大型火力發電廠輔助車間系統控制方式及網絡結構的研究

付奎

摘 要：文章從大型火力發電廠輔助車間的特點以及目前采用的控制系統現狀入手，對輔助車間系統采用集中控制方式加以論述。文中還對火力發電廠輔助車間控制系統網絡結構選用做了詳細分析和比較，并從工程技術水平和造價兩個方面綜合比較了常規輔助車間BOP網絡結構控制方案與冗余星形拓撲結構的BOP以太網控制方案的優缺點。

關鍵詞：火力發電廠；輔助車間；BOP網；控制方式

引言

近年來國內外涌現出了一大批的單機容量1000MW的火力發電機組，其輔助車間系統的自動化水平也越來越受到行業的重視，電廠運行對輔助車間自動化要求也日漸提高，這就給輔助車間（系統）的網絡設計和控制系統的應用提出了新的要求。

如何提高輔助車間控制系統及控制點配置的合理性和管控一體化水平，以滿足輔助車間工藝系統的特點和地理位置的要求，已成為輔助車間控制系統設計的目標。目前國內大型火力發電廠均按照全廠輔助生產車間控制網（BOP網）設置，該網通過數據通信網絡與各個輔助車間（系統）控制系統相連，通過設置在CCR（集控室）的輔助車間操作員站，對全廠各個輔助車間系統進行監視和控制。

1 輔助車間（系統）網絡結構

1.1 型式一

近年來設計的大型火力發電廠一般是根據設計規程，將同類型、同性質的輔助車間控制系統通過數據通訊方式連成相對集中的控制網，一般劃分為水網、煤網、灰網，并在就地留有相應的水、煤、灰集中控制室，每個控制室都設有固定的運行值班人員。

水網連接的輔助車間有：鍋爐補給水車間、凈化站車間、凝結水精處理車間、工業廢水車間、生活污水與含油污水處理車間、循環冷卻加藥車間、儲氫車間、脫硫廢水處理系統等，水網操作員站一般布置在就地補給水車間集中控制室內。

灰網連接的輔助車間有：氣力輸送及灰庫系統、電除塵系統、除渣系統等，其操作員站布置在就地除灰集中控制室內。

煤網包括的輔助車間有：燃料儲存、輸煤等，一般在煤網控制室就地設置就地操作員站。

各電廠在水、煤、灰集中控制網基礎上，通過數據通訊方式把各輔助車間連成一個整體的控制網，簡稱BOP網，BOP網操作員站布置在CCR控制室，可以實現運行人員在主廠房集控室完成對各輔助車間的運行監視，并了解輔助車間的運行狀況，具體網絡結構示意圖見附圖1。

1.2 型式二

通過細致的聯系配合，將全廠各主要輔助車間（系統）控制系統所采用的可編程控制器（PLC）硬件設備統一為同一生產廠家相同系列的產品，這就統一了通訊協議和數據庫格式。在此基礎上，采用冗余星形拓撲結構以太網方式，采用兩臺功能足夠強大互為冗余的服務器，并通過雙冗余的主交換機，與各個輔助車間控制系統進行數據通訊，讀取各子輔助車間控制系統的設備信息，生成網段內各輔助車間的全部監控畫面，并把所有實時數據存放在服務器的數據庫中。各操作員站以C/S結構方式訪問輔助車間控制網的服務器，并對網段內的各輔助車間控制系統進行監視及控制。運行人員的控制指令經主交換機傳至各輔助車間控制系統，完成對所有設備的遠程控制。輔助車間控制網的操作員站布置在機組集控室內，現場只設巡檢維護站，真正實現全廠集中監控，具體網絡結構示意圖見附圖2。

2 兩種控制網絡結構型式的技術經濟比較

上述兩個網絡結構均能滿足分別設計、招標采購、施工安裝和調試要求，具有控制方式靈活、方便的特點，由于各輔助車間（系統）的獨立控制系統通過網關與輔助車間控制網（子網或總網）鏈接，即使是輔助車間控制網故障，各輔助車間仍可繼續運行而不受影響。

在網絡結構方面，結構型式一為三級網絡，網絡結構復雜，網絡設備較多，故障率高。相對而言，結構型式二簡化為二級網絡，網絡結構簡單，減少了網絡設備，安全性較高。

在建筑專業方面，由于結構型式一設有水、煤、灰集中控制網，與結構型式二相比，需增設水、煤、灰監控點及相應控制室，并應配套相應的電氣照明、空調等設備。

就日常運行及人員配置方面，結構型式一投產初期可按專業配置運行人員，以后可以根據運行人員的運行水平和電廠的運行需要，逐步實現在CCR對全廠輔助車間（系統）進行控制和監視，這種由專業運行人員轉變成全能運行人員有一定的緩沖期，對電廠各系統安全運行影響較少。結構型式二全能運行人員需隨著電廠投運而配備，對輔助車間（系統）運行人員要求高，但通過培訓可以提高運行人員素質，能避免對輔助車間（系統）安全運行的影響。

在工程投資費用方面，由于結構型式一需設水、煤、灰控制室及其相應的電氣照明、空調等設備，因此在設備采購、土建等投資較高。

兩個網絡結構型式的主要優缺點比較匯總如表1所示。

綜合表1中各方面因素，結構型式二具有網絡結構簡潔、故障率低、投資省、運行值班人員少等優點。

此外，雖然目前火力發電廠輔助車間設備的控制通常采用由可編程邏輯控制器（PLC）與工控機（PC）組成的計算機控制系統來實現。但最近，越來越多的新建電廠輔助車間系統開始采用DCS控制方式，DCS控制方式的網絡型式也與形式一和形式二相對應。

3 輔助車間（系統）控制網優化方案

從減人增效和以人為本而基本出發點，考慮吸收近期實施的工程經驗和輔助車間（系統）控制網絡結構研究的成果。輔助車間（系統）控制網優化方案推薦采用機組集控室集中控制方式（不排除個別例外）。根據全廠輔助車間工藝系統的特點和從方便管理出發，設置機組分散控制系統（DCS）公用控制網和輔助車間控制網（BOP網）。在全廠輔助車間控制網絡的設計過程中可以分步實施，網絡采用星形拓撲結構，即設置兩層控制網絡。輔控網的基本配置包括一臺輔控數據服務器、一對冗余熱備的模塊化核心交換機、3臺對等功能的輔網操作員站、1臺工程師站?？刂凭W絡采用100/1000Mbps工業以太網。

此外，如為單元制的輔助系統（如凝結水精處理、電除塵、除灰系統、除渣系統、脫硝系統、脫硫系統、循環冷卻水系統等），則建議直接接入機組分散控制系統（DCS），通過單元機組的操作員站監控，也可以納入輔助車間控制網（BOP網）。

如為機組公用的輔助系統（如中央空調系統、壓縮空氣系統、凝結水精處理系統再生部分、脫硫公用系統），則建議接入分散控制系統（DCS）的公用控制網，兩臺機組的操作員站均可進行監控。

全廠公用的輔助車間，如鍋爐補給水處理系統、凈水站（綜合水泵房）、廢水處理、脫硝貯氨系統、燃油泵房、輸煤程控等，按結構方式二組成輔助車間控制網（BOP網），在兩機集控室設備全能值班操作員站進行監控。

設計中建議采用就地控制方式的輔助車間如：

（1）啟動鍋爐在啟動鍋爐房內集中控制；（2）灰庫卸灰在灰庫內集中控制；（3）取水泵房在泵房內集中控制。

上述輔助車間除輸煤系統和啟動鍋爐房在運行期間臨時設置就地值班員外，均采用無人值班、定期巡視的控制方式。

4 結束語

輔助車間及輔助系統監控方案的優化是依靠科技進步、設計轉變思想及電廠實行新的運行、管理辦法后，對以往的設計技術重新加以研究而提出的新方案。目的是為了提高輔助車間的自動化水平從而降低系統運行成本。文章提出的全廠整體生產過程的監控全部集中方案，單元機組和輔助車間、輔助系統網絡結構上完全分開，層次分明將為電廠全面提高自動化水平，提供良好的條件，并帶來較大的經濟效益，從而使電廠在今后的發展中更具有競爭力。

參考文獻

[1]周宏斌.核電站輔助車間PLC控制系統網絡技術方案探討[J].湖北電力，2010（2）.

[2]賈寶鵬，李啟超.大型火力發電廠DCS系統在輔助車間的應用[J].內蒙古科技與經濟，2010（8）.

[3]胡曉花.火電廠輔助車間控制方式及系統選型方案探討[A].“京儀華文”杯2011年熱電廠熱工專業暨智能化技術交流研討會[C].2011，12.

[4]楊延超，張勇軍.火電廠DCS主輔一體化及輔控集中控制模式的應用效益[J].自動化博覽，2014（12）.

[5]韓利鋒.火電廠輔助車間集中控制方式及系統構成方案探討[J].機電信息，2015（24）.