分散控制系统在热电联产机组和综合利用机组上的应用
发布时间：2019-08-02 16:22:47来源：
一、概 述
热电联产机组是为了满足城市供热(替代许多小锅炉和小烟囱)和工业热负荷装设的多台容量较小的供热机组。综合利用机组是燃用煤矿的劣质煤、废弃的煤矸石、铬渣（均为资源综合利用）以及可燃垃圾（环境保护和垃圾处理）的机组。这两类机组有机组容量较小、汽水系统多采用母管制、锅炉与汽轮发电机数量常不对等的共同特点。
分散控制系统（DCS）是由高速数据通信主干网络、分散的过程控制单元和功能强大的人机界面构成的控制系统，它可以通过数据通信方便地与发电厂的实时监控和管理信息系统网络连接，提高发电厂的管理水平。
按照原来的设计标准，由于控制系统投资较高，小容量机组一般不采用分散控制系统，但投资体制改革后，为了提高机组的自动化控制水平和运行管理水平，使机组安全、稳定运行，各种小容量机组也普遍应用分散控制系统。分散控制系统在小容量机组上的应用既有与大容量机组上的应用相同的方面，也有许多不同的方面，因此，需要根据其运行特点，合理配置控制系统，达到简化网络系统结构、减少控制设备，使分散控制系统的应用更为合理。以下对分散控制系统在热电联产机组和综合利用机组上的应用进行分析。
二、分散控制系统的应用
2.1 在大容量机组上的应用
以2台300MW单元制机组为例，每台机组各设置1套分散控制系统，分别为DCS1和DCS2。由于2台机组有公用系统，必须配置1套公用系统网络DCS0。 为了保证分散控制系统数据交换的安全可靠，公用系统网络分别通过2对网关（冗余配置）与DCS1、DCS2的2条冗余环网连接；同时，考虑到2台机组操作人员对公用系统设备操作时的一致性，2台机组的操作员站需要经过授权后才能对公用系统的设备进行操作。大容量机组典型分散控制系统的结构见图1。
2.2 在热电联产机组和综合利用机组上的应用
2.2.1 2套分散控制系统和公用网络的结构方式
对于热电联产机组和综合利用机组（如三炉两机），如果按照大容量机组上应用分散控制系统的模式，至少也需要采用2套分散控制系统（两炉一机1套，一炉一机1套）和公用系统网络，其系统结构见图2。
对于主蒸汽为母管制的系统，分散控制系统依据主蒸汽母管的蒸汽压力信号对各台锅炉进行负荷分配（各台锅炉负荷分配的原理见图3），从而获得汽轮机运行所需的蒸汽量，所以主蒸汽母管的蒸汽压力信号必须接入公用系统网络DCS0。即从通信数据传输来说，对于图2的系统结构，主蒸汽母管压力信号需要经过公用系统网络和网关，再送到每台锅炉的控制器，而网关为薄弱环节，一旦发生故障，将会直接影响机组的安全、稳定运行，可能造成数据通信延时，使调节品质下降。
另外，由于除氧给水系统为母管制，所有的给水泵、除氧器都要接入公用系统网络。为了便于监视和操作，在公用系统网络上往往还要增加额外的操作员站，而且如果分散控制系统的人机界面按锅炉、汽轮机分别集中监控，3个网络的网络结构也将造成监控信息跨网传递，增加网络通信的负荷。
2.2.2 共用1套分散控制系统的系统结构方式
通过深入分析，提出热电联产机组和综合利用机组分散控制系统的应用采用多台机组共用1套分散控制系统的方案。以三炉两机机组为例，其系统结构见图4。
2.2.2.1 优点
a.网络简单，便于维护，节省投资。
b.公用系统的分散处理单元（控制器）直接挂在同一个环网上，不存在监控信息跨网络传输的问题。
c.主蒸汽母管压力信号直接通过环网与各台锅炉的控制器通信，不再需要经过网关。
d.分散控制系统的操作员站不必按各台汽轮机、锅炉分别设置，可以统一安排，有利于操作员站分别集中监视和控制，实现集中运行操作和管理，精简运行值班人员，提高自动化水平。
e.除氧给水不必单独设操作员站，而由汽轮机值班员兼管。
2.2.2.2 应用实例
目前，国内已经投产和在建的热电联产机组和综合利用机组发电工程，已经有多台机组共用1套分散控制系统的实例。南京第二热电厂扩建3台440t/h锅炉、2台125MW汽轮机热电联产机组，采用1套分散控制系统实现在同一集控室对三炉两机集中监控；安徽金源热电有限公司合肥经济技术开发区热电厂3台220t/h锅炉、1台50MW和1台25MW汽轮机热电联产机组，采用1套分散控制系统对三炉两机进行集中监控。
2.2.2.3 需说明的问题
a.由于热电联产机组和综合利用机组容量一般较小，每台机组的I/O点数也较少，共用1套分散控制系统，总的I/O点数不会太多，分散控制系统仍然能满足要求。
b.分散控制系统具有集中监视、分散控制的特点，在多台机炉共用1套分散控制系统时，不会由于分散控制系统故障，影响全厂机组的运行。
c.为确保分散控制系统能够定期检修，设计时充分考虑分散处理单元分散设置的合理性，各台锅炉或汽轮机的各种功能控制器以单台汽轮机、锅炉为单位分别设置，因此检修某台锅炉或汽轮机均不会影响其他锅炉或汽轮机；数据通信系统为冗余配置的环形网络，控制器均直接连接控制网络，因此检修时将相应的设备从控制网络中脱离，不会影响整个数据通信系统和其它设备的安全、稳定、运行。
d.整个系统中，电源相对薄弱，为了提高分散控制系统的安全性，建议设置双UPS。
三、结束语
以上分析了热电联产机组和综合利用机组的运行特点，对分散控制系统在此类机组上应用的方式进行了讨论。实际应用证明，多台机组合用1套分散控制系统的系统结构方案合理，适当配置电源后，对系统的可靠性和维修等方面无影响。
热电联产机组是为了满足城市供热(替代许多小锅炉和小烟囱)和工业热负荷装设的多台容量较小的供热机组。综合利用机组是燃用煤矿的劣质煤、废弃的煤矸石、铬渣（均为资源综合利用）以及可燃垃圾（环境保护和垃圾处理）的机组。这两类机组有机组容量较小、汽水系统多采用母管制、锅炉与汽轮发电机数量常不对等的共同特点。
分散控制系统（DCS）是由高速数据通信主干网络、分散的过程控制单元和功能强大的人机界面构成的控制系统，它可以通过数据通信方便地与发电厂的实时监控和管理信息系统网络连接，提高发电厂的管理水平。
按照原来的设计标准，由于控制系统投资较高，小容量机组一般不采用分散控制系统，但投资体制改革后，为了提高机组的自动化控制水平和运行管理水平，使机组安全、稳定运行，各种小容量机组也普遍应用分散控制系统。分散控制系统在小容量机组上的应用既有与大容量机组上的应用相同的方面，也有许多不同的方面，因此，需要根据其运行特点，合理配置控制系统，达到简化网络系统结构、减少控制设备，使分散控制系统的应用更为合理。以下对分散控制系统在热电联产机组和综合利用机组上的应用进行分析。
二、分散控制系统的应用
2.1 在大容量机组上的应用
以2台300MW单元制机组为例，每台机组各设置1套分散控制系统，分别为DCS1和DCS2。由于2台机组有公用系统，必须配置1套公用系统网络DCS0。 为了保证分散控制系统数据交换的安全可靠，公用系统网络分别通过2对网关（冗余配置）与DCS1、DCS2的2条冗余环网连接；同时，考虑到2台机组操作人员对公用系统设备操作时的一致性，2台机组的操作员站需要经过授权后才能对公用系统的设备进行操作。大容量机组典型分散控制系统的结构见图1。
2.2 在热电联产机组和综合利用机组上的应用
2.2.1 2套分散控制系统和公用网络的结构方式
对于热电联产机组和综合利用机组（如三炉两机），如果按照大容量机组上应用分散控制系统的模式，至少也需要采用2套分散控制系统（两炉一机1套，一炉一机1套）和公用系统网络，其系统结构见图2。
对于主蒸汽为母管制的系统，分散控制系统依据主蒸汽母管的蒸汽压力信号对各台锅炉进行负荷分配（各台锅炉负荷分配的原理见图3），从而获得汽轮机运行所需的蒸汽量，所以主蒸汽母管的蒸汽压力信号必须接入公用系统网络DCS0。即从通信数据传输来说，对于图2的系统结构，主蒸汽母管压力信号需要经过公用系统网络和网关，再送到每台锅炉的控制器，而网关为薄弱环节，一旦发生故障，将会直接影响机组的安全、稳定运行，可能造成数据通信延时，使调节品质下降。
另外，由于除氧给水系统为母管制，所有的给水泵、除氧器都要接入公用系统网络。为了便于监视和操作，在公用系统网络上往往还要增加额外的操作员站，而且如果分散控制系统的人机界面按锅炉、汽轮机分别集中监控，3个网络的网络结构也将造成监控信息跨网传递，增加网络通信的负荷。
2.2.2 共用1套分散控制系统的系统结构方式
通过深入分析，提出热电联产机组和综合利用机组分散控制系统的应用采用多台机组共用1套分散控制系统的方案。以三炉两机机组为例，其系统结构见图4。
2.2.2.1 优点
a.网络简单，便于维护，节省投资。
b.公用系统的分散处理单元（控制器）直接挂在同一个环网上，不存在监控信息跨网络传输的问题。
c.主蒸汽母管压力信号直接通过环网与各台锅炉的控制器通信，不再需要经过网关。
d.分散控制系统的操作员站不必按各台汽轮机、锅炉分别设置，可以统一安排，有利于操作员站分别集中监视和控制，实现集中运行操作和管理，精简运行值班人员，提高自动化水平。
e.除氧给水不必单独设操作员站，而由汽轮机值班员兼管。
2.2.2.2 应用实例
目前，国内已经投产和在建的热电联产机组和综合利用机组发电工程，已经有多台机组共用1套分散控制系统的实例。南京第二热电厂扩建3台440t/h锅炉、2台125MW汽轮机热电联产机组，采用1套分散控制系统实现在同一集控室对三炉两机集中监控；安徽金源热电有限公司合肥经济技术开发区热电厂3台220t/h锅炉、1台50MW和1台25MW汽轮机热电联产机组，采用1套分散控制系统对三炉两机进行集中监控。
2.2.2.3 需说明的问题
a.由于热电联产机组和综合利用机组容量一般较小，每台机组的I/O点数也较少，共用1套分散控制系统，总的I/O点数不会太多，分散控制系统仍然能满足要求。
b.分散控制系统具有集中监视、分散控制的特点，在多台机炉共用1套分散控制系统时，不会由于分散控制系统故障，影响全厂机组的运行。
c.为确保分散控制系统能够定期检修，设计时充分考虑分散处理单元分散设置的合理性，各台锅炉或汽轮机的各种功能控制器以单台汽轮机、锅炉为单位分别设置，因此检修某台锅炉或汽轮机均不会影响其他锅炉或汽轮机；数据通信系统为冗余配置的环形网络，控制器均直接连接控制网络，因此检修时将相应的设备从控制网络中脱离，不会影响整个数据通信系统和其它设备的安全、稳定、运行。
d.整个系统中，电源相对薄弱，为了提高分散控制系统的安全性，建议设置双UPS。
三、结束语
以上分析了热电联产机组和综合利用机组的运行特点，对分散控制系统在此类机组上应用的方式进行了讨论。实际应用证明，多台机组合用1套分散控制系统的系统结构方案合理，适当配置电源后，对系统的可靠性和维修等方面无影响。