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1 燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電工藝簡(jiǎn)介
濟(jì)南鋼鐵集團(tuán)總公司（簡(jiǎn)稱濟(jì)鋼）燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電是以平衡利用后的富裕煤氣作為燃?xì)廨啓C(jī)的燃料，即：煉鐵產(chǎn)生的大量低熱值高爐煤氣；煉鋼產(chǎn)生的部分轉(zhuǎn)爐煤氣；大量的高熱值焦?fàn)t煤氣。發(fā)電工藝流程為：高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣混合（熱值必須達(dá)到5528kJ/m3），經(jīng)電除塵器除塵后，干凈的混合煤氣經(jīng)煤氣壓縮機(jī)壓縮（2.1MPa）后進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)，膨脹做功后排出。燃?xì)廨啓C(jī)同軸帶動(dòng)空壓機(jī)、發(fā)電機(jī)。
燃?xì)廨啓C(jī)排出的高溫廢氣（約540℃）作為余熱鍋爐的熱源，余熱鍋爐為雙鍋筒鍋爐，產(chǎn)生中溫中壓和低溫低壓蒸汽，中溫中壓蒸汽用于帶蒸汽透平發(fā)電；低溫低壓蒸汽用于鍋爐給水的除氧。
2 DCS電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)
濟(jì)鋼燃?xì)獍l(fā)電工程的I級(jí)基礎(chǔ)自動(dòng)化由電氣和儀表自動(dòng)化系統(tǒng)組成，采用電儀一體化的DCS控制系統(tǒng)及雙網(wǎng)卡冗余工業(yè)以太網(wǎng)。根據(jù)工藝系統(tǒng)劃分及控制要求，主要包括兩套爐機(jī)系統(tǒng)，兩套電氣系統(tǒng)和一套公用系統(tǒng)。下面主要介紹電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
2.1 系統(tǒng)組成
燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)額定功率50MW，出線電壓10kV，蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)額定功率18MW，出線電壓10kV，經(jīng)共同的母線送至額定功率80MW的升壓變壓器，升壓至110kV，經(jīng)母線與外電網(wǎng)并網(wǎng)。機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，外電網(wǎng)通過(guò)80MW變壓器向電廠供電。發(fā)電廠自用10kV高壓電引自發(fā)電機(jī)出口，由電抗器經(jīng)電纜送至10kV配電裝置，向發(fā)電廠高壓設(shè)備供電。10kV配電裝置為單母線接線，發(fā)電廠自用380/220V低壓電由10kV配電裝置接入低壓變壓器，向低壓負(fù)荷供電。
DCS電氣系統(tǒng)的主要設(shè)備有：汽輪發(fā)電機(jī)、高壓廠用電源、低壓廠用電源、煤氣壓縮機(jī)饋線。由以下子系統(tǒng)組成：1#/2#汽輪發(fā)電機(jī)；10kV機(jī)壓母線I段/II段；10kV廠用母線I段/II段；0.4kV廠用母線I段/II段；UPS系統(tǒng)；直流系統(tǒng)。
兩套機(jī)組的供電來(lái)源分別是歷城電和韓倉(cāng)電，高壓電經(jīng)過(guò)兩臺(tái)主變壓器（110kV/10kV)，到10kV機(jī)壓母線I/II段，分別帶動(dòng)1#/2#蒸汽輪發(fā)電機(jī)和1#/2#燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)；另外一路經(jīng)過(guò)電抗器到10kV廠用母線，帶動(dòng)煤氣壓縮機(jī)和廠內(nèi)其它設(shè)備，并經(jīng)過(guò)10kV/0.4kV變壓器到達(dá) 0.4kV廠用母線，供給廠內(nèi)其它用電。電氣主接線如圖1所示。
圖1電氣主接線
2.2 硬件配置
兩套機(jī)組的電氣系統(tǒng)均采用GE Fanuc Series 90TM 90-30 系列PLC，雙機(jī)熱備，工作時(shí)一主一從，同步運(yùn)行，互為冗余。一旦主PLC因故障掉電，另一PLC立即由從變主，繼續(xù)工作；主PLC恢復(fù)以后，兩套PLC仍然保持原來(lái)的主從關(guān)系。其冗余配置由Max on軟件完成。
I/O子站使用GE Fanuc的控制軟件Versamax，進(jìn)行PLC的編程和配置。Versamax既可以作為單獨(dú)的PLC控制機(jī)，又可以作為 I/O子站，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線受控于其它主控設(shè)備，還可以構(gòu)成由多臺(tái)PLC組成的分布式大型控制系統(tǒng)。Versamax I/O 通用靈活，可用于本地和遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場(chǎng)，并且具有自動(dòng)地址分配組態(tài)特性。系統(tǒng)的I/O布置如圖2所示。
圖2 1#機(jī)組的I/O布置（2#同）
2.3 軟件配置
2.3.1 控制軟件 下位編程、硬件組態(tài)軟件采用基于WINDOWS95/98/NT（或更高）環(huán)境下的Versapro，運(yùn)用梯形圖邏輯（Ladder）和功能塊（FBD）相結(jié)合的編程方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的邏輯判斷和控制。
2.3.2 上位監(jiān)控軟件 上位監(jiān)控軟件為GE Fanuc的CIMPLICITY Plant Edit，用于單一的人機(jī)界面到完全網(wǎng)絡(luò)化的監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用來(lái)進(jìn)行工藝過(guò)程及設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和處理,完成工藝過(guò)程數(shù)據(jù)分析、操作數(shù)據(jù)設(shè)定和運(yùn)算控制。
2.4 系統(tǒng)通訊配置
各子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，采用VME總線技術(shù)實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)，信號(hào)分兩路接入兩個(gè)配置完全相同的VersaMax I/O 站；I/O子站與S90－30系列PLC之間，采用Genius總線技術(shù)，雙線冗余，確保了PLC與遠(yuǎn)程I/O之間的數(shù)據(jù)與控制的正常進(jìn)行；再通過(guò) 100M TCP/IP以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)PLC之間及PLC與上位機(jī)之間數(shù)據(jù)交換及共享。
2.5 系統(tǒng)功能
DCS電氣系統(tǒng)可根據(jù)HMI的操作指令和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)器信號(hào)，完成整個(gè)發(fā)電工程供電系統(tǒng)的順序控制和邏輯控制,并進(jìn)行工藝過(guò)程及設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控,完成工藝過(guò)程數(shù)據(jù)分析以及設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的故障診斷。
（1）電氣控制：根據(jù)HMI的操作指令和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)器的信號(hào)，完成供電系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)回路、低壓廠用變壓器回路及備用電源回路、高壓電抗器回路及高壓廠用電源聯(lián)絡(luò)回路、汽輪發(fā)電機(jī)出口斷路器及同期回路、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制回路、汽輪發(fā)電機(jī)啟動(dòng)、升壓、并網(wǎng)及停機(jī)等子系統(tǒng)的自動(dòng)控制。
（2）設(shè)備監(jiān)控：通過(guò)動(dòng)態(tài)顏色顯示，實(shí)現(xiàn)主控室對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控，當(dāng)某一設(shè)備回路通電以后，操作工可從HMI畫(huà)面上看到該回路顯示為紅色，未通電的線路則顯示黑色，醒目直觀，便于監(jiān)控。
（3）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)視：HMI中設(shè)計(jì)了工藝過(guò)程及設(shè)備狀態(tài)的在線數(shù)據(jù)顯示，利用CIMPLICITY P.E.的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集功能，將現(xiàn)場(chǎng)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示。
（4）設(shè)備在線診斷及實(shí)時(shí)報(bào)警：系統(tǒng)對(duì)重要設(shè)備都設(shè)置報(bào)警監(jiān)控，并對(duì)產(chǎn)生報(bào)警的設(shè)備進(jìn)行在線分析，查出故障原因后，在HMI上動(dòng)態(tài)閃爍，提醒用戶及時(shí)處理，系統(tǒng)自動(dòng)記錄近期設(shè)備所有報(bào)警信息，便于監(jiān)測(cè)設(shè)備的不良狀態(tài)，查明故障點(diǎn)和故障原因。
（5）故障診斷：對(duì)系統(tǒng)故障能夠做出診斷，如對(duì)系統(tǒng)有硬件故障、I/O故障表中有故障、I/O故障表滿、遠(yuǎn)程I/O通訊故障、系統(tǒng)模塊有硬件故障等均可做出診斷，并在上位機(jī)顯示，便于查找故障原因。
（6）數(shù)據(jù)記錄：對(duì)重要數(shù)據(jù)系統(tǒng)可以進(jìn)行記錄，記錄周期為1h。可將數(shù)據(jù)保存下來(lái)，每條記錄在系統(tǒng)內(nèi)可以保持10天，10天后自動(dòng)刪除，以.csv 文件形式保存在指定目錄下，用于日后查詢。數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQL Server 2000，通過(guò)ODBC接口與HMI連接。
（7）歷史趨勢(shì)/快速趨勢(shì)：系統(tǒng)對(duì)每一數(shù)據(jù)都可作快速趨勢(shì)和歷史趨勢(shì)圖。趨勢(shì)圖能從Cimplicity數(shù)據(jù)庫(kù)登錄器中的成組表、當(dāng)前數(shù)據(jù)、CSV 文件和參考文件取得數(shù)據(jù)，并將它們顯示成趨勢(shì)曲線。用戶可以查詢某一時(shí)間段、某些變量的數(shù)據(jù)，并打印報(bào)表；或?qū)崟r(shí)顯示某些變量的數(shù)據(jù)曲線，用于比較和分析。
（8）用戶權(quán)限設(shè)定：系統(tǒng)對(duì)人員進(jìn)行權(quán)限分類，根據(jù)不同的權(quán)限可以進(jìn)行不同操作，如操作工的權(quán)限相對(duì)較小，只能瀏覽主要的操作畫(huà)面進(jìn)行操作；維護(hù)工程師可進(jìn)行故障診斷的查看及故障清除；系統(tǒng)管理員的權(quán)限最大,可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行修改、組態(tài)。
3 結(jié)束語(yǔ)
濟(jì)鋼利用燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，一期發(fā)電系統(tǒng)裝機(jī)容量2×66MW，2004年8月兩套機(jī)組全部并網(wǎng)發(fā)電，性能穩(wěn)定，運(yùn)行良好。DCS電氣系統(tǒng)基于對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、順序控制、連續(xù)控制、監(jiān)控操作、人機(jī)對(duì)話和數(shù)據(jù)通信（包括接受過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)定值和發(fā)送實(shí)際過(guò)程數(shù)據(jù)給過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)），其應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了整個(gè)發(fā)電廠供電系統(tǒng)電氣設(shè)備的在線實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障診斷、故障預(yù)報(bào)及遠(yuǎn)程信息傳送，并提供了故障診斷系統(tǒng)信息指導(dǎo)功能。
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