今日頭條
官方微信
官方抖音
案例頻道
陳海峰（1981－）
男，內蒙古通遼人，畢業于內蒙古科技大學，自動化專業，工學學士，主要從事電廠自動控制的研究及應用。
摘要：本文主要介紹可轉接重載多路復用端子在濟鋼燃氣－蒸汽聯合循環發電多套機組互為備用改造項目中的優勢對比、系統選型、硬件集成及軟件改進等方面的情況，其使用靈活、安全可靠、節省投資的特點，給濟鋼聯合循環發電不同機組的互備提供了良好的支持，效果十分明顯。
關鍵詞：可轉接重載端子；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 項目概述
濟鋼燃氣－蒸汽聯合循環發電項目共8套機組，總裝機容量540MW，是以濟鋼在能源利用結構調整中節余的焦爐煤氣和回收放散的高爐煤氣為燃料，采用高效率的燃氣—蒸汽聯合循環發電機組實施發電的資源綜合利用電廠建設項目（工藝流程如圖1所示）。
由于該項目是世界上第一代利用低熱值混合煤氣作燃料的發電項目，在工藝、設計、安裝、施工及運行等方面都還不是十分成熟，尤其是煤氣壓縮機和燃氣輪發電機兩大系統的故障停機率較高。若按原設計模式（一臺煤壓機對一臺燃機），當其中任何一臺設備出現問題時都將導致該套機組無法運行，而故障跳機以及煤壓機與燃機檢修周期的不同，將使不同機組的煤壓機和燃機處于不同的狀態，隨著發電指標的不斷提高，有時希望變換運行方式（用一套機組的煤壓機或燃機與另一套機組的燃機或煤壓機搭配運行），以最大限度地保證發電量和檢修時間。筆者通過深入研究，提出了8套機組的煤壓機和燃機之間互為備用方案。
圖1 濟鋼燃氣－蒸汽聯合循環發電工藝流程圖
2 方案論證
2.1 工藝流程改造
由于原設計為一對一模式，若要實現8套機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大，投入巨大且不經濟。因而，采用在8套機組之間新敷設一條公用管道，在每一臺煤壓機至燃機的煤氣管道上分支出管道（設閥門）至本公用管道，同時在原管線上新接管道合茬點后加設閥門，最終引入到燃機入口。當某套機組中的煤壓機或混合站出現故障需要較長時間處理或者機組中某個設備需要停機檢修時，燃機可以切油運行，然后，通過備用管道迅速啟動另外一臺備用的煤壓機來繼續給燃機供應燃料，從而最大程度的保證發電量，增加檢修的靈活性。
2.2 控制系統改造
原控制系統同樣是采用一對一模式，煤壓機與燃機之間的聯絡信號（連鎖和狀態信號共8個，見表1）通過硬線連接到本套機組的煤壓機與燃機的控制系統中，為了實現不同機組之間煤壓機與燃機的互為備用，就必須改變聯絡信號的對應關系，這是保證機組安全實現互備的關鍵。
表1 煤壓機與燃機間的聯絡信號
為了使8套機組間任何一臺煤壓機和燃機都能輕松、靈活地實現相互連鎖和監控，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和燃機聯絡模式的改造方案：
方案① 硬線手工改接模式：即手工在機組互備前將一臺機組的連鎖信號改接至互備的機組上，該方案優點是：不需任何改造，方式簡單，無需增加投入，缺點是：操作起來較為繁瑣，且可靠性較差，普通端子在多次進行改接時容易出現松動、脫開、接觸不良等狀況，對機組的安全運行不利。
方案② 網絡通訊模式：即采用現有的以太環網，并利用控制系統自身支持網絡通訊字功能的特點，將需要互備的各套機組之間通過通訊來完成轉接和切換，以實現互為備用。該方式的優點是：利用現有的網絡通訊，只需對軟件組態編程增加網絡傳遞套接字功能塊，無需重新布線，不增加硬件設備，投資最少；缺點是：以太網可靠性不高，網絡中斷易出問題，通訊穩定性難以保證，同時，若其中一臺DCS控制器出現故障，將影響其余機組的互備。
方案③ 冗余PLC集中管理模式：即單獨對該8套機組的相互切換備用架構一套冗余的PLC控制系統，將8套機組的所有接線連接到該冗余PLC系統中，由其集中進行管理和切換。該方案的優點是：通過冗余的CPU處理器，可靠性得到提高，通過軟件組態可實現全自動的切換模式管理，無需進行任何手動操作；缺點是：8套機組互備所用的點（8x8＝64點）全部集中到一個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控制這一中間環節，且因過度的集中，導致PLC處理器或模塊及供電等出現問題時，將導致災難性的全局連鎖跳機，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 可重載復用端子模式：將8套機組的互備接線引至統一接線柜內，采用可轉接重載復用端子將來自煤壓機和燃機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，從而實現不同機組間的相互備用。該方案的優點是：專用端子卡件制造精密，牢固可靠，插拔方便，切換靈活，只需在啟機前手動交換端子插頭與插座即可，穩定可靠，投資相對較少；缺點是：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、經濟、實用的原則，選擇了最后一種方案。此種方式需增加中間端子柜，重新敷設電纜，實現起來可靠，且DCS原連鎖程序及監控畫面無需大的改動，每臺煤壓機與DCS之間的對應關系單純，可仍保持原有的一對一格局，機組及DCS檢修靈活，施工起來容易，且投資較少。
3 方案實施
3.1 元件選型
通過對不同廠家產品的對比之后，選用了Phoenix公司生產的專用可轉接重載復用端子組件，其HC-B 24-ESTS和HC-B 24-EBUS接線端子的螺釘與導線不直接連接，可避免螺釘對導線的擠壓損傷，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型軌導軌上，被廣泛用于各類工業電氣控制柜中，性能完全滿足工業運行現場頻繁替換的安全、可靠要求，組件詳細清單見表2。
表2 可轉接重載多路復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，在燃機與煤壓機的連鎖信號之間增加中間端子柜，將8套機組輸入輸出信號在端子柜分成8組（如圖2所示），從煤壓機來的8組信號分別明確標識1～12＃煤壓機，每組的8個聯絡信號共16芯線分別引入HC-B 24-ESTS可轉接重載復用端子插芯對應的1～16號接線端子排中，而到燃機的8組信號分別明確標識1～12＃燃機，每組的8個聯絡信號共16芯線分別引入HC-B 24-EBUS可轉接重載復用端子插座對應的1－16號接線端子排中，同時，為了實現對8臺燃機的硬標識，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1－12＃燃機）來標定不同的燃機，與軟件組態的軟標識相配合，更加可靠地完成機組的切換對應。
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之前已將準備進行互備的煤壓機和燃機匹配正確，除了硬件方面的改造之外，還在軟件上做了與之相對應的檢查和驗證功能（如圖3所示），通過軟件邏輯使一臺煤壓機同一時刻只能選定一臺燃機進行備用，而通過IO模塊把燃機的硬標識號讀入DCS控制系統中，將上位HMI選擇的燃機軟標識號與IO模塊讀入的可轉接重載復用端子的硬標識號進行比對，當兩者一致時，才發出“機組互備連鎖匹配已完成允許啟動主電機”指令，允許操作人員啟機。
圖3 軟件邏輯關系改造圖
另外，在操作員界面上保持原有的監控畫面的同時，為了提醒操作人員注意，避免誤操作，增加煤壓機與8臺燃機連鎖對應關系選擇畫面（如圖4所示），作為提示報警信息顯示。開機前選擇相應的對應關系：若為正常的一對一關系將不作任何提示，若為與其它機組燃機的互備組合（如12＃煤壓機與6＃燃機）則在畫面顯示報警信息，并以亮紅色提醒操作人員注意，尤其是啟停機時需特別注意對應關系。
圖4 煤壓機與8臺燃機連鎖對應關系選擇圖
3.4 運行操作
系統改造后，原有的工藝操作、連鎖關系均未發生變化，只有在需要進行不同機組間互備時，按要求將相應的煤壓機和燃機的可轉接重載多路復用端子的插頭與插座插好，在上位監控的連鎖對應關系選擇畫面中選擇對應的燃機系統，隨后，即可跟原來的運行一樣進行監控和操作，十分簡單、方便、可靠。如：想實現12＃煤壓機與6＃燃機連鎖，只需將12＃煤壓機插頭插入6＃燃機插座中緊固，隨后在12＃煤壓機與燃機連鎖對應關系選擇畫面中會發現“6＃燃機已連好”的硬標識變為亮紅色，再選擇上面的“選擇6＃燃機”，兩個條件都滿足后，后面的“6＃燃機連鎖準備好”變紅色，即可啟動機組。
4 結束語
系統改造完成后，在保持機組原有控制邏輯的同時，實現了不同機組間的互備，啟停切換操作簡單，運行穩定可靠，效果相當好，為濟鋼燃氣－蒸汽聯合循環發電的優化運行和輪換檢修帶來了極大的方便，提高了機組的利用率，保證了發電量的穩步提高。可轉接重載多路復用端子的應用及軟、硬件設計，給控制系統的改進提供了方便，提高了系統的安全性、穩定性，節省了投資，收到了良好的效果，該解決方案對多機組互備系統的控制實現具有很好的借鑒意義。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號