助系統(車(chē)間)集中監控網(wǎng)絡(luò )采用混合型網(wǎng)絡(luò )，先形成子網(wǎng)(例如水網(wǎng)、煤網(wǎng)、灰網(wǎng))，然后子網(wǎng)交換機與主交換機連接。在工程應用中采用混合形拓撲結構，可以克服一般星形拓撲結構、環(huán)形拓撲的缺點(diǎn)，使網(wǎng)絡(luò )的可靠性、擴展性、穩定性和安全性大幅提高，同時(shí)提高網(wǎng)絡(luò )性?xún)r(jià)比。
2.3 輔助系統(車(chē)間)集中監控的電源和接地設計
2.3.1 控制系統電源設計

為保證控制系統能安全可靠地運行，水務(wù)、輸煤、除灰渣系統應分別擁有獨立的供電電源裝置。由于集中控制室遠離各工藝系統，因此也配置了獨立的供電電源裝置。輔助系統(車(chē)間)的廠(chǎng)用電源控制在主機公用DCS中統一控制?？刂葡到y電源配置時(shí)必須考慮在系統外部電源丟失后，仍然能夠維持控制系統1個(gè)小時(shí)的正常供電。每套電源裝置要求接受2路不同段400VAC供電，通過(guò)電源柜內的電源切換裝置(優(yōu)選UPS電源)后，向設備供電。各供電裝置不僅要滿(mǎn)足各自控制系統的供電需要，還要滿(mǎn)足相關(guān)控制設備的供電(例如：電磁閥箱、化學(xué)分析儀表等)，并留有40%的余量?？刂葡到y電源供電范圍包括：控制系統設備(控制器、I/O卡件、網(wǎng)絡(luò )設備、操作站等)、電磁閥箱、變送器、分析儀表等。
2.3.2 輔助系統(車(chē)間)集中控制接地設計
    由于整個(gè)輔助系統(車(chē)間)集中監控分布范圍廣，不宜采用集中接地。接地點(diǎn)可考慮采用等電位接地方式，單點(diǎn)接地直接匯入各電氣接地網(wǎng)上。這樣即使在出現雷擊或發(fā)生電氣短路時(shí)，在控制系統內部設備間也不會(huì )產(chǎn)生接地點(diǎn)間的電勢差，損傷設備，危害人身安全；各遠程柜及子系統間采用光纖連接，實(shí)現完全的電隔離，即使由于接地電阻不同，造成地電位不等，也不會(huì )對控制系統產(chǎn)生影響。在控制機柜中應分別設有接地銅排，每個(gè)模件機架、電源機架都應配有一個(gè)接地端子，接地點(diǎn)匯集于機柜內的接地銅排，然后再與電氣接地網(wǎng)相連。接地電阻要小于5歐姆，屏蔽電纜的屏蔽接地在控制機柜屏蔽地銅排，確保一端接地。水網(wǎng)、煤網(wǎng)、灰網(wǎng)及遠程站之間應通過(guò)光纜連接，使各子系統間完全實(shí)現電隔離，防止接地點(diǎn)電勢差對系統設備正常運行的影響。
三、輔助系統(車(chē)間)集中監控的應用及發(fā)展前景
   輔助系統(車(chē)間)集中控制涵蓋的控制子系統劃分如下：
    (1)綜合泵房、供氫站配置一套控制子系統；
    (2)工業(yè)廢水處理、循環(huán)水加氯、渣水加阻垢劑、生活污水處理及煤泥廢水處理各配置一套控制子系統；
    (3)凈水處理、化學(xué)除鹽及再生系統配置一套控制子系統； 
    (4)每臺機組的凝結水精處理及再生設備、汽水取樣加藥系統共配置一套控制子系統，合計兩套。
    (5)輸煤系統配置一套控制子系統；
    (6)每臺機組除渣系統共配置一套控制子系統；
    (7)每臺機組除灰系統共配置一套控制子系統；
    (8)每臺機組電除塵系統共配置一套控制子系統；
    (9)灰庫區配置一套控制子系統。
     系統采用DCS實(shí)現了輔助車(chē)間集中監控一體化。減少了值班監控點(diǎn)(控制室)和運行人員配置，減少了投資。從系統上實(shí)現真正的邏輯集中，提高全廠(chǎng)的自動(dòng)化水平，為以后新建電廠(chǎng)的發(fā)展指明了方向。