超临界机组控制技术的实践和发展
本文概要地总结了北京国电智深控制技术有限公司在超(超)临界机组控制技术及控制系统自主化方面所做的工作。 一、消化、创新、推进三步走战略 国电智深公司在实现1000MW超超临界机组DCS系统国产化这一重大目标上采取了三步走战略，即泰州北仑工程服务、龙山庄河奠定基础、谏壁项目实现国产化。具体地说，通过承担泰州和北仑电厂1000MW超超临界机组DCS系统工程技术服务，深入研究超超临界机组的控制对象特性和控制技术，了解掌握超超临界机组对DCS系统性能指标、功能和规模上的要求;与此同时，采用自主化DCS系统实现龙山600MW亚临界直接空冷机组和庄河600MW超临界机组的控制，从而在系统平台上为超超临界机组DCS系统的国产化打下坚实基础;最终在谏壁1000MW超超临界机组上，实现超超临界火电机组DCS系统的国产化。 目前泰州电厂1号机组已投入商业运行，2号机组也已完成168小时试运，北仑项目已开始现场调试;采用国电智深自主化DCS系统的龙山600MW直接空冷亚临界机组已于2007年1月投运，成为首批成功在600MW机组上使用的国产DCS系统;采用国电智深自主化DCS系统的国家发改委确定的《关于加快振兴装备制造业的若干意见》首个国家技术进步示范工程——庄河600MW超临界机组已于2007年8月成功投运，实现了国产DCS在600MW超临界机组上的历史性突破;谏壁1000MW超超临界机组DCS系统项目合作协议已签订，并列为国家863项目《火电行业重大工程自动化成套控制系统》的示范工程。可以说，国电智深在实现1000MW超超临界机组DCS系统国产化战略目标的征程上已成功跨越前两步，正开始迈入最关键的第三步。 1.1 百万千瓦超超临界机组工程服务 1.1.1 泰州1000MW超超临界机组DCS系统工程服务 国电泰州电厂2×1000MW超超临界机组锅炉采用哈尔滨锅炉厂引进日本三菱公司技术的变压运行、带中间混合集箱垂直管圈水冷壁直流炉，八角双火焰切圆燃烧方式，汽轮机和发电机由哈尔滨汽轮机厂和发电机厂与日本东芝公司联合设计制造。DCS系统采用美国爱默生公司OVATION系统，DEH系统采用东芝公司的TOSMAP-DS/W500系统，由国电智深公司负责DCS系统的工程技术服务工作。 该项目单元机组和公用系统配置了34对，功能包括DAS、FSSS、SCS、MCS、ECS、MEH、METS、BPS，单元机组和公用系统I/O测点数量达12452点，控制设备1105个(马达229台、电动门/电磁阀771台、电气开关105个)，控制回路127套。功能分配采用工艺结合功能的原则。 该项目于2006年启动，1号机组于2007年12月4日顺利通过168小时满负荷试运，各项性能指标达到较高水平。 1.1.2 北仑1000MW超超临界机组DCS系统工程服务 浙江北仑电厂2×1000MW超超临界机组锅炉采用东方锅炉厂引进日本日立公司技术的变压运行、螺旋管圈水冷壁直流炉，采用前后墙对冲燃烧方式，汽轮机和发电机均为上海汽轮机厂和发电机厂引进西门子技术制造，主厂房和辅助车间DCS系统均采用美国爱默生公司OVATION系统，DEH系统采用西门子公司的T3000硬件，国电智深公司负责整个主、辅DCS系统的工程技术服务工作。 该项目单元机组和公用系统配置了28对，功能包括DAS、FSSS、SCS、MCS、ECS、MEH、METS、BPS，单元机组和公用系统I/O测点数量达12464点，控制设备1411个(马达198个、电动门/电磁阀1117个、电气开关96个)，控制回路147套。功能分配采用工艺结合功能的原则。 该项目于2007年启动，2007年12月进行了出厂测试和验收，现在已开始现场调试。 1.1.3 泰州北仑工程服务总结 (1)对1000MW超超临界机组的工艺流程、运行方式进行了分析和研究。 (2)通过资料消化吸收、工程设计和现场调试，对1000MW超超临界机组的对象静态和动态特性有了较深入的了解，对控制策略优化进行了一定的实践。 (3)对1000MW超超临界机组DCS系统功能分配原则进行了研究和实践。 (4)在认真消化吸收国内外设备厂家和设计院的技术资料的基础上，结合电厂生产运行的实际需要，和设计单位、设备厂商、调试单位和电厂进行充分的研讨，对1000MW超超临界机组DCS系统应用软件功能设计进行了研究和实践，并在现场调试投运过程中不断完善和优化。 (5)在1000MW超超临界机组对DCS系统的要求方面有了更深入的认识。 ① 系统规模更大 1000MW超超临界机组DCS系统单元机组和公用系统I/O测点数量达到12000点左右，而一般600MW机组DCS系统单元机组和公用系统I/O测点数量一般在8000～9000点左右;控制设备数量1000MW超超临界机组DCS系统达到1100～1400个，而600MW机组DCS系统为750～900个;模拟量控制回路数量和600MW机组无明显差别。 ② 快速控制、快速保护 1000MW超超临界机组只能采用直流锅炉，在直流锅炉中循环工质总质量下降，循环速度上升，工艺特性加快。又因机组采用超临界参数，波动范围要求更严，进一步强化了对快速控制的要求。 为满足机组快速控制和快速保护的要求，需全面提高控制系统实时性性能，包括快速可靠的网络通讯、快速稳定的周期、快速的I/O处理和高精度SOE，这些一直是DCS改进和完善的难点。 ③ 可靠性要求更高 1000MW超超临界机组热力系统复杂，设置了更多的热工保护项目，以避免因操作失误而造成重大设备损坏。同时，由于超超临界机组容量大，机组安全运行对整个电网的安全也至关重要。这就要求整个自动化系统具备更高的安全性和可靠性。 ④ 智能化要求更高 1000MW超超临界机组的安全经济运行对电网的稳定非常重要，相对于600MW和300MW机组，1000MW超超临界机组更加依赖自动化控制系统，靠手动操作运行是不可想象的。控制方式、事故报警、操作指导等方面智能化程度的提高，能更好地提高1000MW超超临界机组的安全经济运行水平。 1.2 龙山庄河600MW机组自主化奠定基础 1.2.1龙山600MW亚临界直接空冷机组国产DCS系统 2005年，国电智深公司承接了河北龙山2×600MW亚临界直接空冷机组DCS系统项目，采用自主化国产DCS系统实现了600MW机组炉、机、电的一体化控制，功能包括DAS、FSSS、MCS、SCS、ECS、ACC和BPS。系统分为#1、#2和公用系统3个域，单元机组采用26对，I/O测点数量达8320点，公用系统采用4对，I/O测点数量1276点，单元和公用总测点数量达9596点，已接近1000MW机组控制系统规模。控制设备1097个(其中马达248个(含空冷风机56台)，电动门/电磁阀647个，电气开关202个),控制回路147套。 经过充分的系统研发和工程准备，该项目于2005年12月正式启动，2006年6月中国国电集团工程部组织国内知名专家进行了出厂验收评审会，与会专家一致认为“北京国电智深控制技术有限公司EDPF-NT系统的性能、功能和质量符合龙山电厂600MW机组应用要求，可以在600MW级机组上推广应用。”#1机组于2007年1月16日正式投运，#2机组也于2007年7月24日投产。2007年6月通过了由中国电机工程学会组织的技术评审会，得到了国内知名专家们的高度评价，评审意见认为“项目总体技术处于国际先进水平，对我国自主知识产权DCS在大型发电机组上的广泛应用，具有重要的示范意义和推动作用”。 龙山电厂2×600MW机组自投运以来，DCS系统运行稳定、可靠，机组保护投入率100%，保护动作正确率100%，MCS控制回路投入率100%，168期间机组协调控制一直投入并成功实现AGC控制，负荷及主汽压等主要参数的控制精度均达到较高水平，从未发生过因为EDPF-NT系统影响机组安全运行的情况，得到电厂的高度评价。 1.2.2 庄河2×600MW超临界机组国产DCS系统 2006年，大连庄河电厂一期工程2×600MW国产超临界机组决定采用国电智深自主知识产权的EDPF-NT分散控制系统实现主辅控系统的控制，这是国内第一个采用国产自主化DCS系统的600MW超临界机组项目，也是国内第一个采用一体化系统平台实现600MW超临界机组主控和辅助车间控制的项目。作为首台(套)应用于600MW超临界机组的自主化控制系统项目，该项目于2006年4月被国家发改委确定为落实《关于加快振兴装备制造业的若干意见》的第一个技术进步示范工程。 庄河电厂主控EDPF-NT系统功能包括DAS、FSSS、SCS、ECS、MCS、DEH、ETS、MEH、METS和BPS等，锅炉吹灰由PLC实现，通过通讯方式在DCS系统中进行操作。该套系统实现了锅炉、汽机、给水泵汽机、汽机旁路的控制和保护及电气开关的控制，是目前火电厂主控系统采用单套DCS实现控制功能最齐全的系统之一，在已投运的国产DCS系统中是功能最多的，真正实现了主机的一体化控制。单元机组和公用系统I/O测点数量达到8200点。控制设备776个(其中马达160个、电动门/电磁阀495个、电气开关121个)，模拟量控制回路137套。单元机组共配置29对(含DEH2对、MEH2对)，公用系统配置2对。 庄河电厂辅助车间控制系统(辅控系统)也采用EDPF-NT分散控制系统实现，其中烟气脱硫控制DCS系统采用独立的网络结构，辅控系统其余部分采用一体化网络结构。一体化辅控系统控制范围覆盖水、煤、灰、燃油、暖通、空压机等系统，其中输煤程控、电除尘、启动锅炉、制氢、制氯采用PLC控制，通过通讯方式接入辅控DCS系统，实现在集控室对全厂辅助车间进行集中监视和操作的功能。 该项目于2006年2月26日正式启动，2006年11月29日中国国电集团工程部组织国内知名专家参加了出厂验收评审会，与会专家一致认为“系统配置合理、技术先进、功能齐全、质量可靠，符合技术规范要求，同意通过出厂验收，可以在600MW级超临界机组上应用。”经过紧张的现场调试工作，2007
