摘要：（本文对沙特扎瓦尔水电联产项目的全厂控制系统PMC进行了简介,其中包括硬件、软件基础，以及全厂负荷控制、高压、中压、低压蒸汽压力控制、凝结水回水控制，为其他全厂母管制机组的全厂控制系统设计提供可借鉴的经验）
关键词：（全厂PMC，母管制机组，全厂负荷控制，蒸汽压力控制，凝结水控制）
1.引言
沙特扎瓦尔燃气联合循环发电厂整个项目范围包括新建2400MW净出力（总出力为3040MW）的联合循环电站和配套的1025Tm3/d海水淡化厂。电厂主要设备供应商为西门子，包含有5个单元的9F级联合循环机组，每个联合循环单元由两台燃机，两台余热锅炉及一台汽机构成；和1个用于电负荷调峰的单循环机组单元。全厂共包含12台燃气轮机10台锅炉和5台汽轮发电机。
为了提高全厂的产水、产电的效率，增加全厂设备的利用率，沙特扎瓦尔项目采用了全厂母管制设计方案，其中包括高压主汽母管、中压主汽母管、低压主汽母管、凝结水母管。这种设计增加了全厂凝结水供水和蒸汽供汽的稳定性，但同时也造成各个机组之间蒸汽、负荷互相影响，增加了全厂的控制难度，增加了运行人员的运行操作难度。
因此全厂控制系统(PMC)应用成为一个必选条件。
2.全厂控制系统简介
2.1全厂控制系统实现目标
沙特扎瓦尔燃气联合循环电站与海水淡化厂为配套设备，海水淡化厂利用电厂背压汽轮机的低压排汽进行海水淡化，也可直接由锅炉的旁路系统给海水淡化厂提供低压蒸汽，供至海水淡化厂的低压蒸汽最大流量为928Kg/s，蒸汽在海水淡化厂做功完毕后，凝结成水由凝结水泵供回至电厂锅炉进行工质再循环。
根据业主的要求，全厂的负荷控制要实现总负荷保持不变，并且当任一机组出现故障时，如果其他机组不在满负荷时，要自动升负荷来保证全厂的负荷平稳，并且当任一台燃机、锅炉、汽机、补燃出现故障时，其他相同设备要保证供应水厂的蒸汽量不变，从而保障水厂的产水量不变；当水厂侧任一闪蒸发生极端情况，如跳闸时，电厂侧要自动实现调整，并且保持负荷不变。
2.2 全厂控制系统实现的硬件条件
由于沙特扎瓦尔电厂是由六个BLOCK组成，其中BLOCK10是单循环机组包括两台燃机，而BLOCK20-BLOCK60是联合循环机组，包括2台燃机、两台锅炉、一台汽机，对全厂的系统进行控制就必须实现这些机组之间的互相通讯，使其能够互相协调。首先要从硬件上实现这些BLOCK的互通功能。扎瓦尔项目设计了将各BLOCK的BMC控制CPU用Profibus OLM卡件连接到PMC通讯柜，然后由Profibus OLM卡件互相通过profibus电缆连接，实现所有BLOCK之间的互连。
2.3 全厂控制系统实现的软件条件
在具备硬件实现条件的基础上，软件方面，采用西门子DCS系统T300的Multi-unit技术，实现所有BLOCK的互通，保证各个BLOCK的通讯联系，能够完成从BLOCK10读取全厂所有的数据
Multi-unit技术是将各个BLOCK的独立T3000系统可以通过基于IP的通讯联接起来，在此基础上各个DCS服务器可以通过这种方式来实现的数据交换。
2.4 PMC控制内容简介
全厂控制系统是用来保证全厂给电网提供稳定的净出力，并通过低压母管向水厂侧提供足够的蒸汽，保证为水厂产水量，为沙特提供足够的工业及生活用水。
因此全厂控制系统PMC主要由以下部分组成：
1.全厂负荷控制
2.高压蒸汽母管压力控制
3.中压蒸汽母管压力控制
4.低压蒸汽母管压力控制
5.凝结水回水控制
PMC通过以上五部分的互相协调，来实现对全厂所有机组的总负荷和蒸汽量的自动控制。
1）全厂负荷控制简介
全厂上网负荷指令是对全厂所有机组上网电量总和的要求，该指令可以由手动输入或由沙特国家电网远程决定。
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在所有机组投入全厂控制功能后，通过“PMC 负荷控制器”进行负荷控制，电网指令可以通过专用的通讯接口直接操作全厂的上网负荷，然后再加上电厂的厂用电消耗与铝厂的用电消耗，最终得出整个电厂需要发的总电量。
汽机正常运行时处于背压控制，用来控制低压主汽母管的压力。而整个BLOCK10是单循环机组，作为整个电厂的备用负荷，因此在PMC的负荷控制时会将这全厂的汽机负荷与BLOCK10的总负荷减去，如果有个别燃机处于手动负荷控制工况下，也会将此部分负荷减掉，最后得到BLCOK20-BLOCK50的总分配负荷，将需要分配的总负荷除以投入外部负荷控制的燃机个数，得到每台燃机需要分配的燃机。
每个BLOCK的分配负荷以BLOCK20为例，每台燃机的平均分配负荷乘以当前BLOCK20投入外部负荷控制的燃机个数，得到BLOCK20燃机需要带的负荷，加上BLOCK20汽机的负荷以及BLOCK20处于手动负荷控制的燃机所带负荷，最后得出的是BLOCK20需要分配的负荷，将此负荷通讯到BLOCK20负荷控制系统BMC，作为整个BLOCK20的总负荷指令；BMC 控制器指令输出后，首先减去BLOCK20的汽轮机负荷，剩余的负荷指令分配至处于负荷外部负荷控制的燃机，如果BLOCK20只有一台燃机处于外部负荷控制，如GT21处于手动负荷控制或在停机状态，则BLOCK20会减去汽机负荷后，再减去燃机GT21的负荷，得到当前GT22的负荷指令；如果两台燃机均在外部负荷控制，则减去汽机负荷后剩余的负荷直接除以2，得到的负荷为GT21/22的外部负荷指令。
（2）高压主汽压力控制简介
负荷控制与蒸汽流量的控制是相对互相的控制逻辑。
蒸汽需求量发生变化时，负荷仍然根据全厂负荷要求保持不变，此时蒸汽由补燃系统根据需求量来进行调节，因此当水厂蒸汽需求量增加，主汽压力会降低，补燃系统将会增加负荷保持主汽压力；当水厂蒸汽需求量减小，主汽压力增加，补燃系统将会减少出力，保证主汽压力的稳定。
补燃系统在投入母管控制后，各个补燃系统之间会进行相应的补偿（即当前补燃负荷减去所有补燃负荷的平均值，再乘以一个系数，补偿到补燃系统的压力设定值），尽量减少所有锅炉补燃系统的负荷出力差距。
（3）中压主汽压力控制简介
中压主汽压力是高压主汽通过中压站减温减压后，进入到中压主汽母管，然后供给水厂侧。
由于中压主汽流量较小，因此中压主汽压力是通过将所有设定值设定为19bar。
（4）低压主汽压力控制简介
低压主汽压力可以分别由汽机、旁路、凝汽器控制。
当旁路与汽机没有投入背压控制时，此时凝汽器控制低压主汽压力，设定值为1.8bar，低压主汽压力大于1.8bar时，凝汽器入口门指令变大；当低压主汽压力小于1.8bar时，凝汽器入口门指令变小。
当旁路投入背压控制时，凝汽器压力设定值变为1.92bar。旁路背压设定值为1.8bar，低压主汽压力大于1.8bar时，旁路指令减小；当低压主汽压力小于1.8bar时，旁路指令增大。
在旁路、汽机投入背压控制后，汽机背压设定值为1.8bar,旁路设定值为1.5bar,凝汽器的设定值为1.92bar，此时汽机将作为低压压力的主要控制设备，旁路与凝汽器将作为辅助调节设备。
在超过一台汽机投入背压控制时，将有补偿保证汽机的出力符合系统的要求，当前汽机对应的闪蒸的蒸汽需求量减去当前BLOCK蒸汽产出量，再乘以相应的系数后，得出设定值的补偿量。
（5）凝结水回水控制简介
由于整个电厂包括1个BLOCK的单循环和5个BLOCK的联合循环，并且水厂包括8台闪蒸，因此就涉及到水厂闪蒸与电厂的各个
联合循环机组就不能一一对应，而凝结水回水是通过凝结水母管回到锅炉，从而会导致凝结水回水分配不均，需要对其进行优化，保证各锅炉的用水量。
该项目是通过调节除氧器入口调门来调节凝结水回水压力来调整除氧器的液位，使各个机组凝结水回水跟用水量相匹配。除氧器液位与压力补偿值相对应，当液位小于正常值，压力补偿值为负数，与正常液位相差越大，数值越小，入口门指令越大；当液位大于正常值，压力补偿为为正数，与正常液位相差越大，数值越大，入口门指令越小。
3.结论
全厂负荷控制的研究提高了电站自动化控制和事故自动处理能力，确保了电站的安全稳定运行，提高了全厂的产水、产电效率。另外，全厂控制也为保证电网频率、电压稳定提高了新的手段。电站内部发生负荷变化时，在电网其他电厂一次调频补充电网负荷的同时，电站自动快速补充负荷，降低了对电网和其他电站的扰动幅度，在电站的角度最大地保证了电网频率、电压的稳定。该项研究成果可以适用于多机组大型电站或者局部电站负荷的联网调节，以保证电网稳定，具有一定的研究和推广价值。
作者简介
姓名：田志刚，青岛华丰伟业电力科技工程有限公司，职务：阿曼二期项目副经理。姓名：李雪松，青岛华丰伟业电力科技工程有限公司，职务：阿曼二期项目经理。
论文作者:田志刚,李雪松,冯威
论文发表刊物:《电力设备》2018年第21期
论文发表时间:2018/12/5
标签：负荷论文; 全厂论文; 汽机论文; 压力论文; 蒸汽论文; 瓦尔论文; 低压论文; 《电力设备》2018年第21期论文;