Foxboro I/A系統(tǒng)在鎮(zhèn)江電廠三期2X600MW工程的應(yīng)用

I/A Series （Intelligent Automation智能自動化）系統(tǒng)是美國Foxboro公司于1987年正式發(fā)表的新一代分散控制系統(tǒng)。其創(chuàng)新的長壽命結(jié)構(gòu)可以根據(jù)用戶的使用經(jīng)驗(yàn)和目前工業(yè)系統(tǒng)中的最新發(fā)展，不斷地加以改進(jìn)，隨時(shí)吸收市場最新的成熟的技術(shù)，融合至I/A系統(tǒng)之中。經(jīng)過多年的持續(xù)發(fā)展，I/A是分散控制系統(tǒng)中最先進(jìn)，最安全的系統(tǒng)之一。目前，在美國的許多工業(yè)咨詢公司都認(rèn)為，﹝如自動化研究公司（ABC）和加特恩集團(tuán)（GartnerGroup）﹞，在工業(yè)自動化方面：I/A系統(tǒng)是具有最先進(jìn)技術(shù)的優(yōu)秀系統(tǒng)。

鎮(zhèn)江發(fā)電有限公司位于江蘇省鎮(zhèn)江市高資鎮(zhèn)，規(guī)劃容量為3600MW。一期、二期工程已建成有4臺135MW燃煤發(fā)電機(jī)組，三期工程在擴(kuò)建端安裝2臺600MW超臨界汽輪發(fā)電機(jī)組。經(jīng)過多方調(diào)研和激烈地招投標(biāo)，鎮(zhèn)江電廠的一、二、三期工程的DCS系統(tǒng)都選用了Foxboro公司的I/A系統(tǒng)。其中一、二期的I/A系統(tǒng)分別于1999年和2003年投入運(yùn)行，三期工程計(jì)劃在2005年和2006年分別建成投產(chǎn)。

主設(shè)備概況

鍋爐采用上海鍋爐廠有限公司引進(jìn)美國CE公司技術(shù)制造的，超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次中間再熱、采用四角切圓燃燒方式、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐、露天布置燃煤鍋爐。

在鍋爐MCR工況下的額定參數(shù)為：

·主蒸汽流量：1910 t/h
·主蒸汽壓力：25.40MPa
·主蒸汽溫度：571℃
·再熱蒸汽流量：1614t/h
·再熱蒸汽壓力（進(jìn)口/出口）：4.54/4.33MPa
·再熱蒸汽溫度（進(jìn)口/出口）：317/569℃
·給水溫度：282℃

每臺鍋爐配有下列主要輔助設(shè)備：

·2臺50%容量、定速、電動、動葉可調(diào)軸流式送風(fēng)機(jī)。
·2臺50%容量、定速、電動、靜葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)。
·2臺50%容量、變頻、電動、雙吸離心式一次風(fēng)機(jī)。
·2臺50%容量的三分倉熱交換式空氣預(yù)熱器。
·1臺30%容量液力偶合的變速電動鍋爐給水泵。
·2臺50%容量的汽動鍋爐給水泵。

制粉系統(tǒng)為直吹式系統(tǒng)，每臺爐配六臺中速磨煤機(jī)和6臺稱重式皮帶給煤機(jī)。燃料燃燒系統(tǒng)的布置為3層輕油槍、6層煤燃燒器。

汽機(jī)采用由上海汽輪機(jī)有限公司引進(jìn)美國西屋公司技術(shù)制造的超臨界、一次中間再熱、三缸四排汽、單軸、凝汽式汽輪機(jī)。

在汽機(jī)MCR工況下的額定參數(shù)為：

·主蒸汽壓力 24.2 MPa（a）
·主蒸汽溫度 566 ℃
·高壓缸排汽口壓力 4.176 MPa（a）
·高壓缸排汽口溫度 306.7 ℃
·再熱蒸汽進(jìn)口壓力 3.758 MPa
·再熱蒸汽進(jìn)口溫度 566 ℃
·主蒸汽額定進(jìn)汽量 1663.433 t/h
·最大進(jìn)汽量 1910 t/h
·再熱蒸汽額定進(jìn)汽量 1415.441 t/h
·額定排汽壓力 4.4/5.4 kPa
·最大功率 660MW

每臺汽機(jī)配有下列主要輔助設(shè)備：

熱循環(huán)包括3臺高壓加熱器、1臺除氧器和5號、6號、7A、7B、8A、8B低壓加熱器。

汽機(jī)高低壓旁路系統(tǒng)采用兩級串聯(lián)旁路，高旁容量為在額定壓力和溫度下的35%B-MCR流量，低旁容量為40%B-MCR流量。

凝汽器為單流程雙背壓。

發(fā)電機(jī)為上海汽輪發(fā)電機(jī)有限公司引進(jìn)美國西屋公司技術(shù)制造，采用自并激靜止勵磁系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)冷卻方式為水-氫-氫。

設(shè)備主要參數(shù)為：

·額定功率 600MW
·最大功率 667MW
·額定功率因素 0.9（滯后）
·額定電壓 20kV
·額定電流 19245A

鎮(zhèn)江電廠三期工程I/A分散控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

鎮(zhèn)江電廠三期工程I/A系統(tǒng)由＃5、＃6單元機(jī)組和公用系統(tǒng)三個節(jié)點(diǎn)組成，參見系統(tǒng)配置圖。公用廠用電系統(tǒng)、空壓機(jī)房、燃油泵房、循環(huán)水泵房等公用系統(tǒng)接入公用系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)。單元機(jī)組與公用系統(tǒng)之間，通過載波帶局域網(wǎng)進(jìn)行信息交換。在單元機(jī)組的操作員站上，可以對公用系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和操作。公用系統(tǒng)本身不設(shè)操作員站。

每臺單元機(jī)組設(shè)置六臺操作員站（其中一臺用于DEH），一臺工程師站，一個值長站，三塊大屏幕，三臺激光打印機(jī)（其中一臺彩色）；17對控制處理機(jī)CP60，3個處理機(jī)機(jī)柜，32個I/O機(jī)柜（其中4個遠(yuǎn)程布置），18個繼電器柜和2個配電柜。

公用系統(tǒng)配置了2對控制處理機(jī)CP60,1個處理機(jī)機(jī)柜，3個I/O機(jī)柜（其中1個遠(yuǎn)程布置），3個繼電器柜和1個配電柜。

兩臺機(jī)組合用一集中控制室。采用I/A分散控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)單元機(jī)組爐、機(jī)、電集中控制。在集控室內(nèi)以操作員站為控制中心，以LCD、大屏幕顯示器鼠標(biāo)和鍵盤作為機(jī)組的主要監(jiān)視和控制手段，在少量就地人員巡回檢測和少量操作的配合下，在集控室內(nèi)實(shí)現(xiàn)機(jī)組的啟動、正常運(yùn)行及停止或事故處理等。每臺機(jī)組設(shè)置三塊大屏幕顯示器，不再設(shè)置常規(guī)顯示儀表和報(bào)警光字牌，僅設(shè)置個別獨(dú)立于DCS的后備啟停和跳閘操作手段。

循環(huán)水泵房、燃油泵房控制采用遠(yuǎn)程布置的I/O站（即把FBM組件布置在就地）實(shí)現(xiàn)，通過光纜接入單元機(jī)組的I/A系統(tǒng)，在單元控制室監(jiān)控。此外，在汽機(jī)、發(fā)電機(jī)、鍋爐本體檢測部分也采用了四個遠(yuǎn)程布置的I/O機(jī)柜。

單元機(jī)組電氣發(fā)變組和高、低壓廠用電源納入DCS監(jiān)控。

控制處理機(jī)及實(shí)用I/O點(diǎn)分配

在鎮(zhèn)江電廠三期工程的2X600MW超臨界機(jī)組的I/A分散控制系統(tǒng)中，控制處理機(jī)的分配按照電廠一、二期工程的慣例，控制處理機(jī)的分配采用按功能區(qū)的分配方式。單元機(jī)組的控制處理機(jī)CP60的分配如下：

·MCS 3對CP60（其中鍋爐側(cè)2對，汽機(jī)側(cè)1對）
·DAS 4對CP60（鍋爐、汽機(jī)側(cè)各2對）
·FSSS 3對CP60
·SCS 6對CP60（鍋爐、汽機(jī)側(cè)各3對）
·ECS 1對CP60

另外，通過主機(jī)廠配套訂貨，DEH系統(tǒng)配置了2對CP60，MEH配置了1對CP60，F(xiàn)GD脫硫系統(tǒng)配置了3對CP60。

設(shè)計(jì)的I/O點(diǎn)分配表如下：

機(jī)組I/O數(shù)量

機(jī)組遠(yuǎn)程I/O數(shù)量

公用I/O數(shù)量

I/A分散控制系統(tǒng)的控制功能

鎮(zhèn)江電廠三期工程的I/A系統(tǒng)延續(xù)了該廠前四臺機(jī)組一體化控制管理的設(shè)計(jì)原則，并且在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步得到了提高。I/A控制系統(tǒng)除了覆蓋了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）、模擬量控制系統(tǒng)（MCS）、爐膛安全監(jiān)測系統(tǒng)（FSSS）、順序控制系統(tǒng)（SCS）、電氣控制系統(tǒng)（ECS）、汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）和給水泵汽輪機(jī)電液控制系統(tǒng)（MEH）之外；其脫硫控制系統(tǒng)也是采用I/A系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。

對單元機(jī)組而言，電站控制仍然主要包括機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，鍋爐燃燒器管理及爐膛安全保護(hù)系統(tǒng)、輔機(jī)啟動順序控制系統(tǒng)、汽輪機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)等主要控制系統(tǒng)。下面僅對機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中與常規(guī)的亞臨界汽包爐特殊之處的控制方案進(jìn)行論述。

機(jī)、爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（CCS）是火電機(jī)組的主控系統(tǒng)。在現(xiàn)代單元制運(yùn)行的機(jī)組中，鍋爐和汽機(jī)的相互關(guān)系密切，成為一個不可分割的整體，必須采用機(jī)、爐協(xié)調(diào)控制。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的任務(wù)是控制機(jī)組各項(xiàng)輸入與輸出間的能量平衡和質(zhì)量平衡，使機(jī)組在外界的擾動作用下，仍具有良好的負(fù)荷動態(tài)、靜態(tài)跟蹤性能、穩(wěn)定性能，滿足電網(wǎng)對機(jī)組的負(fù)荷需求。同時(shí)使機(jī)、爐兩側(cè)多變量的互相影響最小，參數(shù)控制最優(yōu)。其主要功能包括：接受電網(wǎng)的負(fù)荷調(diào)度，參與調(diào)峰和調(diào)頻，實(shí)現(xiàn)鍋爐、汽機(jī)的能量輸入和輸出平衡控制；鍋爐內(nèi)部各子系統(tǒng)（燃料、送風(fēng)、引風(fēng)、給水等）控制動作的協(xié)調(diào)，機(jī)組出力與輔機(jī)設(shè)備實(shí)際能力的協(xié)調(diào)等。

與亞臨界汽包爐相比，超臨界直流爐在控制上有其特殊性。最顯著的區(qū)別是，在直流爐中，沒有汽包將給水控制系統(tǒng)與氣溫控制系統(tǒng)和燃燒控制系統(tǒng)隔離開來。在直流鍋爐中給水變成過熱蒸汽是一次完成的。正常情況下，鍋爐的蒸發(fā)量（蒸汽流量）與給水量相同。在鍋內(nèi)壓力不變的情況下，工質(zhì)的溫度和汽水分界點(diǎn)取決于爐內(nèi)熱負(fù)荷和給水量的配比，給水調(diào)節(jié)和燃燒率調(diào)節(jié)是密切相關(guān)的，為了保證蒸汽的溫度，給水量必須與燃料同步變化；在變負(fù)荷時(shí)，給水調(diào)節(jié)和燃燒率調(diào)節(jié)必須隨鍋爐主控指令而同步動作。對于直流鍋爐而言，整臺鍋爐就是一個作為多變量對象，而不能象汽包鍋爐把給水調(diào)節(jié)與汽溫調(diào)節(jié)獨(dú)立開來。

超臨界直流爐在啟動或負(fù)荷低于35％時(shí)，超臨界鍋爐運(yùn)行在最小水冷壁流量，所產(chǎn)生的蒸汽要小于最小水冷壁流量，汽水分離器處于濕態(tài)運(yùn)行。此時(shí)，汽水分離器中多余的飽和水通過汽水分離器液位控制系統(tǒng)控制排出。其運(yùn)行方式和汽包爐相似，它用分離器來分離汽水，分離器出來的蒸汽進(jìn)入過熱器，水通過疏水系統(tǒng)回到除氧器或凝汽器，其水位由分離器的疏水閥調(diào)節(jié)。

當(dāng)鍋爐負(fù)荷大于35%以上時(shí)，鍋爐產(chǎn)生的蒸汽大于最小水冷壁流量，過熱蒸汽通過汽水分離器，此時(shí)汽水分離器中沒有水，為干式運(yùn)行方式，汽水分離器出口溫度由煤水比控制。即汽水分離器由濕態(tài)時(shí)的液位控制轉(zhuǎn)為溫度控制。也可以這么說，在正常運(yùn)行時(shí)，分離器不起作用或變化一個聯(lián)箱，給水經(jīng)省煤器、水冷壁、過熱器，直接變成高溫高壓的過熱蒸汽。

保持適當(dāng)?shù)慕o水和燃燒率的比例（煤/水比）對直流爐是至關(guān)重要的。煤/水比是否合適，直接反映在過熱汽溫上，因此常用過熱蒸汽汽溫的偏差來校正給水流量與燃燒率的比例。一般采用能較快反映煤/水比的汽水過渡區(qū)出口的微過熱汽溫（分離器處的溫度），一般稱這一點(diǎn)溫度為“中間點(diǎn)溫度”，它作為直流爐給水調(diào)節(jié)重要的修正信號，在不同負(fù)荷（壓力）下，由于飽和溫度不同，所以“中間點(diǎn)溫度”的定值是變化的。

下圖是典型的直流鍋爐的給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的框圖。從中可以看出給水調(diào)節(jié)回路的一個最重要部分是燃料量（鍋爐指令）經(jīng)F1（X）的函數(shù)變換后，作為給水流量的指令信號，它代表不同負(fù)荷（燃料量）下對給水流量的要求。F1（X）就是俗稱的“煤-水比”，由于汽溫對給水量的動態(tài)響應(yīng)要比燃燒率快，設(shè)置一個慣性環(huán)節(jié)F（t），使給水遲于燃燒率變化，減小汽溫的動態(tài)變化。給水量用分離器出口溫度來微調(diào)，保證汽溫， F2（X）是不同負(fù)荷（或壓力）下飽和溫度，F(xiàn)3（X）是要求的過熱度。另外給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)中設(shè)有煤、水交叉限制回路，用于保證煤水比在安全的范圍內(nèi)。

自從1997年國內(nèi)第一套300MW機(jī)組諫壁電廠＃10機(jī)組采用I/A系統(tǒng)之后，I/A系統(tǒng)硬件的高度地可靠性，軟件組態(tài)地靈活性逐步為電力行業(yè)的廣大用戶所了解、認(rèn)可，越來越多的火電機(jī)組采用了I/A系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其控制和管理任務(wù)。到目前為止，在短短地七年中，已經(jīng)有140多套火電機(jī)組采用了I/A系統(tǒng)。在2004年，更是有12臺600MW的超臨界機(jī)組采用了I/A系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其控制和管理任務(wù)。