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陳海峰（1981－）
男，內(nèi)蒙古通遼人，畢業(yè)于內(nèi)蒙古科技大學(xué)，自動化專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，主要從事電廠自動控制的研究及應(yīng)用。
摘要：本文主要介紹可轉(zhuǎn)接重載多路復(fù)用端子在濟(jì)鋼燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)發(fā)電多套機(jī)組互為備用改造項(xiàng)目中的優(yōu)勢對比、系統(tǒng)選型、硬件集成及軟件改進(jìn)等方面的情況，其使用靈活、安全可靠、節(jié)省投資的特點(diǎn)，給濟(jì)鋼聯(lián)合循環(huán)發(fā)電不同機(jī)組的互備提供了良好的支持，效果十分明顯。
關(guān)鍵詞：可轉(zhuǎn)接重載端子；互為備用；Phoenix
Abstract: This paper mainly introduces the advantages comparison、system selection、hardware integration and software improvement about the transferable and reused multi-channel junction box in multi-unit’s standby of Jigang IGCC power plant. Its flexibility、safety and economization provided favorable support for Jigang IGCC power plant’s standby are also explained, and the performance of the system is perfect.
Key words: the transferable and reused junction box；standby；Phoenix
1 項(xiàng)目概述
濟(jì)鋼燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)發(fā)電項(xiàng)目共8套機(jī)組，總裝機(jī)容量540MW，是以濟(jì)鋼在能源利用結(jié)構(gòu)調(diào)整中節(jié)余的焦?fàn)t煤氣和回收放散的高爐煤氣為燃料，采用高效率的燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組實(shí)施發(fā)電的資源綜合利用電廠建設(shè)項(xiàng)目（工藝流程如圖1所示）。
由于該項(xiàng)目是世界上第一代利用低熱值混合煤氣作燃料的發(fā)電項(xiàng)目，在工藝、設(shè)計(jì)、安裝、施工及運(yùn)行等方面都還不是十分成熟，尤其是煤氣壓縮機(jī)和燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)兩大系統(tǒng)的故障停機(jī)率較高。若按原設(shè)計(jì)模式（一臺煤壓機(jī)對一臺燃機(jī)），當(dāng)其中任何一臺設(shè)備出現(xiàn)問題時(shí)都將導(dǎo)致該套機(jī)組無法運(yùn)行，而故障跳機(jī)以及煤壓機(jī)與燃機(jī)檢修周期的不同，將使不同機(jī)組的煤壓機(jī)和燃機(jī)處于不同的狀態(tài)，隨著發(fā)電指標(biāo)的不斷提高，有時(shí)希望變換運(yùn)行方式（用一套機(jī)組的煤壓機(jī)或燃機(jī)與另一套機(jī)組的燃機(jī)或煤壓機(jī)搭配運(yùn)行），以最大限度地保證發(fā)電量和檢修時(shí)間。筆者通過深入研究，提出了8套機(jī)組的煤壓機(jī)和燃機(jī)之間互為備用方案。
圖1 濟(jì)鋼燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)發(fā)電工藝流程圖
2 方案論證
2.1 工藝流程改造
由于原設(shè)計(jì)為一對一模式，若要實(shí)現(xiàn)8套機(jī)組之間完全的互為備用，工藝管道改造及加裝閥門等工作量相當(dāng)大，投入巨大且不經(jīng)濟(jì)。因而，采用在8套機(jī)組之間新敷設(shè)一條公用管道，在每一臺煤壓機(jī)至燃機(jī)的煤氣管道上分支出管道（設(shè)閥門）至本公用管道，同時(shí)在原管線上新接管道合茬點(diǎn)后加設(shè)閥門，最終引入到燃機(jī)入口。當(dāng)某套機(jī)組中的煤壓機(jī)或混合站出現(xiàn)故障需要較長時(shí)間處理或者機(jī)組中某個(gè)設(shè)備需要停機(jī)檢修時(shí)，燃機(jī)可以切油運(yùn)行，然后，通過備用管道迅速啟動另外一臺備用的煤壓機(jī)來繼續(xù)給燃機(jī)供應(yīng)燃料，從而最大程度的保證發(fā)電量，增加檢修的靈活性。
2.2 控制系統(tǒng)改造
原控制系統(tǒng)同樣是采用一對一模式，煤壓機(jī)與燃機(jī)之間的聯(lián)絡(luò)信號（連鎖和狀態(tài)信號共8個(gè)，見表1）通過硬線連接到本套機(jī)組的煤壓機(jī)與燃機(jī)的控制系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)不同機(jī)組之間煤壓機(jī)與燃機(jī)的互為備用，就必須改變聯(lián)絡(luò)信號的對應(yīng)關(guān)系，這是保證機(jī)組安全實(shí)現(xiàn)互備的關(guān)鍵。
表1 煤壓機(jī)與燃機(jī)間的聯(lián)絡(luò)信號
為了使8套機(jī)組間任何一臺煤壓機(jī)和燃機(jī)都能輕松、靈活地實(shí)現(xiàn)相互連鎖和監(jiān)控，在不影響原有控制功能的前提下，筆者討論了以下幾種對原煤壓機(jī)和燃機(jī)聯(lián)絡(luò)模式的改造方案：
方案① 硬線手工改接模式：即手工在機(jī)組互備前將一臺機(jī)組的連鎖信號改接至互備的機(jī)組上，該方案優(yōu)點(diǎn)是：不需任何改造，方式簡單，無需增加投入，缺點(diǎn)是：操作起來較為繁瑣，且可靠性較差，普通端子在多次進(jìn)行改接時(shí)容易出現(xiàn)松動、脫開、接觸不良等狀況，對機(jī)組的安全運(yùn)行不利。
方案② 網(wǎng)絡(luò)通訊模式：即采用現(xiàn)有的以太環(huán)網(wǎng)，并利用控制系統(tǒng)自身支持網(wǎng)絡(luò)通訊字功能的特點(diǎn)，將需要互備的各套機(jī)組之間通過通訊來完成轉(zhuǎn)接和切換，以實(shí)現(xiàn)互為備用。該方式的優(yōu)點(diǎn)是：利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)通訊，只需對軟件組態(tài)編程增加網(wǎng)絡(luò)傳遞套接字功能塊，無需重新布線，不增加硬件設(shè)備，投資最少；缺點(diǎn)是：以太網(wǎng)可靠性不高，網(wǎng)絡(luò)中斷易出問題，通訊穩(wěn)定性難以保證，同時(shí)，若其中一臺DCS控制器出現(xiàn)故障，將影響其余機(jī)組的互備。
方案③ 冗余PLC集中管理模式：即單獨(dú)對該8套機(jī)組的相互切換備用架構(gòu)一套冗余的PLC控制系統(tǒng)，將8套機(jī)組的所有接線連接到該冗余PLC系統(tǒng)中，由其集中進(jìn)行管理和切換。該方案的優(yōu)點(diǎn)是：通過冗余的CPU處理器，可靠性得到提高，通過軟件組態(tài)可實(shí)現(xiàn)全自動的切換模式管理，無需進(jìn)行任何手動操作；缺點(diǎn)是：8套機(jī)組互備所用的點(diǎn)（8x8＝64點(diǎn)）全部集中到一個(gè)PLC控制柜中，盡管冗余的PLC具有較高的可靠性，但由于增加了PLC控制這一中間環(huán)節(jié)，且因過度的集中，導(dǎo)致PLC處理器或模塊及供電等出現(xiàn)問題時(shí)，將導(dǎo)致災(zāi)難性的全局連鎖跳機(jī)，另外，該方案需重新布線及增加PLC控制，成本投入比較大。
方案④ 可重載復(fù)用端子模式：將8套機(jī)組的互備接線引至統(tǒng)一接線柜內(nèi)，采用可轉(zhuǎn)接重載復(fù)用端子將來自煤壓機(jī)和燃機(jī)的信號別接入端子卡件的插頭和插座上，利用可重載多路復(fù)用端子的牢固、可靠、靈活的特性，人工切換互備的端子接線，從而實(shí)現(xiàn)不同機(jī)組間的相互備用。該方案的優(yōu)點(diǎn)是：專用端子卡件制造精密，牢固可靠，插拔方便，切換靈活，只需在啟機(jī)前手動交換端子插頭與插座即可，穩(wěn)定可靠，投資相對較少；缺點(diǎn)是：需要重新布線。
通過對以上4種不同方案的對比，本著安全、可靠、靈活、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的原則，選擇了最后一種方案。此種方式需增加中間端子柜，重新敷設(shè)電纜，實(shí)現(xiàn)起來可靠，且DCS原連鎖程序及監(jiān)控畫面無需大的改動，每臺煤壓機(jī)與DCS之間的對應(yīng)關(guān)系單純，可仍保持原有的一對一格局，機(jī)組及DCS檢修靈活，施工起來容易，且投資較少。
3 方案實(shí)施
3.1 元件選型
通過對不同廠家產(chǎn)品的對比之后，選用了Phoenix公司生產(chǎn)的專用可轉(zhuǎn)接重載復(fù)用端子組件，其HC-B 24-ESTS和HC-B 24-EBUS接線端子的螺釘與導(dǎo)線不直接連接，可避免螺釘對導(dǎo)線的擠壓損傷，電氣連接過電壓等級/絕緣材料組別III / I，材料阻燃等級V0，并帶通用安裝腳，可安裝在G型軌、U型軌導(dǎo)軌上，被廣泛用于各類工業(yè)電氣控制柜中，性能完全滿足工業(yè)運(yùn)行現(xiàn)場頻繁替換的安全、可靠要求，組件詳細(xì)清單見表2。
表2 可轉(zhuǎn)接重載多路復(fù)用端子組件清單序號
3.2 硬件改造
為了操作和施工的方便，在燃機(jī)與煤壓機(jī)的連鎖信號之間增加中間端子柜，將8套機(jī)組輸入輸出信號在端子柜分成8組（如圖2所示），從煤壓機(jī)來的8組信號分別明確標(biāo)識1～12＃煤壓機(jī)，每組的8個(gè)聯(lián)絡(luò)信號共16芯線分別引入HC-B 24-ESTS可轉(zhuǎn)接重載復(fù)用端子插芯對應(yīng)的1～16號接線端子排中，而到燃機(jī)的8組信號分別明確標(biāo)識1～12＃燃機(jī)，每組的8個(gè)聯(lián)絡(luò)信號共16芯線分別引入HC-B 24-EBUS可轉(zhuǎn)接重載復(fù)用端子插座對應(yīng)的1－16號接線端子排中，同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)對8臺燃機(jī)的硬標(biāo)識，在24芯剩余下的8芯中采用不同的短接組合（從0000－0111分別對應(yīng)1－12＃燃機(jī)）來標(biāo)定不同的燃機(jī)，與軟件組態(tài)的軟標(biāo)識相配合，更加可靠地完成機(jī)組的切換對應(yīng)。
圖2 中間端子柜硬件布置圖
3.3 軟件改造
為了保證操作人員在啟機(jī)之前已將準(zhǔn)備進(jìn)行互備的煤壓機(jī)和燃機(jī)匹配正確，除了硬件方面的改造之外，還在軟件上做了與之相對應(yīng)的檢查和驗(yàn)證功能（如圖3所示），通過軟件邏輯使一臺煤壓機(jī)同一時(shí)刻只能選定一臺燃機(jī)進(jìn)行備用，而通過IO模塊把燃機(jī)的硬標(biāo)識號讀入DCS控制系統(tǒng)中，將上位HMI選擇的燃機(jī)軟標(biāo)識號與IO模塊讀入的可轉(zhuǎn)接重載復(fù)用端子的硬標(biāo)識號進(jìn)行比對，當(dāng)兩者一致時(shí)，才發(fā)出“機(jī)組互備連鎖匹配已完成允許啟動主電機(jī)”指令，允許操作人員啟機(jī)。
圖3 軟件邏輯關(guān)系改造圖
另外，在操作員界面上保持原有的監(jiān)控畫面的同時(shí)，為了提醒操作人員注意，避免誤操作，增加煤壓機(jī)與8臺燃機(jī)連鎖對應(yīng)關(guān)系選擇畫面（如圖4所示），作為提示報(bào)警信息顯示。開機(jī)前選擇相應(yīng)的對應(yīng)關(guān)系：若為正常的一對一關(guān)系將不作任何提示，若為與其它機(jī)組燃機(jī)的互備組合（如12＃煤壓機(jī)與6＃燃機(jī)）則在畫面顯示報(bào)警信息，并以亮紅色提醒操作人員注意，尤其是啟停機(jī)時(shí)需特別注意對應(yīng)關(guān)系。
圖4 煤壓機(jī)與8臺燃機(jī)連鎖對應(yīng)關(guān)系選擇圖
3.4 運(yùn)行操作
系統(tǒng)改造后，原有的工藝操作、連鎖關(guān)系均未發(fā)生變化，只有在需要進(jìn)行不同機(jī)組間互備時(shí)，按要求將相應(yīng)的煤壓機(jī)和燃機(jī)的可轉(zhuǎn)接重載多路復(fù)用端子的插頭與插座插好，在上位監(jiān)控的連鎖對應(yīng)關(guān)系選擇畫面中選擇對應(yīng)的燃機(jī)系統(tǒng)，隨后，即可跟原來的運(yùn)行一樣進(jìn)行監(jiān)控和操作，十分簡單、方便、可靠。如：想實(shí)現(xiàn)12＃煤壓機(jī)與6＃燃機(jī)連鎖，只需將12＃煤壓機(jī)插頭插入6＃燃機(jī)插座中緊固，隨后在12＃煤壓機(jī)與燃機(jī)連鎖對應(yīng)關(guān)系選擇畫面中會發(fā)現(xiàn)“6＃燃機(jī)已連好”的硬標(biāo)識變?yōu)榱良t色，再選擇上面的“選擇6＃燃機(jī)”，兩個(gè)條件都滿足后，后面的“6＃燃機(jī)連鎖準(zhǔn)備好”變紅色，即可啟動機(jī)組。
4 結(jié)束語
系統(tǒng)改造完成后，在保持機(jī)組原有控制邏輯的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了不同機(jī)組間的互備，啟停切換操作簡單，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，效果相當(dāng)好，為濟(jì)鋼燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)發(fā)電的優(yōu)化運(yùn)行和輪換檢修帶來了極大的方便，提高了機(jī)組的利用率，保證了發(fā)電量的穩(wěn)步提高。可轉(zhuǎn)接重載多路復(fù)用端子的應(yīng)用及軟、硬件設(shè)計(jì)，給控制系統(tǒng)的改進(jìn)提供了方便，提高了系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性，節(jié)省了投資，收到了良好的效果，該解決方案對多機(jī)組互備系統(tǒng)的控制實(shí)現(xiàn)具有很好的借鑒意義。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號