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国华宁海电厂四机一控系统分析

发布时间:2013-12-14 来源:中国自动化网 类型:应用案例 人浏览
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四机一控

导读:

引 言 20多年来,单元机组的集中控制模式是大多数工程比较关心的问题。目前国内30OMW及以上容量的多台机组的火电厂控制模式多数采用两机一控模式:集控室多数布置在两炉之间的集中控制楼,集控室附近布置电子设...

引  言
    20多年来,单元机组的集中控制模式是大多数工程比较关心的问题。目前国内30OMW及以上容量的多台机组的火电厂控制模式多数采用两机一控模式:集控室多数布置在两炉之间的集中控制楼,集控室附近布置电子设备室;少数甚至是一机一控。四机一控是指全厂4台机组的控制中心布置于同一个集控室内。国华宁海电厂一期工程建设规模为4×60OMW机组,首台机组于2005年12月31日投产发电,控制系统在常规设计的基础上采用了四机一控模式。在前后2a多的设计、施工建设及投产以来的运行管理中,就如何发挥四机一控模式的优势,规避风险,国华宁海电厂进行了仔细分析和预想,采取了一系列技术和管理措施,也取得了一定的成效。
一、几种集控模式分析
1.1 两机一控和一机一控模式
    大部分电厂采用两机一控甚至一机一控集控模式的原因有:
    (1)由于早期电厂控制水平及设备可靠性较低,多数采用常规模拟表盘作为电厂运行操作的主要手段,集控室里布置有大量监视仪表及操作按钮,大量电缆从现场进入集控室。采用两机一控方式时,集控室离2台机组较近,可节约大量电缆。另外,人们早期对DCS的稳定性、安全可靠性尤其是对网络的可靠性存在一定疑虑。
    (2)由于早期电厂控制水平及设备可靠性较低,需要运行人员较多,采用两机一控模式时,运行工作互相干扰较少,人员管理容易。
    (3)早期电厂在机组启、停及运行中,需要运行人员经常到现场巡视及处理问题,采用两机一控方式时,运行人员值班点离2台机组较近,到现场处理问题更及时、方便。
    (4)由于大多数电厂同一期只建设1台或2台机组,考虑到本期工程的独立性和完整性,习惯上采用两机一控甚至一机一控模式。 
1.2 多机一控模式
    同期建设2台以上机组的电厂也有采用多机一控模式的,如香港青山电厂,建于20世纪80年代的4台英制680MW机组采用了四机一控模式;龙骨滩燃气电厂甚至8台机组共用1个集控室。多台机组采用1个集控室的原因有:
    (1)由于DCS技术的发展,集控室已取消了大多数常规仪表及后备手操,只保留了停机、停炉等少数几个硬手操按钮以确保安全停机,单元机组所需要的操作员站也就4台左右,因此集控室显得越来越简洁,同样大小的集控室内可布置更多的单元机组控制系统。
    (2)DCS的抗干扰性有很大提高,系统通信网络2站之间的通信距离大大增加,某些DCS网络节点间的最大距离甚至可达2-4km,DCS操作员站可以通过通信总线布置在离其过程控制器机柜相当远的集控室内,而非像早期那样,总线未引出过电缆夹层,因此可适当拓展纳入同一个集控室控制的机组范围。
    (3)现代化和自动化的大型火电机组不再需要大量的运行人员经常到现场巡视及处理问题,只需少量操作员在巡检人员配合下,在集控室内就可实现机组的启停控制和正常监控。因此,同样人员配置下的运行值(班组)可同时控制的机组台数也大大增加。
    (4)机组容量虽然在扩大,但单元机组的结构更加紧凑合理,电缆布置等设计工作经验越来越成熟、丰富。       、
    (5)多台机组共用1个集控室,相应也可节约集控楼的投资,缩减运行人员的编制。
    因此,从技术角度,采用四机一控甚至大机、八机一控都是可行的。但采用这种集控模式的电厂还是少数,主要原因是很少有电厂同期建设2台以上机组。另外,在同期建设2台机组或单台机组时,并未考虑以后扩建机组的控制纳入同1个集控室内的可能和需要。
二、国华宁海电厂四机一控布置方案
    国华宁海电厂单元机组采用德国西门子T-XP控制系统,以操作员站和大屏幕为中心对单元机组进行监视和控制,集控室只保留少量必要的硬手操设备,集控室和单元机组电子设备室分离布置,即4台单元机组DCS过程机柜分别放置在单元机组附近的电子设备室内,而4台单元机组DCS操作员站设在1个全厂集中的集控室内,通过少量的通信电缆、电源及控制电缆,从集控室到单元机组就地,实现全厂设备集中控制
2.1 电子设备室布置
    为减少电缆的数量,将单元机组电子设备室和四机一控的集控室分开布置是必要的。国华宁海电厂1、2号单元机组电子设备室布置在1、2号炉之间,3、4号单元机组电子设备室布置在3、4号炉之间,电子设备室的标高为13.7m。电子室主要布置单元机组DCS、DEH、MEH、大小机TSI、ETS、汽轮机旁路等机柜,炉管泄漏报警、火焰监视、吹灰动力等装置,4台机组公用部分的DCS机柜布置在1、2号机组电子设备室,2台炉之间2台机组的电子设备室彼此隔开,所有机柜的电缆均从底部进线。电子设备室布置见图1。
                      
2.2 集控楼布置
    国华宁海电厂4台机组并列布置,固定端西起于炸山形成的边坡(见图2)。集控楼布置在主厂房A排外,位于汽机房18-21柱之间(2、3号机组之间),离A排柱约5m,尺寸为24m×36m。集控室布置在集控楼中,标高为13.7m,与汽机房运转层标高一致,集控室与汽机房运转层之间通过天桥连接,集控室下设电缆夹层。
                         
    这种布置方式的优点:离4台机组均较近,便于集控室人员到现场,A排外空间也比较大,集控楼的设计和集控室的布置较灵活,受在建机组施工的影响较小。
    曾讨论和比较过集控楼的其他一些布置方案,包括布置在主厂房固定端和主厂房扩建端的2个方案。布置在固定端,可有效利用汽机房0-1柱原闲置空间,且在建机组施工时对集控室影响较小,但离3、4号机组太远;布置在主厂房扩建端,在二期工程中,集控楼及集控室可相应扩建,可将扩建机组的控制点也设在集控室中,保持全厂1个集控室的优势和特点,但集控楼受在建机组的施工影响较大,同样离1、2号机组也太远。因此,这些方案未被采用。
2.3 集控室布置
    集控室为4个小弧形操作台布置:2端2个分别为辅助系统操作台、MIS及SIS操作台,集控室中间2个分别为1、2号单元机组和3、4号单元机组操作台,单元机组操作台后布置4台机组的大屏幕装配盘及辅盘,盘后布置打印机台,集控室后部布置弧形值长台,左角布置全厂消防报警盘。集控室尺寸为3lm×l5m,集控室前设有参观走廊,右侧布置工程师室、SIS室、交接班室、咖啡厅、餐厅,如图3所示。
                                 
    整个控制室显得整齐简洁,值长面对4台机组及公用系统的操作员站和大屏幕,便于对4台机组整体运行状态掌控和协调指挥。
    香港青山电厂和龙骨滩电厂的集控室为圆形布置,4台(8台)机组的单元机组操作台、辅助系统操作台、MIS及SIS操作台组成一个圆形,值长台也为圆形,布置在集控室中间。国华宁海电厂曾考虑过这种方式。另外,也曾考虑过一种面对面布置方式,即集控室两端分别为1、2号单元机组和3、4号单元机组操作台,集控室中间布置公用系统操作台、消防盘及圆形值长台。这种布置方式在调试中对运行机组的影响会小些,但国华宁海电厂机组建设投产的顺序为2号机、3号机、1号机、4号机,这个特殊的投产次序抵消了这个面对面布置方案的优点。
2.4 工程师室布置
    4台机组共设1间工程师室,布置4台机组的DCS、DEH、锅炉寿命检测、汽轮机故障诊断、全厂辅助系统、全厂闭路电视工程师站等。另因集控室布置离电子设备室较远,在各机组电子设备室各设1个工程师站,便于安装调试用。
三、四机一控特点分析
3.1 优点
    (1)减人增效。从国内目前比较先进的两机一控的电厂运行人员配备的基本情况看,每台单元机组每值设操作员3人、机组长1人、巡操人员2-3人, 2台机组每值设值长1人,运行人员为5班3倒制, 2台机组共需运行人员55-75A。若采用两机一控,则共需运行人员130-150人。采用四机一控模式后,由于4台机组的主机完全相同,运行值班人员在突发情况下可互相支援、协助,值长、机组长可减少, 同时便于值长的统一管理和指挥各机组的安全生产运行。目前,国华宁海电厂4台单元机组每值设操作员8人、机组长4人、巡检人员10人、值长1人,运行人员为5班3倒制,则4台机组单元机组部分共设运行操作人员115人。这个配置还考虑了为二期2台百万兆瓦级机组储备运行人才的需要。与采用两机一控模式相比,采用四机一控模式后,主机运行人员配备可减少20人以上。另外,由于4台机组的公用系统也在集控室集中监控,公用部分运行人员也大大缩减。
    (2)互相学习、共同提高。现代电厂对运行人员的素质要求越来越高,采用四机一控模式更有利于4台机组的运行值班人员互相学习、交流,更快地提高运行技能,也有利于值内培训工作的开展。
    (3)便于公用系统的监控。采用四机一控模式有利于4台机组公用系统的监视和控制,如燃油系统、辅助蒸汽系统公用部分、消防系统、暖通系统、电气网络监控系统等。另外,国华宁海电厂辅助系统监控点设置在四机一控的集控室中,形成全厂集中的控制点,便于值长的运行管理和统一指挥。
3.2 缺点
    (1)离1号机组和4号机组相对较远。由于集控楼布置在主厂房A排外侧3号机前,所以离1号和4号机组相对较远,尤其是离1号机组的锅炉岛较远,巡操人员巡视的路程和花费的时间比较长,特别是在事故处理中容易耽误时间。另外,距离远了,集控室和就地人员通过对讲机的无线联系容易中断,通信质量变差,对工作产生一些影响。
    (2)公用系统难以安排检修和改造。四机一控模式下,绝大部分公用系统在集控室集中控制,这些系统在故障抢修、定期检修及进行改造时,会对所有运行机组产生影响,有些系统设置无法安排检修,如全厂工业电视系统。
    (3)单元机组相互干扰比较大。由于4台机组控制台处于1个集控室,虽然有可以相互交流的优势,但是也有相互干扰的劣势。尤其是目前基建阶段,在长达1a多的时间里,运行机组的值班人员会受到在建机组调试工作的干扰。另外,国华宁海电厂4台机组全部投产后,每1a至少有l次C级检修,每3a就有2次A级大修,还有可能随时发生各种规模的临修和抢修。因此,预计未来的生产期间,检修工作会不断干扰影响机组运行的管理。由于在1个集控室内,简单隔离起到的效果也是有限的。
    (4)误发令、误操作几率增加。对于值长,由于同时管理4台运行机组,紧急状态下误发指令的可能性增加了;对于巡操人员,由于离1、4号机比较远,而且国华宁海电厂同期建设的4台机组为同类型机组,4台机组并列布置,夜班中由于精神和体力疲劳,很有可能走错位置,发生误操作事故。
    (5)系统消防、电源可靠性等要求提高。4台机组集控装置布置于同1个集控楼,一旦发生火灾等,影响全厂所有机组,波及面非常大,所以集控室消防和电源可靠性等问题非常重要。
四、采取的措施
    针对四机一控模式存在的缺点并根据首台机组投产后3个月的运行、检修、管理情况,国华宁海电厂采取了如下预控措施:
    (1)在厂房设计和施工中尽量考虑了集控室到各单元机组通道的便捷;同时,加大全厂值班电话系统建设的投入。公司员工统一使用浙江移动公司的虚拟局域网业务,在现场使用移动电话作为辅助通信手段。在检修和调试期间,发挥布置在电子设备室的临时工程师站的作用,并在集控室做好临时隔断措施,减轻了机组间工作的相互干扰。
    (2)加强对集控楼电缆层施工和集控室装修材质的把关,控制系统采用双UPS供电,加强消防设施的建设和维护。
    (3)为避免工作中走错位置,加强对运行和检修人员这方面风险意识的教育,作好运行人员精神状态观察和分析。
    (4)广泛收集、学习国内外电厂的"安健环"标识系统,缜密规划厂房内安全通道的布置和标识,重要区域如电子设备间等加强标识提示和增加声光提示,并严格监控人员进出重要区域。
    (5)在运行管理上,制定严格的规章制度,加强操作票和闭锁装置管理,强调指令复颂。
    (6)一些公用系统在集中控制的同时,保留必要的单独控制手段,一方面提高了控制系统的可靠性;另一方面为公用系统的检修和技术改造提供了条件。
五、结 语
    国华宁海电厂采用四机一控的集控模式,进一步提高了自动化水平,减少了控制点和值班人员,为保证控制水平在投产后较长时间内在国内同类电厂中保持领先,并在电力市场竞争中占据优势打下了良好基础。同时,针对四机一控模式的一些弊端,采取了一系列技术和管理措施。但是,四机一控模式下的生产管理经验还是相对缺乏的,如何发挥四机一控模式的优势,规避该模式可能存在的问题和风险,还需要在以后的生产运行中继续关注和研究。

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