大型单轴燃气-蒸汽联合循环机组DCS配置

２００７年１月　江苏电机工程　Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　第２６卷第１期　７５　

大型单轴燃气一蒸汽联合循环机组ＤＣＳ配置　

李麟章　

（江苏省电力设计院，江苏南京２１００２４）　

摘　要：介绍了大型单轴燃气一蒸汽联合循环机组分散控制系统（ＤＣＳ）的硬件配置和软件功能，阐述了联合循环机　组的顺序启停和跳闸保护。指出ＤＣＳ配置既能实现机组级自动程序控制，又实现全厂一个值班点，实现减人增效。　

关键词：发电设备；燃气一蒸汽联合循环机组；ＤＣＳ配置　

中图分类号：ＴＭ６２１．６　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００９—０６６５（２００７）０１—００７５—０４　

１设备概况　

燃气一蒸汽联合循环发电机组是当前技术成熟　

的洁净型商业发电装置．最先进机组的发电效率已　

达６０％。目前，常用的大型燃气一蒸汽联合循环机　

组为Ｆ级．Ｆ级是美国通用电气公司２００　ＭＷ级燃　

气轮机的系列名称．但是习惯将国际上各制造商的　

２００　ＭＷ级燃气轮机统称为Ｆ级．最大的单机容量为　

２７０．３　ＭＷ。燃烧室出口燃气温度最高为ｌ　３２０℃，　

效率为３５％～３８．５％．组成联合循环后的功率为　

３５０　ＭＷ级而效率为５５％～５８％　单轴是指联合循　

环的燃气轮机、蒸汽轮机和发电机同在一根轴上。江　

苏省张家港华兴电力有限公司安装有２台美国ＧＥ　

公司提供的Ｆ级３９５　ＭＷ单轴燃气一蒸汽联合循　

环机组．属我国第ｌ批打捆招标引进的大型燃机项　

目之一．２台机组分别于２００５年６月和２００６年１　

月投入商业运行　

张家港华兴电力有限公司２台联合循环机组　

的机岛控制系统采用由ＧＥ公司配供的Ｍａｒｋ　ＶＩ控　

制系统，它只负责燃气轮机、汽轮机、发电机励磁系　

统（ＥＸ２ｍｏ）和静态启动器（ＬＣＩ）的控制，需要另行　

配置通用型分散控制系统（ＤＣＳ）共同组成全厂控　

制系统。该工程经招标选择确定ＤＣＳ采用上海艾　

默生西屋控制系统有限公司的ＯＶＡＴＩＯＮ系统．　

ＯＷ　ＴＩＯＮ系统配置针对本工程生产工艺的特点和　

规模进行。为保证２台联合循环机组的安全可靠运　

行，将ＤＣＳ分成３个控制网络。即每台单元联合循　

环机组一个控制网络，负责余热锅炉（ＨＲＳＧ）、辅助　

工艺系统（ＢＯＰ）及单元厂用电源等的控制；全厂公　

共系统控制包括公用ＢＯＰ、厂用电源公用部分、循　

环水泵房、天然气调压站、空压站、空调等合用一个　

公共网络。公共网络和单元控制网络之间通过交换　

机相连　

ＯＶＡＴ１０Ｎ系统中每台机组控制网络上都设置　和联合循环机组Ｍａｒｋ　ＶＩ准同步数字系列（ＰＤＨ）网　

收稿日期：２００６—０８—２６　络的通信连接，数据通信采用以太网，和ＰＤＨ通信　

都是冗余的。通信协议采用ＴＣＰ／ＩＰ，应用层按ＧＥ　

公司的ＧＥＩ－１００５１６规定作全球移动通信系统　

（ＧＳＭ）信息传输。　

ＤＣＳ与燃气轮机和汽轮机Ｍａｒｋ　ＶＩ及其他控制　

装置一起组成完整的控制系统．实现对联合循环机　

组包括燃气轮机、ＨＲＳＧ、汽轮机和发电机及其各种　

辅机的自动顺序启动／停止，负荷变动自动调整、危　

急工况时的自动保护和危急保护．各种模拟量控制、　

顺序控制和数据采集功能．以满足各种运行工况的　

要求，确保联合循环机组安全高效地运行。控制系统　

能满足实现机组级的自动启停程序控制（中间过程　

带有若干必要的断点由运行员确认）．并且能满足机　

组经常快速启停及负荷频繁调节的需要　又由于全　

厂附属辅助生产系统较为简单．化学补水由近邻的　

华宇燃煤电厂提供。因此全部监控都纳入了ＤＣＳ．　

实际上已实现全厂仅一个值班点。体现了减人增效。　

…０、…，　交换机ＤＺＭ　ｌ　

麈ＯＰＣ　速保护控　Ｉ　制（ｏＰｃ）ｌ—　

：　１号机组　：　：Ｉ机Ｅ　１－４机Ｆ　ｌ：：　２号机组　ｊ　

２．１总则　

（１）根据物理分散要求，ｌ号和２号机组的ＤＣＳ　

机柜分别布置在各自的电子设备间内．公共网的机　

柜布置在ｌ号机组电子设备间内：２台机组的人机　维普资讯 http://www.cqvip.com ７６　江苏电机工程　

黧Ｈ／Ｐ　Ｌ　Ｉ１Ｈ／Ｐ　Ｃ　ｌＩ印机ｌ打印机ｌｌ　：　一ｌ　ｌ　—ｌ　ｌ…　站　历史站　工程师站ＯＰＣＩ８０　ＨＳＲ１６０　ＥＷＳ２０ｏ　运行员　

站ｏＰＲ　２ｌ０　

交换机Ｃ（Ｇ　交换机Ｄ（Ｈ　运行员　站ｏＰＲ　２ｌｌ　

控制器柜Ｉ扩展柜Ｉ控制器Ｉ扩展柜ｌ扩展柜Ｉ控制器柜Ｉ扩展柜Ｉ扩展柜Ｉ控制器柜ｌ扩展柜Ｉ电源柜　ＣＴＲＬ　ｌ　ＥＸＴ　Ｉ柜ＣＴＲＬｌ　ＥＸＴ　Ｉ　ＥＸＴ　ｌ　ＣＴＲＬ　ｌ　ＥＸＴ　ｌ　ＥＸＴ　ｌ　ＣＴＲＬ　Ｉ　ＥＸＴ　Ｉ　Ｐ帆一ｌ　ｌ，５ｌ　ｌ　ｌ—ｌ　Ｉ　２，５２　Ｉ　２一ｌ　Ｉ　２—２　ｌ　３，５３　ｌ　３一ｌ　ｌ　４一ｌ　Ｉ　４／５４　ｌ　４—２　ｌ　ＣＡＢ　机岛Ｉ　ＨＲＳＧ　ｌ　电气　电源柜　

图２单元机组ＤＣＳ组态　

界面集中布置在集中控制室内。　

（２）ＤＣＳ由分散处理模件、输入／输出（Ｉ／Ｏ）模　

件、电源设备、数据通信系统、人机接口（操作员站、　

工程师站、历史数据站）和外部设备等组成。　

（３）对相距较远、采集较集中的地方，即ＨＲＳＧ　

采用远程Ｉ／Ｏ站而循环水泵房采用远程控制器站的　

配置方式　

２．２处理器模件（过程控制器）　

（１）处理器模件均成对冗余配置，切换时间小　

于５　ｍｓ；数据更新周期模拟量小于０．１　ｓ，数字量小　

于１０　ｍｓ；保证系统的控制和保护功能不会因冗余　

切换而丢失或延迟　

（２）每台单元机组配置４对处理器模件，机岛、　

ＨＲＳＧ、ＢＯＰ、电气发变组及厂用电源各占ｌ对（见　

图２）。　

（３）公共网络配置２对处理器模件，其中一对　

专用于循环水泵房控制　大屏幕　ＢＳＣ—ｌ　

２．３过程Ｉ／Ｏ　

本工程最终实际接人ＯＶＡＴＩＯＮ系统的Ｉ／Ｏ量　

统计见表ｌ　

２．４人机界面及外设　

（１）每台机组配置２台操作员站，ｌ台工程师　

站；公用ｌ台值长台终端。均为２ｌ英寸（１英寸：　

２５．４　ｍｍ）ＬＣＤ彩色显示器。　

（２）每台机组配置ｌ台大屏幕显示器及其装配　

盘，与ＤＣＳ操作员站共享数据库和画面，具有与操作　

员站相同的监视和操作功能．屏幕对角线尺寸为８４　

英寸．采用一体化背投式ＰＬＣＤ数字投影三片多晶硅　

技术。　

（３）配置ｌ套历史数据存储站，至少能存人　

６　０００个点的数据，存储９０天。提供３种类型的磁盘　

驱动装置存储系统数据，即固定式温切斯特盘，可读　

写光盘和软盘驱动器　

（４）整个ＤＣＳ配置６台记录打印机，每台机组　

表１工程实际接入ｌ／

Ｏ数量　维普资讯 http://www.cqvip.com 李麟章：大型单轴燃气一蒸汽联合循环机组ＤＣＳ配置　７７　

配置２台，其中１台彩色喷墨（ＨＰ１１２０Ｃ　Ａ３），１台　

黑白针式打印机，都安放在集中控制室内；每个工　

程师室内配置１台激光打印机（Ｈａ　Ａ３），共２台。彩　

色喷墨打印机能根据要求打印任一阴极射线管　

（ＣＲＴ）画面。　

３软件功能　

３．１数据采集处理系统（ＤＡＳ）　

（１）显示：包括操作显示、成组显示、棒状图显　

示、报警显示、相关画面趋势显示等。　

（２）制表记录：包括定期记录、事故追忆记录、　

ＳＯＥ、跳闸一览记录、报警记录等。　

（３）历史数据存储和检索。　

（４）性能计算。　

３．２模拟量控制系统（ＭＣＳ）　

（１）联合循环机组协调控制　

控制系统协调１０９ＦＡ单轴联合循环机组中燃　

机、ＨＲＳＧ、汽轮机及发电机的运行，快速、准确和稳　

定地响应自动发电控制（ＡＧＣ）、一次调频或电厂运　

行人员的负荷指令。进行有效的生产。同时，系统还　

考虑诸如辅机故障或设备异常等运行限制条件．以　

高度适应的方式使负荷性能达到最佳状态，满足连　

续、安全运行的要求。　

（２）机组负荷指令　

机组负荷指令是通过输入的ＡＧＣ信号或根据　

频率、功率、机组运行工况、要求的限值等加以处理　

的信号综合构成．运行人员能在负荷管理控制的屏　

幕画面上实现负荷指令不同形式的设置和发送　

（３）燃气轮机控制　

ＤＣＳ根据机组负荷指令．向燃气轮机一汽轮机　

控制系统（ＭａｒｋⅥ）发出负荷指令信号。　

（４）汽轮机控制　

由于是单轴联合循环机组．汽轮机将跟随燃气　

轮机运行没有控制级，将以ＨＲＳＧ与汽轮机（负荷　

在满负荷至６０％负荷之间运行）之间流量平衡自然　

达到的蒸汽压力滑压运行　

（５）ＨＲＳＧ控制　

包括高中压蒸汽温度控制、高中低压汽包水位　

控制、连续排污扩容器水位控制、凝汽器热井水位控　

制、高中低压蒸汽旁路控制。　

３．３顺序控制系统（ＳＣＳ＜Ｂ／１＿、Ｇ／Ａ＞）　

（１）联合循环机组顺序启动。　

（２）联合循环机组正常程序停止　

（３）机组跳闸保护。　

燃气轮机和汽轮机保护由ＭａｒｋⅥ管理．ＨＲＳＧ　

发生如下保护信息时则由ＤＣＳ连锁机组跳闸：　①汽包水位高至Ⅲ值机组跳闸：　

②汽包水位低至ＩＩ值时．延时规定时间后机组　

跳闸：　

③过热、再热蒸汽温度高至Ⅱ值时，机组甩负　

荷全速空转（ＦＳＮＬ）：　

④凝汽器真空低至Ⅱ值时汽轮机跳闸：　

⑤凝汽器热井水位高二值汽轮机跳闸：　

⑥燃机或腿ＳＧ排气压力高至高值时燃气　

轮机跳闸：　

⑦ＨＲＳＧ烟道挡板未完全开启燃气轮机跳闸：　

⑧手动跳闸按钮，机组跳闸。　

（４）热力系统辅机功能子组顺序控制包括锅　

炉排污、疏水、放气子组项，给水泵子组项，凝结水子　

组项，凝汽器子组项，凝汽器真空系统子组项，高中　

低压旁路控制功能组，循环水泵功能子组项，闭式冷　

却水系统功能子组项等。　

（５）发变组及厂用电源系统控制（ＳＣＳ＜Ｇ／Ａ＞）。　

（６）附属辅助系统监控，包括全部纳入ＤＣＳ监　

控的项目，如循环水泵房、天然气调压站、汽水分析　

和加药、空调及通风、供氢站、循环水加药处理系统　

及空压机等。　

４联合循环机组顺序启停和跳闸　

４．１联合循环机组顺序启动　

（１）机组启动准备　

①辅机准备，由ＤＣＳ完成，包括循泵启动、开　

式和闭式冷却水泵启动、凝汽器及凝结水泵启动、化　

学补水系统启动等。　

②燃气轮机准备，由燃气轮机ＭａｒｋⅥ完成，包　

括燃机启动条件检查、燃料准备、润滑油系统运行、　

液动操作系统正常检查等　

③ＨＲＳＧ准备，由ＤＣＳ完成，包括将各控制回　

路设置成自动、给水泵投入运行、锅炉疏水系统投入　

自动等　

④汽轮机准备，主要由汽轮机ＭａｒｋⅥ完成，部　

分由ＤＣＳ完成。包括汽轮机液动系统及润滑油系统　

运行、各控制阀门如疏水等处于自动状态、各级旁路　

处于自动投入状态等。　

（２）轴系启动、加速　

由燃气轮机ＭａｒｋⅥ实现．通过变频启动装置　

ＬＣＩ将发电机按同步电机运行驱动轴系启动、加速。　

（３）燃气轮机点火启动　

由燃气轮机ＭａｒｋⅥ实现．变频控制器维持约　

２５％额定转速下对燃气轮机系统进行吹扫．吹扫完　

毕变频控制退出，转速降至规定值（约１４％额定转　

速）时燃气轮机点火并暖机。

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