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燃机电厂控制系统一体化研究

作者:jnscsh   时间:2021-06-29 09:13:51   浏览次数:

摘 要:重型燃气轮机联合循环电厂全厂控制系统由于包含燃机、汽机、余热锅炉等多个控制系统,结构比较复杂。本文对燃气轮机联合循环电厂控制系统的控制特点和现状进行了介绍,并对燃气轮机联合循环电厂控制系统的软硬件一体化优劣势进行了比较。为联合循环发电厂控制一体化的设计及实现提供了可借鉴的经验。

关键词:燃气轮机联合循环电厂;控制系统;一体化

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.15.143

0 引言

燃气轮机联合循环电厂具有效率高、启动快等优点,并且是一种使用清洁能源的电厂。近年来,由于国家能源政策调整和对节能环保的进一步重视,重型燃气轮机必将在国内得到长足的发展。

联合循环电厂的核心是燃气—蒸汽联合循环发电机组,充分发挥联合循环发电机组的特性,迅速响应负荷变化,要求联合循环发电机组的控制系统具有较高的可靠性和适应性。联合循环电厂的控制系统可以比作电厂的大脑,对于电厂的高效、稳定运行起着至关重要的作用。本文将对燃气轮机联合循环电厂的控制系统的现状进行描述,并对控制系统的一体化和飞一体化的方案进行技术经济对比。

1 目前国内燃机市场概况及控制系统现状

国家“十五”期间,经过3次捆绑招标引进美国通用电气、德国西门子、日本三菱3种F级重型单轴燃气轮机54套,总装机超过20000MW。我国三大动力集团投入重要力量研制高科技含量的9F系列燃气轮机,哈尔滨动力集团与美国通用电气(GE)组成联合体生产109FA机型;东方电气集团和日本三菱组成联合体生产M701F机型;上海电气集团和德国西门子成联合体生产V94.3A机型。

燃机联合循环控制系统,各主机厂家均未对其核心技术进行转让。例如:GE公司F级燃机设备电站,燃机本体控制系统(TCS)均采用GE公司MARK VI。这是因为燃机控制系统(TCS)较为复杂,对控制系统的软件和硬件可靠性要求非常高,而国外燃机公司出于技术的保密性和商业运营的需要,未将其控制系统的核心技术转让给其他控制厂家。这意味着购买燃机必须配套采购其公司的对应的控制系统。

最近几年的发展,各个燃机电厂逐渐认识到一体化控制对联合循环具有节省投资、简化接口、共享备件、集中操作、维护简单等优点。一体化控制及一键启停(APS)已经成为目前在建机组的主流趋势。燃机厂家也顺应潮流,均开发出了低成本并且易于实现的一体化控制方案,例如GE就采用了先进的Mark VIe系统。

2 燃气轮机控制系统的特点

燃气蒸汽联合循环机组的控制系统由燃机控制系统(TCS)、蒸汽轮机控制系统(DEH)、余热锅炉控制系统、辅助车间控制系统等组成。燃机控制系统与燃煤机组中DEH的作用类似,DEH经过这些年的发展,各大主机厂已经掌握其控制逻辑,可以使用不同的控制系统完成控制,并且已经有很多应用业绩。但是由于燃机控制的特殊性,燃机的控制系统仍由燃机供货商随机配供。

燃气蒸汽联合循环电厂设计规定中未要求全长必须采用一体化的控制,在投资不允许,或受其他外部环境制约时,汽轮机、余热锅炉、辅机等设备仍然可以采用单独的控制系统,从以往的运行经验证明,非一体化的控制也没有影响电厂的安全可靠运行。但是各控制系统互相之间需要通过硬接线或第三方通讯接口来实现数据交换,并且TCS一般只可以进行单向通讯,通讯也不会全部开放,只能将部分信号传递过来,重要的保护及联锁信号还是要通过硬接线连接,需要在设备招标时要求燃机厂家提供硬接线清单并预留余量,以方便调试过程中增加测点。

3 燃机电厂一体化控制系统和非一体化控制系统对比

综上所述燃气蒸汽联合循环机组一体化控制已经成为目前在建机组的主流趋势。最近几年的发展,大家逐渐认识到一体化控制对联合循环具有简化接口、共享备件、集中操作、维护简单等优点,并可确保机组一键启停(APS)功能的顺利实施。控制系统一体化和非一体化比较:(1)采用一体化控制系统能使网络结构简单清晰,优化了硬件配置,减少了部分网络设备和工控机,便于日常维护检修。(2)一体化控制系统取消了TCS与DCS的通讯和硬接线,所有数据都从同一个控制网络上取,提高系统可靠性。非一体化控制系统由于现场调试,软硬件配置的愿意,容易造成DCS与TCS的通讯故障。同时由于重要信号通过硬接线互相交换,如果采用同一个控制网络可以取消硬接线,节省IO模件数量。(3)采用一体化控制系统,TCS和DCS无缝联接,整套联合循环机组可以实现一键启停功能,减少运行人员的操作,提高控制水平。(4)由于DCS的硬件与TCS完全一致,除机岛保护以外的卡件可以互相通用,减少了备品备件的数量。(5)由于TCS的设计一般不能更改,TCS的控制程序不全部开放,维护人员对控制程序不能深入接触。而DCS是一个完全开放的系统,可以根据需要修改逻辑,若DCS也采用与TCS一体化系统 ,能使维护人员增加对机岛控制系统的了解,逐步熟悉整套控制系统,掌握一些比较重要的控制原理。(6)采用一体化控制系统,设计、安装和调试期间可以免去两个不同厂家之间的很多配合工作,减少调试时间,加快工程进度。(7)控制系统的价格。目前国内越来越多的燃机电厂DCS系统和燃机控制系统(TCS)采用一体化配置,燃机厂家配套的GE MarkⅥ、西门子T3000、三菱公司DIASYS Netmation的DCS控制系统与采用上述2家控制系统造价都在每个点800元左右。按照两台机组DCS控制系统9000点计算整个控制系统的造价约800万,仅占主机的投资0.7%,所以用一体化DCS控制系统与燃机捆绑招标比DCS控制系统单独招标能够节省投资。

4 结论

联合循环机组控制系统一体化控制对联合循环工程而言,具有简化接口、共享备件、集中操作、维护简单等优点,并且兼顾了燃机高自动化控制水平,因此燃气蒸汽联合循环机组一体化控制在未来一段时间内还将是在建机组的主流趋势。

参考文献:

[1]蒋洪德.中国电机工程学报[J]中国电机工程学报,2014.

[2]李强.燃机电厂生产过程一体化研究[J].中国石油和化工标准与质量,2011.

[3]蒋泽熙.燃机电厂生产过程一体化控制应用研究[J].企业技术开发,2012.

作者简介:张冰(1982-),硕士研究生,工程师,主要从事电站热控设计。

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