本文针对的主要机型是国内已引进技术的ge、西门子、三菱公司的厂级燃机及由此燃机所组成的燃气-蒸汽联合循环发电机组,其典型项目分别为望亭电厂、深圳东部电厂和郑州燃机电站。
一、望亭电厂
每套机组分别为一拖一单轴f级燃气轮机、三压再热无补燃余热锅炉和凝汽式汽轮机。其中,燃气轮机和凝汽式汽轮机由哈尔滨动力设备股份有限公司与ge公司合作生产,余热锅炉由杭州锅炉厂生产。
1.1控制系统和通讯网络
控制系统主要包括分散控制系统(dcs),随机岛主设备成套提供的控制系统mark-vi以及热力系统辅机控制设备。dcs采用美国emerson公司生产的ovation系统,机岛控制系统mark-vl由美国ge公司提供。
1.1.ldcs
电厂的联合循环机组及其辅助系统均为单元制,每套机组配用1套dcs。主要用于燃气-蒸汽联合循环机组的余热锅炉和热力循环系统、电气部分发变组与厂用电系统、高压启动/备用变压器侧断路器及6kv侧开关等监视和控制,并实现燃气-蒸汽联合循环机组的数据采集、处理、显示、报警、制表记录和性能计算,完成燃气-蒸汽联合循环机组所有运行参数的自动控制和调节,满足机组在各种负荷变化条件下的安全可靠运行。不设dcs公用网络段及公用dcs,两台机组公用系统的设备分别接入#1、#2机组dcs。
余热锅炉壁温、烟气温度的检测采用emerson的848t温度变送器和3420现场接口模件组成dcs远程i/0控制站,进行数据采集,并通过通信电缆与燃气-蒸汽联合循环机组dcs连接,实现集中监视和管理。
联合循环机组dcs与燃机-汽机控制系统之间通过双冗余的交换器使用带tcp/ip的以太网通讯接口进行连接,实施双向通信。重要的连锁保护信号采用硬接线连接。
1.1.2燃机控制系统
燃机控制采用speedtronlcmark-vl三冗余微处理器的控制系统。3个独立且相同的控制器
控制系统网络ionet是基于以太网的用于3个控制模块、保护模块的3个部分和任何扩展模块之间通信的网络。机组级数据高速公路(udh)基于以太网络,提供蒸汽轮机和发电机控制之间的对等通信。在网络上数据能被单播、多播或广播传输到平等控制系统。厂级数据高速公路(pdh)用于和电厂dcs或其它第三方平台的数据通信。
电子设备均模块化。控制、保护和任何扩展模块与操作员接口之间的通信通过以太网,提供1个带浮点数据的实时、多任务操作系统。
系统具有容错控制结构,在没有任何单点故障时,能对输入和输出进行可靠表决。每1干接点输入的表决值和每1模拟量输入的中间值均在1个控制模块内计算,而启用作应用软件合成的控制参数。如果发现3个输入值有不一致,诊断算法则监视这些输入并启动诊断报警。每1干接点输入被分配1个毫秒的时间标签,用以提供口个内置的事件顺序(soe)监视。
操作员接口由gefanucclmplictyr图形显示系统和微软windowsnt操作系统的pc机组成。
输入/输出(i/0)直接连接到透平和发电机上设备的接口,如直接连接至振动传感器、火焰检测器、lvdts、磁转速探头、热电偶、热电阻,确保spedtronlcmarkvl诊断功能直接监视机械设备上探头的正常状况。
1.1.3汽轮机控制系统
汽轮机控制采用speedtronlcmarkvl三重冗余(tmr)微处理器的透平控制系统。3个独立且相同的处理器
操作员接口由gefanucclmpllcltyr图形显示系统和微软windowsnt操作系统的pc机组成。
speedtronlcmarkvl和其它ge的控制设备通过udh在对等层上通讯。其它ge的控制设备包括发电机励磁系统,燃气轮机静态启动器。udh是口个双冗余的网络。hml操作员接口隔离udh和pdh。
mark一vi与dcs使用带tcp/ip的1个以太网通讯接口,并且通过gsm用于厂级报警和事件的带当地时间标签数据的传送。
1.1.4后备硬接线操作
集控室主控台上设有少量用于机组紧急停机和设备保护的后备操作按钮,包括:调压站入口总阀关、调压站出口至叫燃机关断阀关、停汽机(双按钮)、真空破坏阀开、柴油发电机启动。
1.2控制系统功能
联合循环机组的程序控制层次分为功能组级和子组级,功能组和子组级中所有设备都可以实现顺序起、停控制。控制系统设有自动发电控制(ago)接口,但目前只能手动控制。
1.2.ldcs功能
dcs的主要功能有:数据采集(das)、模拟量控制(mcs)、顺序控制(scs)、汽机旁路控制(bpc)、机组的保护与联锁,dcs协调燃机、余热锅炉、旁路系统、汽机和它们辅机的运行,快速、准确和稳定地响应负荷指令,进行有效的生产。
1.2.2mark-vl控制系统功能
随机岛整体配套的mark-vl控制系统为燃机、汽轮发电机组提供完整的监视、控制和保护,其功能为:控制、顺控和保护。
(1)燃气轮机mark-vi控制功能
燃机的主要控制有:速度和负荷控制;温度控制;进口导叶控制,燃料冲程控制。
燃机的主要顺控有:启动装置通电;点火;启动装置脱离和断电;加速到同期转速;调整转速进行同期;自动和人工同期;升负荷;卸负荷;停机;减速/自动盘车;吹扫。
燃气轮机的主要保护有:超速;超温;振动;火焰检测;紧急停机和润滑油。
(2)汽轮机mark-vl控制功能
汽机的主要控制有:蒸汽流量控制和排汽温度控制。
汽机的主要顺控有:启动、运行和停机;盘车;同期。
汽机的主要保护有:超速;凝汽器真空低;振动大;推力轴承磨损大;润滑油压低。
1.2.3控制系统的主要特点
控制系统的控制处理器、通信总线、电源均采用冗余配置,系统内单一组件故障,不会导致整个控制系统的失效,也不会影响机组的正常运行和保护功能。
硬接线的后备操作设备独立于控制系统。当控制系统发生全局生或重大故障时(如通信故障、电源消失、操作员站全部故障等),确保整个机组能紧急安全停机。
1.2.4控制设备的配置与组态
望亭燃气电厂联合循环机组控制系统组态图,见图1。
二、深圳东部电厂
总体规划建设9台燃气—蒸汽联合循环发电机组,现已建成的一期工程3×350mw级机组。每套机组的配置分别为一拖一单轴f级燃气轮机,三压、再热、无补燃、卧式自然循环余热锅炉和凝汽式汽轮机。其中,燃气轮机和凝汽式汽轮机由东方电气集团与三菱公司合作生产,余热锅炉由杭州锅炉厂生产。
2.1控制系统和通讯网络
电厂控制系统主要有dcs,随机岛主设备成套提供的控制系统和热力系统辅机控制设备。dcs采用美国emerson公司的ovation系统的产品。机岛的控制系统采用日本三菱公司的diasys产品。
2.1.1dcs
联合循环机组及其辅助系统均为单元制,每套机组采用1套dcs,主要用于实现余热锅炉及其辅助系统、热力系统、厂用电源的监视和控制,并与燃机-汽机控制系统进行双向冗余通讯,运行人员在集中控制室通过dcs的人机接口可实现对整套联合循环机组的集中监视控制。
dcs的基本设置为:单元机组dcs+公用dcs网络,公用系统的监控可在单元机组操作员站完成,3台单元机组操作员站对公用系统的操作设置安全闭锁,3台单元机组操作员站均能显示公用网络的所有画面,但在同一时刻只能由1台单元机组操作员站对公用系统进行控制操作。
dcs的通讯网络分为两层:机组过程监控级和i/0级。机组过程控制级为快速以太网通讯网络,通讯速率为1oomb/s。此网络主要用于dcs各控制站、操作员站、打印机等设备之问的通讯,并与全厂sis网连接。i/0级网络为pci总线,分布在各个过程控制站内,通讯速率为lomb/s。此级网络承担同一站内所有i/0模件。
2.1.2燃机-汽机控制系统
燃机-汽机控制采用的是日本三菱公司的dlasys(tcs+pcs+tps)系统。tcs机岛控制系统(turbinecontrolsystem)主要完成对燃机-汽机-发电机本体的监视和控制;pcs过程控制系统(processcontrolsystem)主要完成对汽机旁路系统、汽机轴封系统、凝汽器真空系统的监视和控制;tps机岛保护系统(turbineprotectionsystem)主要完成对燃机-汽机-发电机的保护。
2.1.3后备硬接线操作
dcs操作台配置的后备硬接线操作有:机组跳闸、发电机停、发变电组停、交流油泵启动、直流油泵启动、开真空破坏门、开高、中、低压