摘要：生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)是一種新興技術(shù)，設備的選型及控制系統(tǒng)的設計均有自己的特點，以河南浚縣新建1×30MW生物質(zhì)發(fā)電機組控制系統(tǒng)為例，總結(jié)了其設計特點。
關(guān)鍵詞：生物質(zhì)發(fā)電機組；分數(shù)控制系統(tǒng)；設計；系統(tǒng)功能
1、工程概況
河南某公司1×30 MW單級抽汽凝汽式汽輪發(fā)電機組系新建工程，鍋爐為丹麥BWE公司設計的130t/h振動爐排高溫高壓生物質(zhì)燃料鍋爐，汽輪機為青島捷能汽輪機股份有限公司生產(chǎn)的高溫高壓、一級調(diào)整抽汽、單缸、單軸、抽汽凝汽式汽輪機，發(fā)電機為濟南發(fā)電設備廠生產(chǎn)的空氣冷卻、自并勵靜止勵磁電機。該工程按照示范電站設計指導思想設計，其設計目標是使電廠具有較高的機組自動化水平，較少的人員編制，以降低電廠的發(fā)電運營成本。該工程的設計燃料為玉米和小麥秸稈。
2、分散控制系統(tǒng)( DCS)設計
該工程分散控制系統(tǒng)( DCS)采用浙江中控技術(shù)有限公司生產(chǎn)的ECS-100分散控制系統(tǒng)，它由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)( DAS)、模擬量控制系統(tǒng)(MCS)、順序控制系統(tǒng)( SCS)、爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)(FSSS)、電氣控制系統(tǒng)( ECS)及汽輪機控制系統(tǒng)(DEH)等子系統(tǒng)構(gòu)成，運行人員在集控室通過該系統(tǒng)即可實現(xiàn)對機組運行參數(shù)的監(jiān)視和所屬設備的控制。吹灰程控、循環(huán)水泵房、公用水泵房、秸稈輸送系統(tǒng)及化學水處理等輔助系統(tǒng)的控制也已納入分散控制系統(tǒng)( DCS)。機組能在少量就地操作和巡檢配合下，在單元控制室內(nèi)實現(xiàn)啟停，并能在單元控制室實現(xiàn)機組的運行工況監(jiān)視、調(diào)整、停機和事故處理。
控制系統(tǒng)是采用ECS - 100組成的開放式系統(tǒng)，采用星形拓撲網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)；各操作站、控制器通過冗余多口交換機實現(xiàn)網(wǎng)絡連接，網(wǎng)絡互為熱備用并能實現(xiàn)無擾切換；可以完成節(jié)點間所有數(shù)據(jù)通訊傳輸；網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)便于擴展。該工程共設置6套現(xiàn)場過程控制站，包括4套操作員站（包括操作臺）(0PU)、1套汽輪機控制系統(tǒng)( DEH)操作員站和1套分散控制系統(tǒng)工程師站( ENG)。吹灰程控、循環(huán)水泵房、公用水泵房及秸稈輸送系統(tǒng)等納入分散控制系統(tǒng)( DCS)并在集控室操作員站進行監(jiān)控，綜合考慮化學水處理系統(tǒng)與主體系統(tǒng)的聯(lián)絡以及空間布置，將化學水處理系統(tǒng)操作員站設置在就地化學補給水處理室。每個操作員站都是冗余通訊總線上的1個點，都有獨立的冗余通訊處理模件，分別與冗余的通訊總線相連。工程師站通過通訊總線，既可調(diào)出系統(tǒng)內(nèi)任一分散處理單元( DPU)的系統(tǒng)組態(tài)信息和有關(guān)數(shù)據(jù)，又可使需方人員將組態(tài)數(shù)據(jù)從工程師站上下載到各分散處理單元和操作員站。
該工程單元機組共設置8對分散處理單元( DPU)，分散布置于9面分散控制系統(tǒng)(DCS)機柜內(nèi)，每個分散處理單元( DPU)均具有2個冗余網(wǎng)絡接口( RJ45)直接接入以太網(wǎng)。分散處理模件均冗余配置，一旦某個工作的處理器模件發(fā)生故障，系統(tǒng)能自動地以無擾方式快速切換至與其冗余的處理器模件，并在操作員站報警。當故障處理器修復后，系統(tǒng)自動進行狀態(tài)拷貝并使其在冗余方式下運行。分散控制系統(tǒng)( DCS)的通訊使用8個16口的交換器( Switch Hub)分成3個網(wǎng)絡；集控室內(nèi)電子設備間配置2對交換器組成網(wǎng)絡A，化學水處理系統(tǒng)的補給水處理車間配置2個交換器組成網(wǎng)絡B，集控室及化學補給水處理室合用1對交換器組成網(wǎng)絡C；網(wǎng)絡A，B組成互為冗余的控制網(wǎng)，網(wǎng)絡C組成單獨的操作網(wǎng)；秸稈輸送系統(tǒng)設置1臺遠程I/O站通過光纜接入網(wǎng)絡A。以上的網(wǎng)絡配置大大增強了控制網(wǎng)絡的驅(qū)動能力及控制系統(tǒng)的安全性。
3、主要控制系統(tǒng)功能
3.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)( DAS)連續(xù)采集和處理所有與機組有關(guān)的重要測點信號及設備狀態(tài)信號，并及時向操作人員提供有關(guān)的運行信息，使機組安全、經(jīng)濟運行。機組一旦發(fā)生異常工況，能夠及時報警，便于及時檢修，利于提高機組的可利用率。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)( DAS)主要包括顯示、制表記錄、歷史數(shù)據(jù)存儲和檢索及性能計算等功能。其中顯示功能包括操作顯示、概貌顯示及功能組顯示等子功能；記錄功能包括運行人員操作記錄、事件順序記錄( SOE)及保護動作記錄等功能；性能計算功能包括機組凈熱耗率計算、汽輪發(fā)電機組循環(huán)性能計算等功能。
3.2模擬量控制系統(tǒng)(MCS)
模擬量控制系統(tǒng)或稱閉環(huán)控制系統(tǒng)，是機組最重要的控制系統(tǒng)之一，該系統(tǒng)完成單元機組及輔機系統(tǒng)的模擬量自動調(diào)節(jié)控制，它將鍋爐一汽輪機一發(fā)電機作為一個單元整體進行協(xié)調(diào)控制，使鍋爐和汽機同時響應控制要求，確保機組快速適應負荷變化，并保持穩(wěn)定運行。該工程的模擬量控制系統(tǒng)主要包括機組協(xié)調(diào)主控、送風控制、爐膛壓力控制、燃料控制和給水控制等系統(tǒng)。其中協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)包括爐跟機、機跟爐、機爐協(xié)調(diào)和機爐手動4種運行方式，以滿足機組各種運行工況的要求，另外，該系統(tǒng)還承擔單參數(shù)回路的自動調(diào)節(jié)任務。
3.3順序控制系統(tǒng)(SCS)
順序控制即開環(huán)邏輯控制，是機組主要控制系統(tǒng)之一。其任務是按照各設備的啟停運行要求及運行狀態(tài)，經(jīng)邏輯判斷發(fā)出操作指令，對機組主要設備組或子組進行順序啟停，同時，該系統(tǒng)根據(jù)工藝系統(tǒng)要求實施聯(lián)鎖與保護。
該期工程順序控制以子組級自動化水平為主，同時具備手動、自動以及驅(qū)動級的各種運行操作模式，主要順控系統(tǒng)包括送風機系統(tǒng)、引風機系統(tǒng)、空預器系統(tǒng)、秸稈燃燒系統(tǒng)及秸稈輸送系統(tǒng)等。
3.4爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)(FSSS)
爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)是機組重要的控制保護系統(tǒng)之一。它連續(xù)監(jiān)視鍋爐在各種工況下的運行狀態(tài)，隨時進行邏輯判斷，并在出現(xiàn)異常工況時發(fā)出報警、相關(guān)輔機的啟、停及停爐指令。它通過一系列的聯(lián)鎖條件，按照預定的邏輯順序?qū)τ嘘P(guān)設備進行控制。主要包括爐膛吹掃、火焰檢測和滅火保護、爐膛壓力保護、主燃料跳閘及停爐后吹掃等功能。
3.5電氣監(jiān)控系統(tǒng)(ECS)
電氣監(jiān)控系統(tǒng)( ECS)由信號監(jiān)測、邏輯控制和出口繼電器轉(zhuǎn)換部分組成。控制系統(tǒng)能夠?qū)λ械碾姎庠O備實現(xiàn)安全可靠的軟手操，同時提供必要的順序控制及閉鎖功能。閉鎖功能保持在有效狀態(tài)，操作人員無法人工切除，可保證電氣系統(tǒng)安全可靠運行。監(jiān)控系統(tǒng)主要對發(fā)電機變壓器組、發(fā)電機勵磁系統(tǒng)、高壓廠用電源、低壓廠用電源、不停電電源系統(tǒng)、直流系統(tǒng)及380 V廠用電系統(tǒng)等系統(tǒng)進行監(jiān)控。自動準同期裝置( ASS)、自動勵磁調(diào)節(jié)器( AVR)、廠用電快速切換裝置等采用獨立于分散控制系統(tǒng)( DCS)的專用裝置，也可接收分散控制系統(tǒng)( DCS)遠方投入／退出等信號。
3.6燃料輸送系統(tǒng)
燃料輸送系統(tǒng)由卸料系統(tǒng)、儲料系統(tǒng)、上料系統(tǒng)組成。輸料系統(tǒng)采用分散控制系統(tǒng)( DCS)控制和就地控制2種控制方式，帶式輸送機與分配帶聯(lián)鎖控制，系統(tǒng)內(nèi)設備均設聯(lián)鎖保護。該系統(tǒng)采用全廠閉路電視系統(tǒng)進行監(jiān)控。
3.7化學水程控系統(tǒng)
該工程化學水處理控制系統(tǒng)納入分散控制系統(tǒng)( DCS)。控制站、調(diào)試終端及操作員工作站布置于鍋爐補給水處理控制室，運行人員通過鍵盤或鼠標在LCD上即可實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的監(jiān)控。化學水處理控制系統(tǒng)作為分散控制系統(tǒng)( DCS)的一個子站與分散控制系統(tǒng)( DCS)相連，該系統(tǒng)應留有與汽水取樣系統(tǒng)的冗余以太網(wǎng)通訊接口。加藥系統(tǒng)配有獨立的控制柜，為實現(xiàn)全自動運行，留有冗余的以太網(wǎng)接口。控制方式采用程控、遙控及就地操作相結(jié)合的方式，并能相互切換。
4、結(jié)束語
控制系統(tǒng)的功能是在采用浙大中控公司的FW135P組態(tài)及編程軟件的基礎上，根據(jù)系統(tǒng)的控制邏輯組態(tài)后實現(xiàn)的；通過冗余配置的以太網(wǎng)絡，提高了數(shù)據(jù)的傳輸效率和傳輸?shù)目煽啃裕煌ㄟ^以太網(wǎng)接口與MIS網(wǎng)相連，可向MIS系統(tǒng)實時傳輸數(shù)據(jù)，實現(xiàn)生產(chǎn)運行和生產(chǎn)管理的一體化，從而實現(xiàn)了整個生產(chǎn)過程的自動化控制。
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