陈海峰（1981－）

男，内蒙古通辽人，毕业于内蒙古科技大学，自动化专业，工学学士，主要从事电厂自动控制的研究及应用。

 

摘要：本文主要介绍可转接重载多路复用端子在济钢燃气－蒸汽联合循环发电多套机组互为备用改造项目中的优势对比、系统选型、硬件集成及软件改进等方面的情况，其使用灵活、安全可靠、节省投资的特点，给济钢联合循环发电不同机组的互备提供了良好的支持，效果十分明显。

关键词：可转接重载端子；互为备用；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

    济钢燃气－蒸汽联合循环发电项目共8套机组，总装机容量540MW，是以济钢在能源利用结构调整中节余的焦炉煤气和回收放散的高炉煤气为燃料，采用高效率的燃气—蒸汽联合循环发电机组实施发电的资源综合利用电厂建设项目（工艺流程如图1所示）。

    由于该项目是世界上第一代利用低热值混合煤气作燃料的发电项目，在工艺、设计、安装、施工及运行等方面都还不是十分成熟，尤其是煤气压缩机和燃气轮发电机两大系统的故障停机率较高。若按原设计模式（一台煤压机对一台燃机），当其中任何一台设备出现问题时都将导致该套机组无法运行，而故障跳机以及煤压机与燃机检修周期的不同，将使不同机组的煤压机和燃机处于不同的状态，随着发电指标的不断提高，有时希望变换运行方式（用一套机组的煤压机或燃机与另一套机组的燃机或煤压机搭配运行），以最大限度地保证发电量和检修时间。笔者通过深入研究，提出了8套机组的煤压机和燃机之间互为备用方案。

      

                           图1   济钢燃气－蒸汽联合循环发电工艺流程图

    由于原设计为一对一模式，若要实现8套机组之间完全的互为备用，工艺管道改造及加装阀门等工作量相当大，投入巨大且不经济。因而，采用在8套机组之间新敷设一条公用管道，在每一台煤压机至燃机的煤气管道上分支出管道（设阀门）至本公用管道，同时在原管线上新接管道合茬点后加设阀门，最终引入到燃机入口。当某套机组中的煤压机或混合站出现故障需要较长时间处理或者机组中某个设备需要停机检修时，燃机可以切油运行，然后，通过备用管道迅速启动另外一台备用的煤压机来继续给燃机供应燃料，从而最大程度的保证发电量，增加检修的灵活性。

    原控制系统同样是采用一对一模式，煤压机与燃机之间的联络信号（连锁和状态信号共8个，见表1）通过硬线连接到本套机组的煤压机与燃机的控制系统中，为了实现不同机组之间煤压机与燃机的互为备用，就必须改变联络信号的对应关系，这是保证机组安全实现互备的关键。

                           表1   煤压机与燃机间的联络信号

     

 

    为了使8套机组间任何一台煤压机和燃机都能轻松、灵活地实现相互连锁和监控，在不影响原有控制功能的前提下，笔者讨论了以下几种对原煤压机和燃机联络模式的改造方案：

    方案① 硬线手工改接模式：即手工在机组互备前将一台机组的连锁信号改接至互备的机组上，该方案优点是：不需任何改造，方式简单，无需增加投入，缺点是：操作起来较为繁琐，且可靠性较差，普通端子在多次进行改接时容易出现松动、脱开、接触不良等状况，对机组的安全运行不利。

    方案② 网络通讯模式：即采用现有的以太环网，并利用控制系统自身支持网络通讯字功能的特点，将需要互备的各套机组之间通过通讯来完成转接和切换，以实现互为备用。该方式的优点是：利用现有的网络通讯，只需对软件组态编程增加网络传递套接字功能块，无需重新布线，不增加硬件设备，投资最少；缺点是：以太网可靠性不高，网络中断易出问题，通讯稳定性难以保证，同时，若其中一台DCS控制器出现故障，将影响其余机组的互备。

    方案③ 冗余PLC集中管理模式：即单独对该8套机组的相互切换备用架构一套冗余的PLC控制系统，将8套机组的所有接线连接到该冗余PLC系统中，由其集中进行管理和切换。该方案的优点是：通过冗余的CPU处理器，可靠性得到提高，通过软件组态可实现全自动的切换模式管理，无需进行任何手动操作；缺点是：8套机组互备所用的点（8x8＝64点）全部集中到一个PLC控制柜中，尽管冗余的PLC具有较高的可靠性，但由于增加了PLC控制这一中间环节，且因过度的集中，导致PLC处理器或模块及供电等出现问题时，将导致灾难性的全局连锁跳机，另外，该方案需重新布线及增加PLC控制，成本投入比较大。

    方案④ 可重载复用端子模式：将8套机组的互备接线引至统一接线柜内，采用可转接重载复用端子将来自煤压机和燃机的信号别接入端子卡件的插头和插座上，利用可重载多路复用端子的牢固、可靠、灵活的特性，人工切换互备的端子接线，从而实现不同机组间的相互备用。该方案的优点是：专用端子卡件制造精密，牢固可靠，插拔方便，切换灵活，只需在启机前手动交换端子插头与插座即可，稳定可靠，投资相对较少；缺点是：需要重新布线。

    通过对以上4种不同方案的对比，本着安全、可靠、灵活、经济、实用的原则，选择了最后一种方案。此种方式需增加中间端子柜，重新敷设电缆，实现起来可靠，且DCS原连锁程序及监控画面无需大的改动，每台煤压机与DCS之间的对应关系单纯，可仍保持原有的一对一格局，机组及DCS检修灵活，施工起来容易，且投资较少。

    通过对不同厂家产品的对比之后，选用了Phoenix公司生产的专用可转接重载复用端子组件，其HC-B 24-ESTS和HC-B 24-EBUS接线端子的螺钉与导线不直接连接，可避免螺钉对导线的挤压损伤，电气连接过电压等级/绝缘材料组别III / I，材料阻燃等级V0，并带通用安装脚，可安装在G型轨、U型轨导轨上，被广泛用于各类工业电气控制柜中，性能完全满足工业运行现场频繁替换的安全、可靠要求，组件详细清单见表2。

                        表2   可转接重载多路复用端子组件清单序号

      
     

    为了操作和施工的方便，在燃机与煤压机的连锁信号之间增加中间端子柜，将8套机组输入输出信号在端子柜分成8组（如图2所示），从煤压机来的8组信号分别明确标识1～12＃煤压机，每组的8个联络信号共16芯线分别引入HC-B 24-ESTS可转接重载复用端子插芯对应的1～16号接线端子排中，而到燃机的8组信号分别明确标识1～12＃燃机，每组的8个联络信号共16芯线分别引入HC-B 24-EBUS可转接重载复用端子插座对应的1－16号接线端子排中，同时，为了实现对8台燃机的硬标识，在24芯剩余下的8芯中采用不同的短接组合（从0000－0111分别对应1－12＃燃机）来标定不同的燃机，与软件组态的软标识相配合，更加可靠地完成机组的切换对应。

        

       

                                图2   中间端子柜硬件布置图

    为了保证操作人员在启机之前已将准备进行互备的煤压机和燃机匹配正确，除了硬件方面的改造之外，还在软件上做了与之相对应的检查和验证功能（如图3所示），通过软件逻辑使一台煤压机同一时刻只能选定一台燃机进行备用，而通过IO模块把燃机的硬标识号读入DCS控制系统中，将上位HMI选择的燃机软标识号与IO模块读入的可转接重载复用端子的硬标识号进行比对，当两者一致时，才发出“机组互备连锁匹配已完成允许启动主电机”指令，允许操作人员启机。

 

          

   
                                  图3   软件逻辑关系改造图

    另外，在操作员界面上保持原有的监控画面的同时，为了提醒操作人员注意，避免误操作，增加煤压机与8台燃机连锁对应关系选择画面（如图4所示），作为提示报警信息显示。开机前选择相应的对应关系：若为正常的一对一关系将不作任何提示，若为与其它机组燃机的互备组合（如12＃煤压机与6＃燃机）则在画面显示报警信息，并以亮红色提醒操作人员注意，尤其是启停机时需特别注意对应关系。

       

                          图4   煤压机与8台燃机连锁对应关系选择图

    系统改造后，原有的工艺操作、连锁关系均未发生变化，只有在需要进行不同机组间互备时，按要求将相应的煤压机和燃机的可转接重载多路复用端子的插头与插座插好，在上位监控的连锁对应关系选择画面中选择对应的燃机系统，随后，即可跟原来的运行一样进行监控和操作，十分简单、方便、可靠。如：想实现12＃煤压机与6＃燃机连锁，只需将12＃煤压机插头插入6＃燃机插座中紧固，随后在12＃煤压机与燃机连锁对应关系选择画面中会发现“6＃燃机已连好”的硬标识变为亮红色，再选择上面的“选择6＃燃机”，两个条件都满足后，后面的“6＃燃机连锁准备好”变红色，即可启动机组。

    系统改造完成后，在保持机组原有控制逻辑的同时，实现了不同机组间的互备，启停切换操作简单，运行稳定可靠，效果相当好，为济钢燃气－蒸汽联合循环发电的优化运行和轮换检修带来了极大的方便，提高了机组的利用率，保证了发电量的稳步提高。可转接重载多路复用端子的应用及软、硬件设计，给控制系统的改进提供了方便，提高了系统的安全性、稳定性，节省了投资，收到了良好的效果，该解决方案对多机组互备系统的控制实现具有很好的借鉴意义。