蔣澤熙

摘 要：文章在分析燃氣輪機發(fā)電技術重要性及應用前景的基礎上，針對某燃機電廠現(xiàn)有燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組存在的控制性能低下問題，對其#1、#2燃機系統(tǒng)進行廠級控制系統(tǒng)一體化改造進行研究，得出了一體化改造得到的既定指標，可為此方面的應用研究提供參考。

關鍵詞：燃機電廠；生產過程一體化；控制應用

中圖書分類號：TM611.3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）32-0137-02

隨著能源危機和環(huán)境污染在全球范圍內引起的廣泛關注，發(fā)掘和利用新型清潔能源已經成為世界各國謀求發(fā)展的必經之路。在能源的轉換、輸送、分配過程中，一般將電能作為能量流動的中間或者終端形式，而電力產業(yè)則是流淌在國家日益強大軀體內的血液，是關系著工業(yè)建設和居民生活等國計民生方面的命脈。因此，如何有效地將天然氣能源轉化為電能成為當前各國能源應用領域迫切需要解決的問題，而燃氣輪機則是解決這一問題的最佳途徑。

1 燃機電廠控制系統(tǒng)的改造需求分析

1.1 燃機電廠控制系統(tǒng)現(xiàn)狀

某燃機電廠現(xiàn)有兩套燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組，均為GE公司1983年研制生產的MS6001系列PG6531B型燃氣輪機機組，于1998年投產運行。使用至今，兩套機組已經經歷了幾次升級改造，#1機組四個主要設備目前采用的控制方式分別為：燃機為GE Speedtronic Mark V控制系統(tǒng)；附機為ABB的Freelance2000控制系統(tǒng)；汽輪機調速系統(tǒng)為Woodward505E控制器；天然氣增壓壓縮機為Foxboro模擬控制PLC。#2機組的燃機、汽機、HRSG、天然氣增壓壓縮機均于2005年升級為Mark VI控制系統(tǒng)。

目前，#1燃機Mark V控制系統(tǒng)由于運行不穩(wěn)造成控制卡件故障頻發(fā)，使得由此引發(fā)的停機次數(shù)逐年增加，#1天然氣增壓壓縮機Foxboro模擬控制器自投產至今已運行近15 a，由于控制卡件無法正常工作，現(xiàn)已轉為手動控制，由于這兩種控制系統(tǒng)早已停產，生產商不再提供技術支持和備件供應，造成的修換難題不言而喻，每年因控制系統(tǒng)故障造成的直接利益損失近500萬元。

針對現(xiàn)有控制系統(tǒng)功能落后、故障頻繁、操作繁瑣、維修量大、一體化協(xié)調操作能力差等問題，本文擬對#1、#2燃機系統(tǒng)進行廠級控制系統(tǒng)一體化改造，以期提高設備控制水平，減少控制設備故障，增加燃機電廠創(chuàng)效能力。

1.2 燃機電廠一體化控制的應用需求

廠級一體化控制改造需要對兩套燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)機組控制系統(tǒng)同時進行改造，包括以下幾個方面的研究：一體化主控系統(tǒng)的選擇和網絡互聯(lián)方案確定；#2Mark VI一體化控制系統(tǒng)與#l附機ABB控制系統(tǒng)互聯(lián)控制；#1燃機Mark VI升級及控制一體化；#1天然氣增壓壓縮機Mark VI升級及控制一體化；#1燃機GEX-2000勵磁控制系統(tǒng)接入；#1燃機G60發(fā)電機保護系統(tǒng)接入；#2HRSG新控制元件接入；#2燃機新控制元件連入；Mark VI一體化控制系統(tǒng)歷史站整合；內部intranet網Web數(shù)據(jù)顯示等。

2 燃氣輪機生產過程一體化控制研究

2.1 一體化主控系統(tǒng)選型及其拓撲結構

根據(jù)現(xiàn)場控制設備的應用情況，通過對GE、ABB和Woodward等產品控制原理以及控制系統(tǒng)網絡控制一體化的學習和掌握，本文采用美國GE公司的Speedtronic Mark VI ICS一體化控制系統(tǒng)，并將其應用于#1和#2燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組的燃機、汽機、余熱鍋爐以及輔助系統(tǒng)的一體化監(jiān)控。

系統(tǒng)的一體化網絡用MarkVI取代原有的#l Mark V控制柜，各組成的拓撲結構如圖1所示。

2.2 #1燃機控制系統(tǒng)改造的意義和新系統(tǒng)的優(yōu)越性

將#l燃機控制系統(tǒng)由Mark V升級到Mark VI是此次改造的關鍵環(huán)節(jié)，其意義及Mark VI的優(yōu)越性表現(xiàn)為以下幾個方面：

①采用了HMI人機接口、DCS控制系統(tǒng)、集成控制和I/O模塊、遠程I/O接口、Ethernet實現(xiàn)對接至操作員接口，并且應用范圍廣泛。

②Mark VI控制系統(tǒng)設置的多個聯(lián)絡柜方便大量節(jié)點的輸入輸出，實現(xiàn)了元件獨立、控制可靠、接線便捷等特點。

③Mark VI控制系統(tǒng)作為GE公司推出的新一代燃機控制裝置，其結構和功能實現(xiàn)了冗余式配置，集成模塊化硬、軟件處理，組態(tài)化控制，友好人機交互，實時監(jiān)控診斷，元件、接口標準通用。

3 燃氣輪機一體化控制改造

3.1 一體化改造方案

①#l增壓機原監(jiān)控系統(tǒng)采用的Foxboro氣動模擬控制器由于不涉及信號控制，所以無法像PLC、DCS等實現(xiàn)一體化互聯(lián)。通過進行氣—電檢測儀表、氣—電控制執(zhí)行器改造，在研究分析原有控制算法、程序的基礎上，用#1 Mark VI控制系統(tǒng)進行重新編寫，采用基于TCP/IP網絡的EGD交換網絡協(xié)議用于一體化互聯(lián)。升級改造后的增壓機控制系統(tǒng)由氣動模擬改為了數(shù)字控制，實現(xiàn)了技術升級和性能改進。

②將#1原燃機勵磁系統(tǒng)升級為GEX-2000，并通過硬連線和Modbus協(xié)議與#1 Mark VI控制系統(tǒng)互聯(lián)，并編寫對應的擴展應用程序。

③將#1原燃機發(fā)電機保護系統(tǒng)升級為G60，并通過硬連線和Modbus協(xié)議與#1 Mark VI控制系統(tǒng)互聯(lián)，編寫對應的擴展應用程序并在萬維互聯(lián)狀態(tài)下進行安裝調試。

④#2 HRSG氣動控制閥TCVl 16通過編寫相應程序和接線連入Mark VI控制系統(tǒng)，實現(xiàn)一體化監(jiān)控和保護。

⑤#l燃機、增壓機與聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)以及#1附機分別通過EGD交換網絡互聯(lián)協(xié)議以及Modbus協(xié)議將各自的實時運行數(shù)據(jù)、報警和事件傳送到專用歷史站，當距離較遠時可加裝轉換器便于長距離信號傳輸。如圖2所示，歷史記錄從單元數(shù)據(jù)傳輸線路訪問#l、#2燃氣輪機控制器數(shù)據(jù)，其它的歷史數(shù)據(jù)獲得是通過Modbus和/或以太網為基礎的接口來實現(xiàn)的。來自第三方設備的數(shù)據(jù)，象Bently Nevada監(jiān)視器，或非GE的PLC，通常通過Modbus獲得，HMI和其它操作員接口裝置到歷史記錄的通信通過廠級數(shù)據(jù)傳輸線路。

3.2 可以達到的技術指標

①可通過一體化HMl人機界面進行實時監(jiān)視、得到#l、#2機組設備運行參數(shù)、報警、事件信號。

②歷史站可以訪問并采集#1、#2機組運行數(shù)據(jù)、報警、事件信號。

③Mark VI主控制系統(tǒng)與#1附機實現(xiàn)高速互聯(lián)，保持數(shù)據(jù)、信號、命令等的傳輸和和報警、監(jiān)視、遙控等操作。

④燃機啟動、運行、停機較原先更加平穩(wěn)、迅速、可靠，燃機保護可實現(xiàn)快速動作，其他一些實現(xiàn)的控制指標如表1所示。

4 結 語

全廠燃機一體化控制終端可以通過任一臺操作站監(jiān)視和控制全廠的發(fā)電設備和輔助設備，達到全廠協(xié)調控制和事故處理。在提高#1機組聯(lián)合循環(huán)熱效率和發(fā)電效益的同時可以大幅減少維護工作量，而且由此節(jié)省的控制備件購置金可為電廠節(jié)省資本投入，創(chuàng)造更多效能。本文通過對#1、#2燃機系統(tǒng)進行廠級控制系統(tǒng)一體化改造，解決了現(xiàn)有控制系統(tǒng)功能落后、故障頻繁、操作繁瑣、維修量大、一體化協(xié)調操作能力差等問題，提高了設備控制水平，增加了燃機電廠創(chuàng)效能力。

參考文獻：

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