燃气机组基建过程中的热工控制系统优化

燃气机组基建过程中的热工控制系统优化

方耿森

中国能源建设集团广东火电工程有限公司 510700

摘要：基于对热控检测控制系统设备的可靠性提高和控制功能完善，在某公司2x100MW级天然气热电联产项目建设过程中，我们通过对其热工控制系统进行优化设计，使其控制功能更加完善。

关键词：热工控制系统；设计优化；功能完善

某工程装机方案为2×100MW级(F级)燃气-蒸汽联合循环供热机组，由2台燃气轮发电机组、2台余热锅炉、1台抽凝式汽轮发电机组、1台背压汽轮发电机组组成。在工程建设过程中，热控专业要对机组保护系统进行改进，提升机组保护系统的可靠性，深入开展设计优化和设备优化工作，为机组的安全、稳定运行提供良好的保证。文章着重阐述了某工程中控制系统集成的实现过程，重点阐述了在关键系统中，如何对热控测试装置进行优化设计，完善其控制功能。

一、实现DCS和TCS控制系统一体化

本工程自动化控制系统采用集中控制方式，以分散控制系统（DCS）作为机组监视和控制的核心，实现机组的数据采集（DAS）、模拟量控制（MCS）、顺序控制（SCS）、发变组控制等功能，配以燃机控制系统（TCS）、汽机电液控制系统（DEH）、汽机紧急跳闸系统（ETS）和汽机本体监测仪表（TSI）等该自动化系统组成了一个综合的自动控制系统，它可以监测、控制燃机、汽机、废热锅炉、动力系统、发电机机组等系统。

由于DCS采用的是新华控制工程公司的MARKVIe，TCS是由燃机制造商提供的，在原来的设计中，汽机及公用辅机的DCS与燃机的TCS是以硬接线或通信的形式连接起来的，从而完成对机组的整体控制。为了进一步提升该项目的自动化控制水平，便于对其进行运行监测，减少其运行与监测所需的人力资源，提升其工作效率。在DCS、TCS实现全厂一体化的实施过程中，研究人员特组织了DCS厂商、燃机厂商的控制人员开展了专题研讨，分析了在控制系统集成的过程中存在的技术壁垒，并提出了相应的对策。

（1）由于原有的TCS与DCS的软件版本不同，所以在网络通信方面有一定的安全隐患，所以在控制系统的受电调试过程中，对该软件的版本进行了更新，使得控制系统的软件版本不变，保证了控制软件的兼容性。

（2）现场TCS与DCS的网络交换机型号不一致，网络传输会受到影响，为此，可以将接入一体化网络的子交换机由思科（CISCO）2960S型号统一升级成2960X型号，为了满足全厂七大独立子网之间的光缆通信与数据交换，还设计了一对核心层交换机，以保证整个控制系统的可靠运行。

（3）针对TCS与DCS的板卡硬件结构不同、集成难度大等问题，本项目通过对燃机主控工程师、DCS主控工程师的联合评价与验证，证实硬件类型不同对集成控制网络的影响不大。

（4）燃机厂商以技术壁垒、技术机密等原因拒绝将TCS接入DCS网，经过反复交流及合约条款限制，最终才获准接入DCS网。为此，我们要求燃机供应商提供出厂组态软件备份，技术上做到TCS网络中的UDP、PDHEGD点对DCS开放，允许DCS工程师站对燃机控制系统软件包进行组态，允许DCS系统HMI能对燃机控制系统进行操作监视。

最后，通过DCS厂商对整个控制系统一体化的各种技术资源进行集成，使整个系统的软件组态、数据监控、控制操作等功能都可以在DCS系统中的任意一个HMI上完成。

二、AST电磁阀跳闸保护动作方式优化设计，防止主保护拒动

汽轮机设备制造商研制了一种三冗余AST电磁阀，其中AST电磁阀通电后工作，其工作原理为：AST电磁阀组为三选二结构，当接收到各种中断信号（也就是ETS系统关机信号）时，最少有两个电磁阀工作以排出安全油，然后再将启动油、OPC油和控制油卸下，关闭主汽门、调节汽门、抽汽调门等，切断进汽，让机组停机。

该设计在DCS系统中存在着严重的安全隐患，即当控制源丢失或者控制回路断开时，AST电磁阀无法得电动作，汽轮机主保护拒动。为此，研究人员提出了一种新的思路，即在汽轮机ETS保护回路中，对三组AST电磁阀进行失电操作，以避免汽轮机主保护拒动。

三、润滑油系统控制功能优化，完善热控检测装置的监测和保护功能

在安装汽轮机润滑油系统热工测试控制设备之前，研究人员查阅了设计院的图纸和厂商的资料，对润滑油系统的压力测试设备和系统的流程进行了研究，了解了各工厂的供压力开关和变送器的控制功能设计和系统监控的要求。从设备可靠、设计安全、控制功能齐全的需求点出发，使汽轮机润滑油热工测试控制系统的设备优化与控制功能最优化。例如，在测试机油压力的时候，如果按照原来的设计，机油母管有9个取压点：7个压力开关，有3个是用来压油跳闸的，2个是压力变送器，这些仪器的管线都是比较密的，因为场地的安装面积有限，所以无法得到技术上的保障。生产厂家设计的压力开关功能单一，配置过多，经优化后，可由压力变送器完成，不仅可以进行实时监控，而且可以确保控制逻辑的可靠性。通过对润滑油测试系统的查缺补漏，并根据设备运行监测的要求，分析了润滑油系统各个油泵出口处没有设置现场压力监测装置，在施工过程中，在高压启动油泵、交流润滑油泵、直流润滑油泵出口处增加了现场压力表，对油泵出口压力进行监控，为运行人员进行设备操作及现场巡检提供了可靠的参考依据。

四、保安油系统设备优化，实现重要参数的监视需求

汽轮机供油系统一部分是由主油泵向汽轮发电机组各轴承提供润滑油及调节保安系统提供压力油，另一部分是主油泵通过滤油器向DEH中电液伺服阀供油。电液伺服阀、AST电磁阀、OPC电磁阀，都是从母管处的压力油路中经过一套双滤器滤出，没有单独的防燃系统。在机组投入使用期间，可以针对实际需要，对其安保油系统进行优化，在AST跳闸组件旁边增加现场重置油压力表，在控制油过滤器出口母管增加母管压力表，并把对保安油压力监控的电磁保护模块进行优化，将其作为一个压力变送器，在DCS系统中引入一个模拟信号，便于操作人员对其进行监控，并对其进行优化设计，从而达到了对保安油系统的可靠监控。

五、结束语

热控控制与测试系统的可靠与否，对整个机组的安全、稳定、经济的运行至关重要。在火电机组的工程建设中，必须在设计阶段进行及时的改进，对系统的控制功能进行优化，在调试阶段及时根据工况要求进行设备选型改进、消除系统缺陷，对热控控制和监测系统进行了进一步改进，从而使整个机组的安全性和经济性得到全面地提升。

参考文献：

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