火电厂分散控制系统(DCS)的应用发展

火电厂分散控制系统（DCS）的应用发展郑慧莉 许继刚（中国电力工程顾问集团公司，北京 100011）关键词：火电厂分散控制系统（DCS）应用长期以来，中国的电站建设一直以火电建设为主，火力发电厂的总装机容量占全国电力总装机容量的75%以上。

除少数燃气、燃油等其它形式的火电厂外，火电厂的建设又以燃煤电厂的建设为主。

在国民经济快速发展的今天，一大批高参数、大容量的燃煤火电机组正在设计和施工。

作为机组主要控制系统的分散控制系统（DCS），一方面已在常规燃煤火电机组的控制结构和控制范围上发生了巨大的变化，另一方面随着空冷系统、脱硫系统、脱硝系统、大型CFB锅炉等新工艺的产生也相应发生了变化。

本文将围绕DCS与电气控制系统、汽轮机电液控制系统（DEH）、汽轮机危急跳闸系统（ETS）、空冷控制系统、脱硫控制系统、脱硝控制系统、大型循环流化床（CFB）锅炉控制系统等的控制关系，针对国内近期大型燃煤电厂DCS的应用发展进行重点讨论。

1电气控制系统与DCS的关系DCS最初在国内燃煤电厂应用时，其功能覆盖范围仅包括数据采集与处理系统（DAS）和模拟量控制系统（MCS），然后扩展至顺序控制系统（SCS）与锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）。

作为DCS 的主要子系统，以上4项功能目前在国内的应用已相当成熟，是原电力规划设计总院颁发的标准G-RK-95-51《火力发电厂分散控制系统（DCS）技术规范书》的主要功能子系统。

应原国家电力公司的要求，电力规划设计总院组织有关单位对《火力发电厂分散控制系统（DCS）技术规范书》进行了修订，在新修订的标准（目前为中国电力工程顾问集团公司技术标准Q/DG1-K401-2004）中，经过全国各方面专家的反复讨论，仍然将以上四项功能作为DCS的主要功能子系统。

但实际上近几年DCS的应用范围已发生了很大变化，其中最主要的一个方面是电气控制纳入DCS已得到普遍推广应用。

大家知道，由于中国采用前苏联的专业分工模式，故在电厂的设计中，热工自动化与电气自动化是两个不同的专业。

尽管热工自动化已采用了先进的DCS，但传统的电气控制却仍采用一对一的强电操作。

近几年随着电气控制纳入DCS的成功应用，在新版《火力发电厂分散控制系统（DCS）技术规范书》的SCS中，已将电气发变组和厂用电系统的控制作为SCS的一部分，这说明电气发变组和厂用电系统的控制纳入DCS已相当成熟可靠。

通过DCS，已可以实现单元机组的炉、机、电一体化控制，为全能值班创造了条件。

2DEH、ETS与DCS的关系在DCS控制范围上的另一主要变化是DEH电子部件与DCS的软硬件一体化已基本上可以实现。

DEH是电厂的另一重要控制系统，传统上都是由汽轮机厂成套提供一套独立的控制系统。

为了消除信息孤岛，笔者曾在九十年代初提出了DEH与DCS进行串行通讯的设计方案，该方案得到业内人员的普遍认可并在九十年代的工程设计中得到了广泛应用。

随着技术的发展和自动化水平的提高，为了进一步减少控制系统种类，方便电厂运行维护，开始在一些大型项目中试图实现DEH电子部件与DCS的软硬件一体化，但由于种种原因，在工程实施过程当中阻力一直很大，只到近两年，经过各方努力，采取DEH由汽机供货商负责并提供与DCS相同软硬件的方式才逐步实现这一方案。

目前，在大型项目的可行性研究报告审查时，电力规划设计总院基本上都要求项目法人在主机招议标时，按这一方式进行操作。

DEH电子部件与DCS的软硬件一体化已开始逐步走向成熟。

除此之外，作为汽轮机的重要保护系统，ETS的电子部件由传统的可编程序控制器（PLC）改由DCS进行控制也已取得成功业绩。

电气发变组与厂用电、DEH与ETS等系统成功纳入DCS，标志着通过DCS已可以实现对炉机电整套单元机组的检测、控制、报警和保护等全面的控制。

3空冷控制系统与DCS的关系前面就一般常规湿冷机组DCS的功能控制进行了论述。

近几年随着国家对自然资源保护意识的加强，北方缺水地区如山西、内蒙等地，新建大容量高参数的发电机组均要求采用空冷机组。

早期引进的空冷机组，由于不了解其工艺系统和控制策略，一般都采用仪表与控制系统随工艺系统成套供货的方式，而将空冷岛做为一个独立的辅助车间在空冷岛进行就地控制。

在就地进行控制的空冷控制系统多为可编程序控制系统（PLC）。

随着大同二电厂2X600MW机组等项目的建设，实践证明空冷系统的运行直接与机组密切相关，将空冷控制系统纳入机组DCS是可行的。

大同二电厂2X600MW机组采用的建设模式是，空冷控制系统仍然由空冷岛负责供货，且空冷岛承包商在技术上对空冷控制系统负责，采用与机组DCS相同的硬件并与机组DCS连接。

大同二电厂2X600MW机组扩建工程、内蒙上都电厂2X600MW机组扩建工程等项目也已采用相同的建设模式，另外还有内蒙乌拉盖2X600MW机组等项目也将采用该模式。

除大同二电厂2X600MW机组等项目的建设模式外，目前有的项目已开始尝试采用直接将空冷控制系统纳入机组DCS的建设模式。

空冷岛承包商仅负责就地仪表和执行设备的供货并向机组DCS 提供控制策略和控制逻辑，由机组DCS统一完成空冷控制系统的设计组态。

国内将采用该建设模式进行建设和正进行前期准备工作的项目有：陕西国华锦界电厂2X600MW工程、山西漳山2X600MW 扩建工程、山西柳林二期2X600MW工程、河北龙山电厂2X600MW工程、内蒙霍林河电厂2X600MW 工程、内蒙和林电厂2X600MW工程、内蒙科佑中电厂2X600MW工程、内蒙朱家坪电厂2X600MW 工程等等。

4脱硫、脱硝控制系统与DCS的关系为了控制烟尘硫化物的排放，最近除个别偏远地区项目外，国家环保部门要求国内新建的常规燃煤火电厂都要配套建设烟气脱硫系统。

随着国家对烟尘排放标准的要求愈来愈严格，除了烟气脱硫系统外，近两年一些城市电厂和发达地区的电厂已陆续开始建设烟气脱硝装置，如国华台山电厂1台600MW机组、国华宁海电厂1台600MW机组、华电长沙电厂2X600MW机组、福建厦门嵩屿2X300MW机组、国电天津东郊热电厂2X300MW机组等项目都已开始设计和实施烟气脱硝项目。

目前国内建设的烟气脱硫项目主要分为湿法脱硫、干法脱硫和海水脱硫等。

与早期随脱硫工艺设备成套进口的控制系统方案相比，尽管目前设计的脱硫控制系统方案已发生了很大的变化，但湿法脱硫与干法脱硫项目的控制系统目前都还是独立的控制系统，脱硫控制系统与单元机组DCS之间仅仅建立控制和联锁接口。

而工艺上相对简单的海水脱硫项目，如已经投产的深圳西部电厂2X300MW机组和正在建设的福建厦门嵩屿2X300MW扩建机组等，则将脱硫的控制直接纳入单元机组DCS。

烟气脱硝技术有选择性催化还原法（SCR）和选择性非催化还原法（SNCR）等。

目前国内设计的脱硝装置基本上均采用SCR。

考虑到目前加装烟气脱硝装置一般都不设置旁路，烟气脱硝装置的运行与锅炉的运行密切相关，故烟气脱硝装置的运行监控宜由单元机组值班人员来完成。

福建后石电厂是目前国内最早投产的设有烟气脱硝装置的大容量引进电厂，该电厂的脱硝装置就是由单元机组DCS来直接监控的。

对于目前正在设计的国产大容量机组，脱硝装置能否直接纳入单元机组DCS受到一些因素的限制，一方面脱硝装置的控制具有一定的特殊性，另一方面项目所选DCS的供货商不一定具有对脱硝装置进行控制的业绩和经验，而生产脱硝装置的供货商又往往固定有其熟悉的控制伙伴，故明确必须将脱硝装置直接纳入单元机组DCS进行控制尚需要进行一段时间的研究和实践后才能下结论。

但是有一点可以明确的是，即使由脱硝装置配套独立的控制系统，该系统也应与单元机组DCS进行接口连接，通过DCS操作员站对其进行主要的监控。

5大型CFB锅炉控制系统与DCS的关系300MW 级CFB锅炉电站技术的引进是我国“十五”国家重大技术装备研制项目，也是“十一五”国家大力发展的洁净煤燃烧技术。

目前在建的世界上第一个大型CFB锅炉（鲁奇炉型）电站工程——四川白马1X300MW CFB示范项目预计于2006年投产发电。

在白马1×300MW级CFB锅炉示范电站项目之后，相续的大唐云南开远2X300MW CFB项目、内蒙古蒙西电厂2X300MW CFB项目、国电云南小龙潭电厂三期2X300MW CFB项目、华电云南巡检司电厂2X300MW CFB项目、河北秦皇岛电厂2X300MW CFB项目、淮北平山2X300MW CFB项目、内蒙古准能煤矸石2X300MW CFB项目、广东韶关坪石B厂三期2X300MW CFB项目、宁夏大武口2X300MW CFB项目等应用大型CFB锅炉的建设项目正在进行工程前期工作，有的项目已进入实施阶段。

另外，正在进行前期研究工作的中电投江西分宜电厂三期工程，还准备作为国内首个自主研发的300MW级CFB锅炉试验基地。

300MW 级CFB锅炉的控制系统已经是近期电厂设计的一个重点。

300MW 级CFB锅炉与常规的燃煤炉相比，无论在工艺上还是控制逻辑和控制策略上，都存在着很大的差异，尤其是目前在国内应用较多的DCS品牌供货商几乎都没有实施300MW 级CFB锅炉控制的经验，故300MW 级CFB锅炉是单独设置独立的控制系统还是直接纳入机组DCS是困惑设计人员的一个主要问题。

参考中国电力工程顾问集团公司300MW 级CFB引进消化吸收的研究成果和白马项目的设计、实践经验，就目前的情况来看，将大型CFB锅炉的控制直接纳入机组DCS 是可行的。

在前面所述在建项目的设计方案论证中，基本上都是朝着这一目标在努力。

6结束语文章对近两年大型燃煤电厂DCS的最新应用和发展进行了讨论。

由于文章中讨论的一些新技术方案，如将空冷控制系统、烟气脱硝控制系统、300MW级CFB锅炉控制系统直接纳入单元机组DCS 的方案还都有待于各个工程项目的实践验证，故文章中的技术观点仅供现阶段工程设计时参考。

至于烟气湿法脱硫控制系统，有的发电公司也正在尝试将其控制直接纳入单元机组DCS，但是否能够顺利实施，都还有待于进一步论证。

但有一点可以预计，DCS发展到今天，排除电厂运行管理模式与生产关系因素，只要工艺上能够实现的系统，DCS几乎都能实现对其进行控制。

参考文献：[1] 许继刚,金黔军,等.火力发电厂分散控制系统技术规范书.北京：中国电力工程顾问集团公司，2004[2] 许继刚.DEH与DCS的串行通讯设计.电力建设，1995，16（2）：25-28[3] 许继刚.2000年发电厂自动化设计展望.中国电力，1999，32（7）：47-51[4] 郑慧莉.大型火电厂自动化设计的若干问题.电力系统自动化，2005，29(24):79-82[5] 郑慧莉.烟气脱硫的仪表与控制系统设计.电力勘测设计，2005，5:61-63,80[6] 郑慧莉.大型循环流化床（CFB）锅炉的仪表与控制系统.中国电力，2006，39(1):85-88。