关于天然气冷热电三联供系统的控制网络规划

关于天然气冷热电三联供系统的控制网络规划

刘俊

（广州华跃电力工程设计有限公司广东广州510535）

摘要：天然气冷热电三联供系统的控制网络类似于常规火力发电，除了锅炉、汽机的工艺流程控制外，还有天然气调压站、前置模块等。本文针对天然气冷热电三联供系统的控制网络规划进行论述。

关键词：清洁能源；冷热电三联供；CCHP；设计；控制

1.背景

天然气冷热电三联供系统（CCHP）是能源综合梯级利用的解决方案，总的能源利用率可以达到75%～90%。冷热电三联供系统既可使用户自成一个能源供应系统，又可与大电网并网运行，系统具有相对的独立性、灵活性和安全性，可以满足不同功率负荷的用户需求。

2.设计规划

天然气冷热电三联供系统（CCHP）的主机为燃气轮机发电机组、余热锅炉、蒸汽轮机发电机组，辅助系统包括天然气调压站系统、燃机前置模块系统、取水系统、净水站系统、锅炉补给水处理系统、天然气调压站系统、全厂循环水系统、制冷站系统、换热站系统、电气厂用电源、发电机-变压器组等。

由于天然气冷热电三联供系统（CCHP）具有多工艺系统的特点，其车间（建筑物）的总平面布置也是按模块化布局的。根据以上特点，正好可以凭借控制网络控制功能分散、显示操作集中、兼顾分而自治和综合协调的优点进行规划。

全厂共设置1套厂级分散控制系统（DCS），对多套联合循环机组、全厂公用系统和辅助车间系统进行监控。DCS主要功能包括数据采集、模拟量控制、顺序控制。

采用厂级DCS作为主要控制系统，随燃机、汽机主设备配供的控制系统通过通讯接口和少量硬接线与厂级DCS相连，构成一个对各单元机组/公用/辅控/电气系统进行集中监控的统一的控制平台，实现对厂内所有生产系统的监视和控制。

为保证联合循环机组工艺系统独立安全运行和检修维护灵活，拟设置联合循环机组DCS控制层网络及联合循环机组公用DCS控制层网络，这些控制层网络分别设置其控制器、I/O通道、电源和冗余控制网络、控制机柜。

燃机TCS、汽轮机控制系统和DCS之间设通信接口，重要信号硬接线至DCS。

厂级DCS控制系统设置全功能操作员站，运行人员可根据权限通过任一全功能操作员站实现对各机组及公用系统的监视和操作。同时在DCS操作台上配置了燃气轮机、蒸汽轮机和发电机的紧急停止按钮及重要辅机的操作按钮（硬接线的控制方式），以保证机组在紧急情况下安全停机。

图1控制网络结构示意图

集控室位于汽机房运转层，本期工程3机1控，并预留二期扩建空间。集控室同层设有交接班室、工程师室、电子设备间等。集控室内操作台直形布置。本期先按3机1控布置。

各操作员站布置在操作台上，包括单元机组DCS操作员站、DEH操作员站、TCS操作员站、辅网操作员站和电气操作员站。由热网设计方提供的热网操作员站也布置在集控室操作台上。操作台上布置操作员站的显示器和键盘外，还将布置少量独立于DCS的开关/按钮，以备在DCS发生全局性或重大故障时，确保机组、设备的紧急安全停运。

程就地不设置控制室。为了便于巡检调试，就地设置调试站，布置于辅助车间电子设备间内。

DCS应有接收GPS信号的接口，GPS可向DCS、燃机岛控制系统等提供时钟信号，使DCS和燃机岛控制系统在GPS下同步。DCS内部应以GPS信号作为“数字主时钟”，使挂在数据通讯总线上的各个站的时钟同步。时钟同步系统由主时钟单元和从时钟（扩展）单元组成，主时钟单元配两台时钟，一主一备，互为冗余，两台主时钟均可接收GPS/北斗卫星双时钟源输入。主从单元之间的时标信号连接采用双光纤连接，确保从时钟单元时间基准信号的稳定性。主时钟单元和从时钟（扩展）单元均支持内部守时模块，并可通过网络化管理软件进行参数配置和功能管理。

控制网络中控制器共设置了30对，其中：

1、2号机组（抽凝机组）：锅炉各2对DPU，汽机各3对DPU，电气各2对DPU；

3号机组（背压机组）：锅炉2对DPU，汽机2对DPU，电气2对DPU；

辅网电气公用2对DPU，循环水、空压机2对DPU，化水3对DPU，净水1对DPU，燃料1对DPU，制冷1对DPU。

控制网络中，每对DPU的IO点数不大于550，如下表：

每台机组及公用系统各设置1面电源网络柜，共4面，每面电源网络柜中配置有多台交换机、光电转换器、光线终端盒等，用于控制网络的搭建。

在单元机组网络设置有操作员站、工程师站、OPC站、历史站等，主厂房公用网络上设置有值长站、公用操作员站等，各辅助车间均设置有就地调试站。从而形成控制功能分散、显示操作集中的控制网络。

通过如上的控制网络规划，使得每对DPU的负荷率不大于60%，操作员站的控制器处理量不大于40%，控制网络通讯负荷率不大于20%，满足控制控制系统可靠性要求。

工业4.0时代，数字化、智能化已成为衡量行业发展水平的重要因素，大数据、物联网、移动互联、云计算、三维可视化等技术的发展，为发电企业建设更加安全、可靠、高效、清洁的数字化、智能化能源站奠定了基础[1]。基于合理的控制网络规划，科学划分控制层次，方能为数字化、智能化做好铺垫。

3.结束语

对于冷热电多联供分布式能源站的商业运营模式选择，因为涉及到了很多如发动机械的运转、三相负荷管理、热工技术和计算机智能化管理等专业知识，甚至涉及到大数据、“互联网+”以及综合智慧能源等新技术，所以需要不同领域的专业技术人才来负责运行维护[2]。通过合理的控制网络规划，可有效地利用控制系统的高度自动化功能，减少人力的投入，最终实现项目安全可靠、经济可观地生产运行。

参考文献：

[1]刘俊.基于数字化电厂技术的分布式能源站建设方案概述[J].工业C，2017（13）：148.

[2]张健慧.分布式多联供能源站的商业运营模式[J].企业改革与管理，2016（20）：106-107.

作者简介：

刘俊，身份证630104198506122019，青海西宁人，工程师，主要从事传统能源与新能源的设计规划工作。