Foxboro I/A系統在鎮江電廠三期2X600MW工程的應用

I/A Series （Intelligent Automation智能自動化）系統是美國Foxboro公司于1987年正式發表的新一代分散控制系統。其創新的長壽命結構可以根據用戶的使用經驗和目前工業系統中的最新發展，不斷地加以改進，隨時吸收市場最新的成熟的技術，融合至I/A系統之中。經過多年的持續發展，I/A是分散控制系統中最先進，最安全的系統之一。目前，在美國的許多工業咨詢公司都認為，﹝如自動化研究公司（ABC）和加特恩集團（GartnerGroup）﹞，在工業自動化方面：I/A系統是具有最先進技術的優秀系統。

鎮江發電有限公司位于江蘇省鎮江市高資鎮，規劃容量為3600MW。一期、二期工程已建成有4臺135MW燃煤發電機組，三期工程在擴建端安裝2臺600MW超臨界汽輪發電機組。經過多方調研和激烈地招投標，鎮江電廠的一、二、三期工程的DCS系統都選用了Foxboro公司的I/A系統。其中一、二期的I/A系統分別于1999年和2003年投入運行，三期工程計劃在2005年和2006年分別建成投產。

主設備概況

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

在鍋爐MCR工況下的額定參數為：

·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（進口/出口）：4.54/4.33MPa
·再熱蒸汽溫度（進口/出口）：317/569℃
·給水溫度：282℃

每臺鍋爐配有下列主要輔助設備：

·2臺50%容量、定速、電動、動葉可調軸流式送風機。
·2臺50%容量、定速、電動、靜葉可調軸流式引風機。
·2臺50%容量、變頻、電動、雙吸離心式一次風機。
·2臺50%容量的三分倉熱交換式空氣預熱器。
·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。

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

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

在汽機MCR工況下的額定參數為：

·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 ℃
·再熱蒸汽進口壓力 3.758 MPa
·再熱蒸汽進口溫度 566 ℃
·主蒸汽額定進汽量 1663.433 t/h
·最大進汽量 1910 t/h
·再熱蒸汽額定進汽量 1415.441 t/h
·額定排汽壓力 4.4/5.4 kPa
·最大功率 660MW

每臺汽機配有下列主要輔助設備：

熱循環包括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。

汽機高低壓旁路系統采用兩級串聯旁路，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。

發電機為上海汽輪發電機有限公司引進美國西屋公司技術制造，采用自并激靜止勵磁系統。發電機冷卻方式為水-氫-氫。

設備主要參數為：

·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

鎮江電廠三期工程I/A分散控制系統的基本結構

鎮江電廠三期工程I/A系統由＃5、＃6單元機組和公用系統三個節點組成，參見系統配置圖。公用廠用電系統、空壓機房、燃油泵房、循環水泵房等公用系統接入公用系統節點。單元機組與公用系統之間，通過載波帶局域網進行信息交換。在單元機組的操作員站上，可以對公用系統進行監視和操作。公用系統本身不設操作員站。

每臺單元機組設置六臺操作員站（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（其中一臺彩色）；17對控制處理機CP60，3個處理機機柜，32個I/O機柜（其中4個遠程布置），18個繼電器柜和2個配電柜。

公用系統配置了2對控制處理機CP60,1個處理機機柜，3個I/O機柜（其中1個遠程布置），3個繼電器柜和1個配電柜。

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

循環水泵房、燃油泵房控制采用遠程布置的I/O站（即把FBM組件布置在就地）實現，通過光纜接入單元機組的I/A系統，在單元控制室監控。此外，在汽機、發電機、鍋爐本體檢測部分也采用了四個遠程布置的I/O機柜。

單元機組電氣發變組和高、低壓廠用電源納入DCS監控。

控制處理機及實用I/O點分配

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

·MCS 3對CP60（其中鍋爐側2對，汽機側1對）
·DAS 4對CP60（鍋爐、汽機側各2對）
·FSSS 3對CP60
·SCS 6對CP60（鍋爐、汽機側各3對）
·ECS 1對CP60

另外，通過主機廠配套訂貨，DEH系統配置了2對CP60，MEH配置了1對CP60，FGD脫硫系統配置了3對CP60。

設計的I/O點分配表如下：

機組I/O數量

機組遠程I/O數量

公用I/O數量

I/A分散控制系統的控制功能

鎮江電廠三期工程的I/A系統延續了該廠前四臺機組一體化控制管理的設計原則，并且在此基礎上進一步得到了提高。I/A控制系統除了覆蓋了傳統的數據采集系統（DAS）、模擬量控制系統（MCS）、爐膛安全監測系統（FSSS）、順序控制系統（SCS）、電氣控制系統（ECS）、汽輪機數字電液控制系統（DEH）和給水泵汽輪機電液控制系統（MEH）之外；其脫硫控制系統也是采用I/A系統實現的。

對單元機組而言，電站控制仍然主要包括機爐協調控制系統，鍋爐燃燒器管理及爐膛安全保護系統、輔機啟動順序控制系統、汽輪機電液調節系統等主要控制系統。下面僅對機爐協調控制系統中與常規的亞臨界汽包爐特殊之處的控制方案進行論述。

機、爐協調控制系統（CCS）是火電機組的主控系統。在現代單元制運行的機組中，鍋爐和汽機的相互關系密切，成為一個不可分割的整體，必須采用機、爐協調控制。協調控制系統的任務是控制機組各項輸入與輸出間的能量平衡和質量平衡，使機組在外界的擾動作用下，仍具有良好的負荷動態、靜態跟蹤性能、穩定性能，滿足電網對機組的負荷需求。同時使機、爐兩側多變量的互相影響最小，參數控制最優。其主要功能包括：接受電網的負荷調度，參與調峰和調頻，實現鍋爐、汽機的能量輸入和輸出平衡控制；鍋爐內部各子系統（燃料、送風、引風、給水等）控制動作的協調，機組出力與輔機設備實際能力的協調等。

與亞臨界汽包爐相比，超臨界直流爐在控制上有其特殊性。最顯著的區別是，在直流爐中，沒有汽包將給水控制系統與氣溫控制系統和燃燒控制系統隔離開來。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，鍋爐的蒸發量（蒸汽流量）與給水量相同。在鍋內壓力不變的情況下，工質的溫度和汽水分界點取決于爐內熱負荷和給水量的配比，給水調節和燃燒率調節是密切相關的，為了保證蒸汽的溫度，給水量必須與燃料同步變化；在變負荷時，給水調節和燃燒率調節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節與汽溫調節獨立開來。

超臨界直流爐在啟動或負荷低于35％時，超臨界鍋爐運行在最小水冷壁流量，所產生的蒸汽要小于最小水冷壁流量，汽水分離器處于濕態運行。此時，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控制排出。其運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入過熱器，水通過疏水系統回到除氧器或凝汽器，其水位由分離器的疏水閥調節。

當鍋爐負荷大于35%以上時，鍋爐產生的蒸汽大于最小水冷壁流量，過熱蒸汽通過汽水分離器，此時汽水分離器中沒有水，為干式運行方式，汽水分離器出口溫度由煤水比控制。即汽水分離器由濕態時的液位控制轉為溫度控制。也可以這么說，在正常運行時，分離器不起作用或變化一個聯箱，給水經省煤器、水冷壁、過熱器，直接變成高溫高壓的過熱蒸汽。

保持適當的給水和燃燒率的比例（煤/水比）對直流爐是至關重要的。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/水比的汽水過渡區出口的微過熱汽溫（分離器處的溫度），一般稱這一點溫度為“中間點溫度”，它作為直流爐給水調節重要的修正信號，在不同負荷（壓力）下，由于飽和溫度不同，所以“中間點溫度”的定值是變化的。

下圖是典型的直流鍋爐的給水調節系統的框圖。從中可以看出給水調節回路的一個最重要部分是燃料量（鍋爐指令）經F1（X）的函數變換后，作為給水流量的指令信號，它代表不同負荷（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響應要比燃燒率快，設置一個慣性環節F（t），使給水遲于燃燒率變化，減小汽溫的動態變化。給水量用分離器出口溫度來微調，保證汽溫， F2（X）是不同負荷（或壓力）下飽和溫度，F3（X）是要求的過熱度。另外給水調節系統中設有煤、水交叉限制回路，用于保證煤水比在安全的范圍內。

自從1997年國內第一套300MW機組諫壁電廠＃10機組采用I/A系統之后，I/A系統硬件的高度地可靠性，軟件組態地靈活性逐步為電力行業的廣大用戶所了解、認可，越來越多的火電機組采用了I/A系統實現其控制和管理任務。到目前為止，在短短地七年中，已經有140多套火電機組采用了I/A系統。在2004年，更是有12臺600MW的超臨界機組采用了I/A系統實現其控制和管理任務。