某海外发电工程热控设计综述及风险分析与应对

殷利杰，甄 亚

（1.中国电建集团 河南省电力勘测设计院有限公司，郑州 450001；2.郑州职业技术学院，郑州 450007）

本工程为津巴布韦旺吉电厂三期扩建工程，本期建设2 台335MW 亚临界燃煤发电机组。单元机组采用DCS 控制系统进行集中监控，辅助车间采用PLC 控制系统分散监控，并在单元控制室集中监视。

尽管本工程单机容量和系统过程参数都比较低，但是作为一个国际工程，且有国际某知名咨询公司作为工程监理，所以在设计上与国内类似工程相比，还是有较多差异，需要面对一些风险与挑战。

1 全厂自动化水平

1.1 电厂性质及运行要求

有关资料显示，津巴布韦全国目前实际发电能力为120 万千瓦[1]，本期工程（67 万千瓦）建成后将在津巴布韦电网中承担三分之一的发电量，其重要性不言而喻。

因此，本期工程机组带基本负荷，并可以自动适应当地电网及系统对负荷的需求。其中，一个重要的设计原则就是要将机组的安全性、可靠性放在首要位置，兼顾先进性。因此，机组控制系统设计为采用常规的DCS 进行监控，未使用现场总线技术；辅助车间采用可靠性更高、耐用性更强的PLC 控制系统。

按照EPC 合同要求，机组应具备自动启动和自动停机的功能，类似于国内APS 系统功能。自动化水平要求较高。

1.2 全厂控制系统结构设计

全厂自动化系统将按照分级的原则设置，第一层次是过程控制层，主要包括机组控制网络和辅助车间集中控制网络组成；第二层次是现场设备及元件层，由各类现场监测仪表、被控设备构成。

1.2.1 单元机组控制系统结构

单元机组控制系统采用DCS 系统。每台机组按炉、机、电一体化配置机组DCS。两台机组公用系统设置DCS 公用系统控制网络，通过通讯接口与每台单元机组的控制系统相联。

单元机组采用炉、机、电集中控制方式，实现炉、机、电全能值班运行模式。本期工程两台机组合设一个单元控制室（即主控室），并按照津巴布韦业主习惯，将DCS 电气操作员站从单元控制室中移出，和升压站SCADA 系统的操作员站合设一个控制室，业主习惯称其为“集中控制室”。在集中控制室内，电气操作员既可以完成对机组电气系统的控制和监视，还能接受电网调度下达的负荷控制指令。

1.2.2 辅助车间控制系统结构

水处理系统、输煤系统、除灰系统、布袋除尘器系统、暖通系统分区设各自的控制网络，分别采用同一品牌和型号的可编程控制器（PLC）进行控制。在各辅助车间控制系统的基础上构建辅控网，并在主控室设置3 台辅网操作员站，仅对各辅助车间进行监视。

2 其他热控系统设计

2.1 火灾报警及消防联动系统

火灾自动报警系统采用集中火灾自动报警控制方式。两机一控的单元控制室是全厂的消防控制中心，其内布置火灾自动报警及消防联动控制盘。

火灾报警系统将全厂划分为7 个子系统，分别为主厂房区域、集控楼区域、除灰区域、脱硫区域、水处理区域、输煤区域和其他附属建筑。

按照EPC 合同要求，火灾自动报警系统采用NFPA 标准。目前，不少海外工程在整体设计上都可以接受中国标准，唯独火灾报警系统普遍都要求采用NFPA 标准，这也是在做海外工程投标时应该特别关注的部分。

2.2 视频监视系统（CCTV）

在电厂无人值守的车间、易燃易爆区域等重要位置设置监视点。全厂共设置了100 个监视点（摄像头），总数量远少于国内相同规模电厂的设置数量。这样既有利于总承包方控制成本，也是与前述电厂设计总原则相一致，即侧重于电厂安全、可靠运行，而非太多的先进性设施。

2.3 仿真系统

由于本期工程是津巴布韦首台三十万千瓦级机组，当地业主工程师并没有此类大型机组的运行经验。因此，一套专门针对本工程机组的、完整的、高精度的全范围实时仿真系统对业主工程师来说尤为重要。

为保证仿真效果，本工程仿真系统采用了DCS 虚拟DPU 的方式进行仿真，对DCS 系统的操作员站、工程师站配置，控制逻辑和画面组态等，进行一比一转换，保证仿真系统与实际控制系统高度一致。

3 本工程风险分析及应对策略

3.1 EPC合同中的非常规要求

EPC 合同是双方进行工程实施最基本的依据，因此要尽早对合同有一个详尽的研读，若有异议，需要拿出有力的依据或标准条款来说服业主，否则就会面对增加投资的风险。本工程EPC 合同中的一些风险点如下。

3.1.1 机组自启停功能

机组自启停功能是对机组整体的自动化水平的较高要求。它不仅要求控制系统要有一套完整、严密的控制逻辑，还要求整个工艺系统要按照自启停的要求进行系统配置。比如，常规可以设置手动阀门的地方，在自启停的系统中可能需要考虑配置电动阀门，以减少自启停过程中不必要的断点。这就要求从初步设计阶段开始，设计院的各个专业要统筹考虑自启停功能的要求，DCS 厂家要根据系统流程设计过程的联锁控制逻辑，机组调试单位要做好详尽的调试计划和步骤。调试的过程是尤为复杂的，也是风险较高的阶段。在机组启动或停止的整个系统流程中，只要有一个设备或参数不在允许的状态或范围，过程就会中断。由于系统十分复杂，设备繁多，排查非正常状态也较为困难，整体调试时间不容易控制。

3.1.2 锅炉保护系统达到SIL3等级

本工程锅炉保护系统要达到SIL3 等级。在IEC 61508中规定了安全完整性水平等级，SIL3 属于较高级别的安全等级，它要求系统的每小时的危险失效概率在10-8～10-7之间[2]。这个安全要求不仅考察某个独立的设备，还有整个控制回路，即从就地检测仪表、信号传输电缆，到控制系统的输入模件、控制器、输出模件、信号输出电缆，再到就地的执行机构，以及各设备的供电回路等。任何一个设备失效都会导致整个控制回路失效。因此，不但对设备本身的可靠性有更高的要求，通常还需要进行多重冗余配置，控制系统硬件需采用具有SIL3 安全等级认证的产品。这些在做概算和招标的时候都需要注意。

3.1.3 所有电缆要求钢丝铠装

这一要求就属于在EPC 合同中比较模糊，而后期业主又过度解读的事项。在EPC 合同的电气专业章节，要求“所有电缆应符合IEC 标准并应为钢丝铠装型”，而仪表与控制章节的要求是“室外（outdoor）的控制与仪表（C&I）电缆应使用铠装型”。业主以电气章节的要求为依据，强烈要求全厂的电缆都使用钢丝铠装电缆。而中方则强调热控电缆应使用热控章节的要求，并列举了数条关于热控电缆无需铠装的理由。双方经过多次当面会谈和数次信函来往，但不能达成一致，最后只好先搁置争议，信函没有闭合。数月后，又重启谈判，中方仍然是列条文、举实例、摆证据，据理力争。最后终于说服了业主工程师，热控电缆可不采用钢丝铠装（包括室外）。事实证明，有些实在谈不下来的事项，可以在时间允许的范围内暂时搁置一段时间，业主方的思想也会有变化。

3.2 国际标准和中国标准的问题

本工程的定性为业主可以接受部分中国标准，但是重要的部分需要使用国际相关标准进行设计。对于热控专业来讲，系统保护、热力系统测点的配置、就地设备安装等可采用中国标准，但是电缆要求符合IEC 相关标准，火灾报警系统需采用NFPA 标准。热控仪表阀和仪表管的选型业主并没有强调使用国际标准，但是国内的相关标准还是2004 年实施的版本，在材料和规格方面有些不能适应高参数的机组。因此，中方也参考了ASME 标准中的相关条文[3-8]。

另外需要注意的是，某些中国标准没有英文版，或者英文版的翻译并不能反映出中文条文的含义，这在向业主解释和推行中国标准时造成了很多困难。国内相关部门和组织应引起重视，尽早发行高质量的英文版本，为中国向世界推行中国标准创造有利条件。

3.3 思维习惯的差异

业主工程师和业主监理工程师的思维方式和国内常规设计习惯有一定的差异，需要中国工程师在坚持原则的同时，尽快适应业主的思维习惯。例如，控制系统的设计中，“拒动”和“误动”是一对不可调和的矛盾，只能根据设计和运行经验进行取舍和平衡。按照国内的经验，控制回路的设置一般都采用常开触点，这样可以减少设备的误动作。而业主则将安全看得至为重要，甚至在一些常规的回路中也要采用常闭触点，这样很小的一个线路故障都会引起设备跳闸，造成不必要的经济损失。

再比如，国内都是两台机组设置一个“两机一控”的集中控制室，机、炉、电各专业运行人员都集中在一个控制室内，方便沟通与协调。而当地业主则习惯将全厂所有机组的电气操作员站单独集中到一个独立于机组控制室的房间，称之为“集中控制室”，而各机组的控制室称为“就地控制室”，这其实是当地电网调度的制度所决定的。当地的电网调度向各电厂下达负荷指令是以电话的方式传达，所以电气运行人员需要在更为安静的独立房间内工作。

4 结论

中国国内工程建设，从立项、设计到安装、调试、运维，都有一套完备的制度和成熟的经验。各单位默契配合大大提升了工程实施的效率，但是过于强调效率也使中方的设计深度不能达到国际水准，在面对严苛的国际标准和出图深度时略显吃力。即使是日常文控方面，国内工程公司普遍都存在较大的提升空间。因此，本文根据笔者作为设计方的亲身经历和体会，分析了本工程存在的挑战和风险，并给出了解决方案，以期为其他工程提供参考。