大型火力发电厂辅助车间系统控制方式及网络结构的研究

付奎

摘 要：文章从大型火力发电厂辅助车间的特点以及目前采用的控制系统现状入手，对辅助车间系统采用集中控制方式加以论述。文中还对火力发电厂辅助车间控制系统网络结构选用做了详细分析和比较，并从工程技术水平和造价两个方面综合比较了常规辅助车间BOP网络结构控制方案与冗余星形拓扑结构的BOP以太网控制方案的优缺点。

关键词：火力发电厂；辅助车间；BOP网；控制方式

引言

近年来国内外涌现出了一大批的单机容量1000MW的火力发电机组，其辅助车间系统的自动化水平也越来越受到行业的重视，电厂运行对辅助车间自动化要求也日渐提高，这就给辅助车间（系统）的网络设计和控制系统的应用提出了新的要求。

如何提高辅助车间控制系统及控制点配置的合理性和管控一体化水平，以满足辅助车间工艺系统的特点和地理位置的要求，已成为辅助车间控制系统设计的目标。目前国内大型火力发电厂均按照全厂辅助生产车间控制网（BOP网）设置，该网通过数据通信网络与各个辅助车间（系统）控制系统相连，通过设置在CCR（集控室）的辅助车间操作员站，对全厂各个辅助车间系统进行监视和控制。

1 辅助车间（系统）网络结构

1.1 型式一

近年来设计的大型火力发电厂一般是根据设计规程，将同类型、同性质的辅助车间控制系统通过数据通讯方式连成相对集中的控制网，一般划分为水网、煤网、灰网，并在就地留有相应的水、煤、灰集中控制室，每个控制室都设有固定的运行值班人员。

水网连接的辅助车间有：锅炉补给水车间、净化站车间、凝结水精处理车间、工业废水车间、生活污水与含油污水处理车间、循环冷却加药车间、储氢车间、脱硫废水处理系统等，水网操作员站一般布置在就地补给水车间集中控制室内。

灰网连接的辅助车间有：气力输送及灰库系统、电除尘系统、除渣系统等，其操作员站布置在就地除灰集中控制室内。

煤网包括的辅助车间有：燃料储存、输煤等，一般在煤网控制室就地设置就地操作员站。

各电厂在水、煤、灰集中控制网基础上，通过数据通讯方式把各辅助车间连成一个整体的控制网，简称BOP网，BOP网操作员站布置在CCR控制室，可以实现运行人员在主厂房集控室完成对各辅助车间的运行监视，并了解辅助车间的运行状况，具体网络结构示意图见附图1。

1.2 型式二

通过细致的联系配合，将全厂各主要辅助车间（系统）控制系统所采用的可编程控制器（PLC）硬件设备统一为同一生产厂家相同系列的产品，这就统一了通讯协议和数据库格式。在此基础上，采用冗余星形拓扑结构以太网方式，采用两台功能足够强大互为冗余的服务器，并通过双冗余的主交换机，与各个辅助车间控制系统进行数据通讯，读取各子辅助车间控制系统的设备信息，生成网段内各辅助车间的全部监控画面，并把所有实时数据存放在服务器的数据库中。各操作员站以C/S结构方式访问辅助车间控制网的服务器，并对网段内的各辅助车间控制系统进行监视及控制。运行人员的控制指令经主交换机传至各辅助车间控制系统，完成对所有设备的远程控制。辅助车间控制网的操作员站布置在机组集控室内，现场只设巡检维护站，真正实现全厂集中监控，具体网络结构示意图见附图2。

2 两种控制网络结构型式的技术经济比较

上述两个网络结构均能满足分别设计、招标采购、施工安装和调试要求，具有控制方式灵活、方便的特点，由于各辅助车间（系统）的独立控制系统通过网关与辅助车间控制网（子网或总网）链接，即使是辅助车间控制网故障，各辅助车间仍可继续运行而不受影响。

在网络结构方面，结构型式一为三级网络，网络结构复杂，网络设备较多，故障率高。相对而言，结构型式二简化为二级网络，网络结构简单，减少了网络设备，安全性较高。

在建筑专业方面，由于结构型式一设有水、煤、灰集中控制网，与结构型式二相比，需增设水、煤、灰监控点及相应控制室，并应配套相应的电气照明、空调等设备。

就日常运行及人员配置方面，结构型式一投产初期可按专业配置运行人员，以后可以根据运行人员的运行水平和电厂的运行需要，逐步实现在CCR对全厂辅助车间（系统）进行控制和监视，这种由专业运行人员转变成全能运行人员有一定的缓冲期，对电厂各系统安全运行影响较少。结构型式二全能运行人员需随着电厂投运而配备，对辅助车间（系统）运行人员要求高，但通过培训可以提高运行人员素质，能避免对辅助车间（系统）安全运行的影响。

在工程投资费用方面，由于结构型式一需设水、煤、灰控制室及其相应的电气照明、空调等设备，因此在设备采购、土建等投资较高。

两个网络结构型式的主要优缺点比较汇总如表1所示。

综合表1中各方面因素，结构型式二具有网络结构简洁、故障率低、投资省、运行值班人员少等优点。

此外，虽然目前火力发电厂辅助车间设备的控制通常采用由可编程逻辑控制器（PLC）与工控机（PC）组成的计算机控制系统来实现。但最近，越来越多的新建电厂辅助车间系统开始采用DCS控制方式，DCS控制方式的网络型式也与形式一和形式二相对应。

3 辅助车间（系统）控制网优化方案

从减人增效和以人为本而基本出发点，考虑吸收近期实施的工程经验和辅助车间（系统）控制网络结构研究的成果。辅助车间（系统）控制网优化方案推荐采用机组集控室集中控制方式（不排除个别例外）。根据全厂辅助车间工艺系统的特点和从方便管理出发，设置机组分散控制系统（DCS）公用控制网和辅助车间控制网（BOP网）。在全厂辅助车间控制网络的设计过程中可以分步实施，网络采用星形拓扑结构，即设置两层控制网络。辅控网的基本配置包括一台辅控数据服务器、一对冗余热备的模块化核心交换机、3台对等功能的辅网操作员站、1台工程师站。控制网络采用100/1000Mbps工业以太网。

此外，如为单元制的辅助系统（如凝结水精处理、电除尘、除灰系统、除渣系统、脱硝系统、脱硫系统、循环冷却水系统等），则建议直接接入机组分散控制系统（DCS），通过单元机组的操作员站监控，也可以纳入辅助车间控制网（BOP网）。

如为机组公用的辅助系统（如中央空调系统、压缩空气系统、凝结水精处理系统再生部分、脱硫公用系统），则建议接入分散控制系统（DCS）的公用控制网，两台机组的操作员站均可进行监控。

全厂公用的辅助车间，如锅炉补给水处理系统、净水站（综合水泵房）、废水处理、脱硝贮氨系统、燃油泵房、输煤程控等，按结构方式二组成辅助车间控制网（BOP网），在两机集控室设备全能值班操作员站进行监控。

设计中建议采用就地控制方式的辅助车间如：

（1）启动锅炉在启动锅炉房内集中控制；（2）灰库卸灰在灰库内集中控制；（3）取水泵房在泵房内集中控制。

上述辅助车间除输煤系统和启动锅炉房在运行期间临时设置就地值班员外，均采用无人值班、定期巡视的控制方式。

4 结束语

辅助车间及辅助系统监控方案的优化是依靠科技进步、设计转变思想及电厂实行新的运行、管理办法后，对以往的设计技术重新加以研究而提出的新方案。目的是为了提高辅助车间的自动化水平从而降低系统运行成本。文章提出的全厂整体生产过程的监控全部集中方案，单元机组和辅助车间、辅助系统网络结构上完全分开，层次分明将为电厂全面提高自动化水平，提供良好的条件，并带来较大的经济效益，从而使电厂在今后的发展中更具有竞争力。

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