大、小型机组热工控制设计异同的探讨

大、小型机组热工控制设计异同的探讨

陈柏龙

哈电（大连）电力设计有限责任公司，辽宁 大连 116023

摘要：本文对国内外12MW~600MW不同机组的热工控制设计进行分析，从控制系统、仪表阀门及导管、电缆三个方面对大型机组和小型机组在设计方面的相同和不同做出了探讨。

Discussion of Differences in I&C designs between Fossil and Small Fossil Power Plant

Summary: This paper analyses the different I&C designs from 12MW to 600MW power plant, and discusses the difference in I&C designs between fossil and small fossil power plant in control system, instrument pipe and cable.

关键词：热工控制；DCS；仪表管路

Keyword: I&C, DCS, instrument pipe

目前，国内的电力工程建设呈现两极化的趋势。一方面，600MW、1000MW机组的技术愈发成熟，小规模电厂进行整合，对于资源有效利用和环境保护都有着巨大的进步意义；另一方面，12~25MW的工厂小型自备电厂和30、40MW的生物质电厂，也在整个国家电力产业中占有一定的地位。不同规模的电厂，对于热工控制系统的设计也存在着不同的要求。

笔者对国内外数个不同规模的电厂进行分析，分别从控制系统、仪表阀门及导管、电缆三个方面对不同规模的电厂热工控制系统设计的异同进行了探讨。

1. 控制系统

现在主流的电厂控制系统均以DCS作为控制主系统，辅以PLC作为控制子系统。这个方案在电厂设计中具有自动化水平高，控制迅速，保护可靠等诸多优点。

在大中型电厂设计中，控制系统设计方案通常采用单元机组分别使用一套DCS控制系统，同时设计主机DCS共用系统，并对水、煤、灰三个部分设置辅助车间控制网络的设计方案。该方案的优点在于：每台机组的控制系统相互独立，单台机组出现问题对于其他机组运行的影响基本为0；控制系统内各子组分工明确，便于运行人员对机组进行操作以及对故障进行排查检修。但是缺点也比较明显：机组之间的相互联系较为薄弱，机组控制系统之间的普通传输信号需要采用硬接线的方式进行传输；成本较高，由于需要分别对单台机组、公用、辅网考虑备用和冗余，需要投入更高的成本在控制系统内。

在小机组设计中，有一部分电厂采用了简化控制系统的方案，即采用一套控制系统对机组、公用、辅网进行集中控制。这样设计节省了成本，也加强了机组之间的信息交互。但是这样设计的问题也很明显，控制系统内各机组之间产生互相影响的可能性大，机组检修和运行都在同一套系统内完成，造成非停等事故的可能性也增加了很多。

现在虽然部分小机组出于成本考虑，选择单套系统集中控制，但是从安全生产的角度考虑，大部分设计还是更倾向于控制系统相互独立的设计方案。

2. 仪表管路

现在的仪表管路设计，其主要参照标准为《火力发电厂热工自动化就地设备安装、管路及电缆设计技术规定》（DL/T 5182-2004）和《火力发电厂仪表与控制电缆、导管和就地设备布置设计导则》（Q/DG 1-K001-2011）。这两个文件对火力发电厂的仪表导管设计进行了完整而精细的规范。

仪表管路的设计，首先需要考虑的是管道内介质的参数，包括压力、温度、介质性质等。这也是大型机组和小型机组在仪表导管设计上最核心的区别。笔者以600MW机组（2006年）和50MW机组（2008年）为例。

600MW机组主给水34.4MPa，318℃，主蒸汽27MPa，576℃，再热热段蒸汽4.13MPa，566℃，三段抽汽2.67MPa，491.9℃。根据规程，这些测点的取压短管和一次门前管路均应按照与主管道相同材质或12Cr1MoV材质设计。而在实际设计过程中，主给水、再热热段均选择了与主管道相同材质，三段抽汽选择了12Cr1MoV材质。同时由于主蒸汽、再热热段蒸汽、三段抽汽的温度较高，其一次门也选择了P91材质阀门。

50MW机组主给水17.15MPa，221℃，主蒸汽9.22MPa，535℃，没有再热系统。故在设计过程中，只有主给水和主蒸汽采用了12Cr1MoV的材质，也只有主蒸汽采用了合金钢材质阀门。

另外，在《火力发电厂仪表与控制电缆、导管和就地设备布置设计导则》（Q/DG 1-K001-2011）中，提出了双一次门的概念，即“对于测量介质参数设计压力大于等于6.4MPa或设计温度大于等于300℃的一次门宜采用两个串联的仪表阀”。在实际的设计和安装过程中，各设计院和各电厂对此也有不同的要求。例如笔者在总包过程当中，某设计院给出的设计原则为400℃以上采用双一次门；在另一个工程中，业主要求200℃以上采用双一次门。由于在导则中该条目用词为“宜”，同时没有规程的强制规定，此部分内容仍然需需要在实践中进行确认。

3. 电缆

针对大、小型电厂的电缆设计并没有太多的区别。常见的设计方案依然是热工电源采用普通电缆或控制电缆，开关量信号采用总屏控制电缆或总屏计算机电缆，模拟量信号采用分屏加总屏计算机电缆。唯一发现有区别的，是在小机组设计中，从节约成本的方面考虑，厂家成套的控制柜经常会采用带有公共端的开关量信号，故在配套设计中使用总屏控制电缆用于开关量信号的传输。

4. 结语

不论是大型机组还是小型机组的设计，终究脱离不开电厂设计的基本框架。在大型机组的设计方面，设计院通常会选择更完备，安全性更好，更便于检修的设计方案，而在小型机组设计中，有些时候会选择一些节约成本的设计方案。所有的热工控制设计，最终目的都是要保障机组安全、经济、高效的运行。

参考文献：

[1] 国家能源局. 火力发电热工自动化就地设备安装、管路及电缆设计技术规定：DL/T 5182[S].北京:中国电力出版社，2004.

[2] 李秀杰. 超超临界机组仪表导管设计研究[J].电力勘测设计：2020(11):06-11.

[3] 中国电力工程顾问集团. 火力发电厂仪表与控制电缆、导管和就地设备布置设计导则[S].北京:中国电力顾问集团公司,2011.

[4] 董春,卢伟.超超临界电厂热工仪表导管阀门的设计选型研究［J］．电力勘测设计,2013(3):40.

[5] 中国电力企业联合会. 电力工程电缆设计标准：GB50217[S].北京:中国计划出版社，2018.

作者简介：陈柏龙，1988年12月6日出生，工程师，现从事电力工程设计工作，电话18641130729