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1、V1 2 1 3 3 5 9洳；j 嗜硕士学位论文论文题目塑扭生=皇氢控劁塞箕数班嚣作者姓名L 主_ 旦L 一指导教师邕皇L 堑塾攫一学科(专业)虫左丕堑丛基自弛丝所在学院皇刍三星坐雎一提交H 删=Q Q 土生四且摘要阻天然气为原料的燃气轮机联合循环发电技术，被称为当代装备制造领域最高端的先进技术，与传统燃煤发电机组相比，它具有供电效率高，投资低，建设周期短，占地面积小，用水节约，调峰性能和环保性能好等诸多优点，目前，全球仅有五六家企业掌握了重型燃机联合循环发电设备的设计和制造技术，在中外合资制造燃气轮机核心部件以及整机设备之前，中国相关产品主要依赖进口。我国为了加快了建设F 级燃机电站的步伐
2、，在“以市场换技术”的政策指导下，通过“打捆招标”完成了一大批大型燃机电站主设备的全球招标和采购，以国内制造商和国外重要燃机制造商形成“联合体”的形式，逐步实现燃气轮机的国产化进程。随着燃机电厂的投产发电，研究燃机电厂的特点，积累设计和运行经验，逐步实现燃机国产化，成为摆在每一个关心我国燃机事业发展的电力工作者面前的课题。本论文以美国通用电气(G e n e r a lg l e c t r icC o m p a n y)G E 公司的1 0 9F 型燃机为例，从燃机电厂电气控制的角度出发，从设计、运行及应用等方面研究燃机电厂电气控制方面的相关问题。论文主要从三个方面开展工作：其一，以常规燃
3、煤机组的E C S(E l e c t r i c a lc o n t r o ls y s t e m)为基础，结合燃机电厂的电气控制特点，设计燃机电厂的E C S 控制系统，为燃机电厂建设符合实际需求的控制方案；其二，针对在国内技术领域尚属空白且首次应用的静态励磁系统E X 2 1 0 0和变频启动系统L C I，本论文作了仔细研究，分析了其技术特点，并从机组运行方式，提高系统稳定性等方面提出修改方案，目前在生产中得到应用，运行状况良好；其三，研究燃机电厂自动准同期的特点，通过对其控制逻辑的分析并结合设备状况，进行与D C S 系统的接口信号设计，以便了解国外燃机控制领域的最新设计思路和
4、控制方法，开发具有自主知识产权的燃气轮机自动准同期控制系统。关键词：燃气轮机，电气控制系统，静态励磁系统，静态肩动系统，自动准同期A b s t r a c tW i 也n a t u r a lg a sf o rl a wm a t e r i a lo fg a s s t e a mc o m b i n e dc y c l i n gp o w e r-g e n e r a t i n gt e c h n i q u e，i sb e i n gc a l l e dt h eh i g h l ya d v a n c e dt e c h n o l o g yi nm o
5、 d e me q u i p m e n tm a n u f a c t u r ef i e l d C o m p a r i n gw i t ht h et r a d i t i o n a le o a l-b t t m e dg e n e r a t i n gu n i t s，i th a sm a n ya d v a n t a g e s，s u c ha sh g h e re f f i c i e n c yi np o w e rs u p p l y,l o w e ri n v e s t,t h ed e v e l o p m e n t sp
6、e r i o di ss h o r t,c o v e t i n gt h ea r e ai ss m a l l，e c o n o m i z e、)l，i t ht h ew a t e r,g o o dc a p a b i l i t yf o ra d j u s t 鲥dp e a kv a l u ea n de n v i r o n m e mp r o t e c t i o ne r e C u r r e n t l y,t h e r ea r eo n l yf i v eo rs i xe n t e r p r i s e si nw o r l d
7、h a v et h ea b i l i t yi nt h ed e s i g na n dm a n u f a c t u r et e c h n o l o g yf o rh e a v y-d u t yg a s-s t e a mc o m b i n e dc y c l i n gp o w e r-g e n e r a t i n ge q u i p m e n t I nC h i n a,t h er e l a t i v ep r o d u c t i o ni sm a i n l yr e l yO ni m p o r tb e f o r ea
8、 tC h i n e s ea n dF o r e i g nj o i n tv e n t u r em a n u f a c t u r et h eg a st u r b i n eC O r ep a r t sa n dw h o l em a c h i n ee q u i p m e n t s I no r d e rt oq u i c k l yd e v e l o pt h es t e pi nFc l a s sg a st u r b i n ep o w e rs t a t i o n,u n d e r”c h a n g et h et e e
9、 i m i q u ew i mt h em a r k e t“o ft h ep o l i c yg u i d e s C h i n ac o m p l e t e dal a r g eq u a n t i t yb i d d i n ga n dp u r c h a s eo fm a i ne q u i p m e n tf o rl a r g eg a st u r b i n ep o w e rs t a t i o nt h r o u g ht h e”b u n d l ei n v i t ep u b l i cb i d d i n g i nt
10、 h ew o r l d，v i al o c a lm a n u f a c t o r ya n dm a i ni m p o r t a n tg a st u r b i n em a n u f a c t o r yi na b r o a db e c o m e”u n i t e”f o r m,g r a d u a l l yr e a l i z e st h ep r o g r e s sw h i c hn a t i o n a lp r o d u c et h eg a st u r b i n e W i t ht h eg a st u r b i
11、 n ep o w e rs t a t i o i lp u ti n t op r o d u c t i o na n dr u n n i n g,s t u d yt h ec h a r a c t e r i s t i c so f t h eg a st u r b i n ep o w e rs t a t i o n,a c c u m u l a t i n gt h ee x p e r i e n c eo f d e s i g na n do p e r a t i o n，g r a d u a n yr e a l i z e sn a t i o n a
12、lp r o d u c t,i sb e c o m i n gaq u e s t i o nf o rd i s c u s s i o nt oe a c he l e c t r i c a l l yc o g i n e e r$w h oa r ec o n c e r na b o u tt h ed e v e l o p m e n tf o ro u rc o u n t r yg a st u r b i n eb u s i n e s s A i m i n ga ts o l v i n gt h ep r o b l e m sa sm e n t i o n
13、 e d,t h ep a p e rt a k i n gt h e1 0 9Fc l a s sg a st u r b i n ef r o mG e n e r a lE l e c t r i cC o m p a n yi nU n i t e dS t a t e sa sa ne x a m p l e，s t u d ys o m ep r o b l e m si nt h ed e s i g n、o p e r a t i o na n da p p l i c a t i o nw h i c hw e r eb a s e dO Ht h ee l e c t r
14、i c a lc o n t r o lf o rg a st u r b i n ep o w e rs t a t i o n T h ep a p e r sw o r kC a nb ed i v i d e di n t ot h e ea s p e c t s：F i 剃y，b a s e do nt h ee l e c t r i c a lc o n t r o ls y s t e m(E C S)o ft r a d i t i o n a lc o a l b u r n e dg e n e r a t i n gu n i t s，a c c o r d i n
15、gt h ec h a r a c t e r i s t i co fe l e c t r i c a lc o n t r o li nt h eg a st u r b i n ep o w e rs t a t i o n，d e s i g nt h eE C Sc o n t r o ls y s t e mo ft h eg a st u r b i n ep o w e rs t a t i o n,m e e tt h ea c t u a ld e m a n df o rg a st u r b i n ep o w e rs t a t i o ni ni t sp
16、r o j e c t；S e c o n d l y,a i m i n ga ti t ss t i l lb e l o n gt ot h eb l a n ka n df i r s ta p p l i e di nt h el o c a lt e c h n i q u ef i e l d,t h eE x c i t a t i o nC o n t r o ls y s t e mE X 2 1 0 0a n dL o a dC o m m u t a t e dI n v e r t e rs y s t e mL C lw e r ed e t a i ls t u
17、d i e di nt h ep a p e r,a n a l y z e di t st e c h n i q u ec h a r a c t e r i s t i c s T h ep a p e rm o d i f i e dt h ep r o j e c tf r o mt h eu n i tr u n n i n gs e t、i n c r e a s i n gs y s t e ms t a b i l i t ye t c，a n dg e tt h eg o o da p p l yi na c t u a lp r o c e s s,T h i r d l
18、 y,s t u d yt h ec h a r a c t e r i s t i c so f A u t o m a t i cQ u a s i-S y n c hi ng a st u r b i n ep o w e rs t a t i o n,粥c a nu n 函皇吲僦t h el a t e s td e s i g na n dc o n t r o lw a y 证t h ew o r l df l o r ad e s i g n i n gt h ei n t e r f a c es i g n a lb e t w e c a lD C Sa n da n a
19、l y z i n gi t sc o n 打o ll o g i ca n de q u i p m e n ts t a t u s I tw i l lh e l pt h el o c a lm a r k e te x p l o i ts e l fk n o w l e d g e-p r o p e r t yr i g h tp r o d u c t i o ni nt h i sf I e l d K e yW o r d s：G a s-s t e a mc o m b i n e dc y c l i n gu n i t,e l e c t r i c a lc o
20、 n t r o ls y s t e n l，e x c i t a t i o nc o n t r o ls y s t e m,l o a dc o m m u t a t e di n v e r t e rs y s t e m,a u t o m a t i cq u a s i s y n c h渐江大学颈士学位论文燃机电厂电气控制系统的研究第1 章绪论1 1 概述燃气一蒸汽联合循环发电机组是当前世界上技术成熟的洁净型商业发电装置，目前最常用的大型单轴燃气一蒸汽联合循环机组为F 级，其中单轴是指燃气轮机、蒸汽轮机和发电机都在一根轴上：F 级是美国通用电气公司(G e n e r
21、 a lE l e c t r i cC o m p a n y)2 0 0 M W 级燃气轮机的系列名称，但习惯将国际上各制造商的2 0 0 M W 级燃气轮机统称为F 级。以通用电气公司F 级、三菱公司I l l 7 0 1 F 型、西门子公司V 9 4 3 A 型和阿尔斯通公司G T 2 6 型为代表，是目前世界发电市场上技术成熟、运行业绩最多、最先进的大容量重型发电用动力设备，迄今已有1 0 0 多台投入运行 1 。燃气轮机发电厂是洁净发电技术的一种体现，其燃料为天然气、燃料油或工业伴生气等，由于燃烧完全，其燃烧生成排放物对环境影响少，且燃机电厂具有装机快、体积小、启动快、效率高等优点
22、，目前市场应用非常广泛。在国内，由于国家“西气东输”工程的政策实施，引进液化天然气(L N G)和管道气项目也在全面开展，国内外电站设备巨头纷纷大手笔投入中国燃气轮机市场，除哈尔滨锅炉厂有限责任公司与通用电气合作外，上海电气与西门子，东方电气集团与日本三菱公司也分别组成了不同形式的联合体，在迄今已经结束的两轮燃气轮机全国招标中，4 5 台共1 7 0 0 万千瓦的订单，基本被上述三方8 瓜分”，所以我国的燃机电厂项目进入了一个新的发展时期。我国自2 0 0 2 年开始的第一批和第二批捆绑式招标的燃机项目均为F 级单轴燃气一蒸汽联合循环机组。1 2 本课题的研究意义以天然气为原料的燃气轮机联合循
23、环发电技术，被称为当代装备制造领域最高端的先进技术，与传统燃煤发电机组相比，它具有供电效率高，投资低，建设周期短，占地面积小，用水节约，调峰性能和环保性能好等诸多优点，目前，全球仅有五六家企业掌握了重型燃机联合循环发电设备的设计和制造技术，在中外合资浙江大学硕士学位论文燃机电厂电气控制系统的研究制造燃气轮机核心部件以及整机设备之前，中国相关产品主要依赖进口。我国为了加快了建设F 级燃机电站的步伐，在“以市场换技术”的政策指导下，通过“打捆招标”完成了一大批大型燃机电站主设备的全球招标和采购，以国内制造商和国外重要燃机制造商形成“联合体”的形式，逐步实现燃气轮机的国产化进程。本文以G E l 0
24、 9 F A 型燃机为例，从燃机电厂电气控制的角度出发，希望在燃气轮机一蒸汽轮机联合循环机组的电气控制课题研究方面为我国的燃机事业做出一定的贡献。与常规机组相比较，燃机电厂的电气部分具有与燃煤机组不同的特征。其电气控制的主要特点，主要表现在发电机控制、励磁控制与机组控制系统一体化、9 F 型机组通常采用变频启动系统方式等方面，研究9 F 机组的电气控制系统，不但有助于现有9 F 机组的安全稳定运行，而且对于提高我国第二捆联合循环电厂的安装调试质量及工程进度有很大的帮助。所以研究并掌握G E9 F 型燃机的电气控制系统是提高燃机电厂电气自动化水平的首要条件，为日后燃机的国产化提供了有力的理论和实
25、践依据 2 1 6 。本文主要分析和研究了国内最大的燃机电厂及国内首台点火并网的半山#1 单轴燃气一蒸汽联合循环机组电气控制系统内部的主要功能及实现方案，针对燃气轮机和余热锅炉及B O P(B a l a n c eo fP l a n t)系统采用不同控制系统，提供了控制系统问的接口方案和控制策略，已在实际的生产中实施并运行良好。半山#1 燃机采用美国G E 公司生产1 0 9 F A 型燃机，由于燃气轮机在国内发电机组中所占的比例越来越大，其中G E 公司已向中国出售了2 0 台总计8 6 0 万千瓦发电能力的F 级燃气轮机发电机组，它的静态励磁系统E X 2 1 0 0 和静态启动系统L
26、 c I 在国内尚属首次应用，这些F 级燃气轮机组均采用目前世界最先进的 l A R KV I 燃气轮机控制系统，在此之前该控制系统在国内属于空白，仅有上一代的M A R KV 控制系统及某些过渡系统，而现在电气控制系统已作为M A R KV I 的组成部分，直接参与控制，G E 公司从一开始设计燃机控制系统，就试图将发电机控制、励磁控制等电气系统作为机组控制的一部分，如今G E 公司E X 2 1 0 0 励磁控制系统和静态启动机L C I 控制系统均成为M A R KV I 系统的主要功能模块。因此，认真研究总结姒R KV I 内电气控制系统的系统原理和运行经验，有助于现有9 F机组的稳定
27、运行，可提高机组的经济性和安全性。浙江大学硕士学位论文燃机电厂电气控制系统的研究与G E1 0 9 F A 型燃机相配套的余热锅炉和B O P 的分散控制系统采用爱默生公司的O V A T I O N 控制系统，从燃机项目招标、与G E 公司的设计联络会到现场的施工设计，笔者与G E 公司的外籍设计工程师和调试工程师多次沟通和探讨，形成了目前在生产中应用的控制系统接口方案和电气控制系统的控制策略。文章从燃机电厂的网络结构入手，分别介绍了发变组控制逻辑、厂用电控制逻辑等电气控制系统的设计方案；着重研究了E X 2 1 0 0 和L C I 的功能构成与实现方法，修改了网络控制方案；详细分析了机组
28、自动准同期逻辑及其接口设计，对燃机电厂电气控制系统的特殊性有较全面和较深刻的阐述，可为关心9 F 型燃机电气控制系统的研究人员以及燃机的逐步国产化提供思路和借鉴。1 3 国内外研究状况近年来，随着以计算机为核心的D c S 系统的不断发展，D E S 在我国火电机组上已得到广泛而成功的应用，其准确性、稳定性和可靠性是常规自动化装置所无法比拟的，它大大提高了机组自动化水平，使运行人员能及时、准确、全面地监测和控制机组的运行工况。与此同时，发电厂的电气自动化水平也随之得到长足发展，随着网络技术的不断发展和网络可靠性的不断提高，将电气部分的监控纳入D E S 已成为趋势 1 7 2 5 。电气监控系
29、统(E c s)使运行人员操作简单可靠，检修设备维护量降低，运行设各的状态直观，已成为大型机组安全经济运行不可缺少的条件和手段。随着网络技术的发展和网络可靠性的不断提高，最终可实现全厂信息资源的共享，使整个电力系统的自动化水平更上一层楼。1 3 1 电气控制系统的特点电气控制系统与热工控制系统相比有很多不同点 1 8-3 6 ：a)电气控制系统相对热工控制系统要简单，控制对象少，控制信息采集量小，操作频率也较低，但是电气设备运行的可靠性要求高，任何疏忽和失误都可能造成非常严重的后果；”电气控制系统反应速度要求及快，同时对抗干扰要求较高，例如快速保护的出口时间通常是几十毫秒；c)电气控制系统主要
30、以数据采集系统和顺序控制为主，其设备间相互联锁3浙江大学硕士学位论文燃机电厂电气控制系统的研究的条件较为简单，联锁保护较多，某一设备故障受影响的范围可能很大，而且电气设备本身的操作机构复杂；而热工系统控控制处理信息量大，系统复杂，以过程控制为主；d)电气控制系统的操作不单要满足本机组运行情况的要求，还与电网相关联，要同时满足本机组和电网的共同要求。1 3 2 常规电气控制系统(E c s)的控制范围常规电气控制系统(E c S)的控制范围主要包括以下方面【3 7 5 0 ：a)发电机一变压器组，电气一次设备的控制、联锁，发电机程序起停，包括发电机一变压器组高压测断路器；”启动备用变压器，包括备
31、用变压器高压测断路器的控制；c)主厂房6 k V 高压厂用电源系统之间的正常切换操作，包括高压常用变压器不同段工作电源迸线断路器和备用电源进线断路器；d)主厂房3 8 0 2 2 0 V 低压厂用电源系统之间的正常切换操作，包括各个低压厂用变压器和公用厂用变压器6 k v 侧断路器，3 8 0 V 侧断路器和不同段间联络断路器；c)3 8 0 V 2 2 0 V 保安电源系统之间的正常切换操作，包括柴油发电机侧断路器、3 8 0 V 2 2 0 V 保安段电源进出线断路器；)直流电源系统，仅设置监测，无控制；蓟交流不停电电源系统(U P S)，仅设置监测，无控制；h)数据采集与监视：发电机定子
32、三相电压、电流，发电机转子电压、电流，励磁手动柜、自动柜输出电流，主励磁机励磁电压，发电机有功、无功、频率、功率因素，主变高压侧三相电流、中性点电流，主变压器油温，绕组温度，高压厂用变压器油温；部分接地刀闸状态的监视、开关刀闸的分合闸故障指示，2 2 0 k V 系统母线电压数据采集与监视；厂用电源系统母线电压、分支电流；厂用电源系统开关分合闸状态监视、故障报警；i)电气主要保护、同期、快切、励磁、故障录波器等装置由于原理复杂，安全级别高，很难用通用的D C S 硬件代替，因此仍采用专用的装置，但它们与D C S 之间要有接口，常规方式采用硬接口。保留的保护及自动专4浙江大学硕士学位论文燃机电
33、厂电气控制系统的研究用装置主要有：发变组保护装置：自动准同期装置(A S S)；自动电压调整装置(A V R)；厂用电源快切装置；机组故障滤波装置。1 4 杭州半山燃机电厂电气控制系统1 4 I 概况杭州半山发电有限公司最新投产三台9 F A 燃气蒸汽联合循环机组，其中#l 燃机是我国首台点火和并网的单轴9 F 型机组。每套联合循环机组包括l台2 5 0 M W 级的燃气轮机、1 台I O O M W 级的蒸汽轮机、1 台3 5 0 M W 级发电机和1 台无补燃三压再热型余热锅炉及其辅助设备。三套燃机的机岛设备(燃机，汽机、发电机)选用美国G E 公司生产的S T A G l 0 9 F A
34、S S 机型，该机型为单轴机组，即燃机、汽机、发电机单轴布置；其余热锅炉采用杭州锅炉集团的N G-9 0 I F A R。控制系统分为两套，机岛设备采用G E 公司开发的姒R Kv I 控制系统；辅机和余热锅炉部分采用上海西屋过程控制公司的O V A T I O N 控制系统，两套控制系统间通过硬接线和通讯建立联系。G E 公司的控制系统从上一代的M A R Kv 发展到现在的M A R KV I，电气控制系统如今已作为M A R KV l 的组成部分，直接参与控制，E X 2 1 0 0励磁控制系统和静态启动机L C I 控制系统是M A R KV I 系统的重要功能模块。1 4 2 电气控
35、制系统的控制对象接于单元机组网的监控对象主要有：a)发变组：发电机、发电机出口断路器、主变2 2 0 k V 断路器、主变、高压厂变；”厂用电6 k V 母线A 段、B 段工作进线断路器；6 k V 母线A 段、B 段备用进线断路器；6 k V 母线A 段、B 段母线设备、厂用电快切装置；低压厂用工作变及6 k v 侧断路器；励磁变；变频隔离变6 k V 侧断路器(仅#1 和#3 机有)：浙江大学硬士学位论文燃机电厂电气控制系绕的研究曲低压公用交6 k V 侧断路器(仅#1 和#2 机有)；低压厂前区变6 k V 侧断路器(仅#1 和#2 机有)；3 8 0 V 工作A、B 段进线和联络断路器
36、、母线设备；3 8 0 V 保安段；不间断电源(U P S)；1 1 0 V 直流系统；2 2 0 V 直流系统；柴油发电机组：接于公用网的监控对象主要有：高压起动备用变压器2 2 0 k V 断路器0 1 A 和0 1 B 低压公用变；0 1 A 和0 1 B 低压厂前区变；3 8 0 V 公用0 1 A、0 1 B 段进线和联络断路器，母线设备；3 8 0 V 厂前区0 1 A、0 1 B 段进线和联络断路器，母线设备：d)M A R K V I 系统控制功能E X 2 1 0 0 静态励磁系统；L C I 变频启动系统；自动准同期。1 5 本文所做的工作从电气控制的角度出发，以传统燃煤机
37、组的电气控制系统为基础，根据燃机电厂的电气控制的特点，设计和探索符合燃机电厂实际需求的电气控制系统和先进设备的运行方式，为燃汽轮机的逐步国产化奠定理论和实践的基础。1 5 1 燃机电厂电气控制系统的设计及实现在火力发电行业中，发电厂电气监控及自动化融入整个电厂的监控控制系统已经成为大中型电厂自动化控制的必然趋势。在国内传统的燃煤机组中，采用机、电炉单元集中控制，电气控制系统纳入D C S 控制系统。但是在以燃气轮机为主的燃汽轮机联合循环机组中，燃机、汽机和发电机的控制一体化，联合循环的6浙江大学硕士学位论文燃机电厂电气控制系统的研究余热锅炉和B O P(B a l a n c eO fP l
38、a n t)辅助系统采用另外的控制系统，所以，如何根据燃机电厂的特点，设计符合需求和安全可靠的电气控制系统，是需要迫切解决的问题。本文针对燃机电厂的生产工艺的特殊性和要求，对杭州华电半山发电有限公司的三台燃机进行电气控制系统的设计，通过与G E 公司的相关工程师的多次沟通，及现场的实际情况，将燃气轮机的控制系统M A R K Vg I 和余热锅炉及B O P控制系统O V A T I O N 两套控制系统通过硬接线和通讯的方式结合在一起，形成了目前应用的控制方案和控制策略；设计和实施了将发变组、厂用电、公用系统等电气设各纳入D C S 控制，根据控制需求提出了设计方案，在生产中得到了良好的应用
39、。1 5 2E N 2 1 0 0 和L C I 的网络结构设计和运行特性研究与常规机组相比较，燃机电厂的电气部分具有与燃煤机组不同的特征。其电气控制的主要特点，主要表现在发电机控制、励磁控制与机组控制系统一体化、9 F 型机组通常采用变频启动系统方式等方面。半山三台燃机均采用美国G E 公司生产1 0 9 F A 型燃机，电气控制系统已作为M A R KV I 的组成部分，直接参与控制，发电机控制、励磁控制E X 2 1 0 0 和静态启动装置L C I 均是M A R KV I 系统的主要功能模块。但是，在国内，E X 2 1 0 0 和L C I属于首次应用，对其研究尚属空白。G E 公
40、司对部分设备的运行方式和控制策略只有典型设计说明，具体的运行方式需要在生产实践中总结摸索。本文详细论述了E X 2 1 0 0 和L C I 的构成和功能，根据机组多次启停和长期运行中的工作情况的分析，总结出它们在不同工况下的运行方式，并从系统的安全稳定性方面，与G E 公司的设计人员多次探讨，提出控制网络修改方案并付诸实施，多方面、多层次的保证了机组的安全运行。认真研究总结M A R Kv I 内电气控制系统的系统原理和调试运行经验，有助于现有9 F 机组的稳定运行，可提高机组的经济性和安全性，并对国产化燃机的电气相关设备的设计有借鉴意义。1 5 3 燃机电厂自动准同期的实现燃气轮发电机组的
41、同期是由燃机控制系统M A R Vg I 控制，它包括同期检查、浙江大学硕士学位论文燃机电厂电气控制系统的研究保护和自动同期等部分。本文对自动准同期的接口信号进行设计并分析了其软件内部的逻辑，有助于国产化燃气轮机的自动准同期的实现。1 6 本文组织结构本论文汇集了本人在研究生期间实际工作中的学习成果和工作成果。第一章论述了论文的背景、本论文研究的意义以及本论文的大概研究工作；第二章从全厂的网络结构入手，分析了不同控制系统的特点，描述了如何实现不同控制系统的连接和通讯，设计了目前已在生产上应用的几个重要控制系统的实现方案，根据现场设备进行配套设计；第三章主要研究了在国内首次应用的E X 2 1
42、0 0 和L C I的功能特点，修改其网络控制结构的设计并根据机组多次的启停经验总结出E X 2 1 0 0 和L C I 的运行方式，指导9 F 机组的安全运行；第四章从自动准同期的概念入手，论述了燃机电厂自动准同期的不同特点，提出了燃机电厂自动准同期的实现方法，设计自动准同期系统与D c S 的接口信号。8浙江大学顼士学位论文燃机电厂电气控制系统的研究第2 章燃机电厂电气控制系统的设计及实现2 1 硬件构成2 1 1 总体网络结构本项目的三台燃机为单元制机组，采用杌、炉、电集中控制方式。每套机组配置一套分散控制系统(D C S)，随机岛主设备配供的燃机一汽机控制系统(M A R KV I)
43、，M A R KV I 通过通讯和少量硬接线与D C S 相连，构成一个对联合循环机组进行集中监控的完整的控制系统。电气厂用电、变压器组、汽机旁路及余热锅炉等的控制均由D C S 实现，其中，循环水系统采用远程I 0。同时，三套D C S 设置一个公用网，将辅助蒸汽系统、天然气调压系统、电气厂用电系统等公用部分的监控站挂在公用网上，每套D C S 通过权限的设置可对其进行监控。D C S 与全厂厂级监控信息系统(S I S)实现双向数据通讯。全厂生产网络系统的总体结构分为二层网络：为厂级监控信息网(S I S)和实时监控网。2 1 1 1厂级监控信息网(S I S)a)概述作为全厂生产过程实时
44、数据信息保存和处理的中心，S I S 系统为全厂各套机组控制系统留有通讯的接口，各生产过程的实时数据通过接口计算机传送到S I S 网络上，可以实现双向数据通讯。同时，S I S 网通过隔离设备与上级M I S 网相连，并实现S I S 向M I S 的单向数据传输。S I S 网络主干网络采用1 0 0 0 M 双重冗余以太网，下面挂接两个环网，分别是煤机和燃机的l O O M 子网。实时数据库服务器负责集成全厂所有控制系统的生产数据，和其它应用服务器(如过程管理容错服务器)通过1 0 0 0 M b p s 端口与核心交换机连接，各类应用站则分别通过l O O M 以太双绞线，连接到该M
45、A R C H 3 0 0 29浙江大学硬士学位论文燃机电厂电气控制系统的研究核心交换机中，从而保证数据通讯的可靠性。其中燃机子网中共放置了6 台接口机，分别是P I 一#1o v A T I o N、P I 一#20 V A T l 0 N、P I 一船O V A T I O N、P I M A R K，P I N C S、P I W M S，接口机分布在各装置现场。数据首先送到接口机，然后连接到S I S 工业级现场交换机，最后通过S I S 分交换机与核心交换机连接。接口机与现场交换机之间采用1 0 0 M 双绞线以双连接方式互通，同样以保证其数据通讯时的高可靠性。见图2-1：一肼与控捌
46、系统的莲接一t图2-1S I S 系统与控制系统的连接M I S 服务器通过物理隔离(防火墙)与S I S 核心交换机连接，如图2 2：1 0浙江大学硕士学位论文燃机电厂电气控制系统的研究t 心窑抉矗与置备蘑t 蛄的墓薹图2 2 核心交换机与服务器功能站的连接b)系统特点S I S 数据中心主要包括实时数据库服务器及其存储子系统，它是S I S 的心脏，是所有实时历史数据的集中计算、处理、存储的中心，因此数据中心的可靠性和可用性异常重要。数据中心由三部分组成：服务器双机冗余、服务器网卡、存储系统。服务器冗余是确保系统高可用性的最重要技术之一，S I S 端数据库服务器采用两台高性能服务器做双机
47、冗余，来最大限度保证系统的高可用和高性能。每个服务器配置4 个I n t e lX e o n2，7G i t z 以上C P U。系统采用W i n d o w s2 0 0 3 企业版作为操作系统，M I S 端的服务器配置同S I S端。正如服务器冗余增强了数据中心系统资源的可用性一样，冗余也成为服务器网卡必不可少的配置。这样，一旦故障发生，无论问题出在网卡还是物理连接，或者在另一端的交换机上，冗余连接的另一块网卡都会自动接管网络的运行，而不会中断网络的传输。在本系统中，将S I S 端两台服务器的各两块千兆R J 4 5 网卡连接到核心M A C H 3 0 0 2 交换机的不同引擎上
48、，达到冗余功能。每个服务器都配置了l 块光纤 t B A 卡，用2G B 光纤连接到光纤存储的2个光纤端口上。根据用户需要，在存储系统上配置冗余电源、冗余风扇，控制卡浙江大学硕士学位论文燃机电厂电气控制系统的研究上配置了2 5 6 I BC a c h e，配置了6 块1 4 6G B 硬盘，硬盘配置成R i a d 5，存储设备可以扩展。M I S 端同样配置。C)备份灾难恢复通过P IT OP I 软件功能将S I S 端数据库实时数据备份到M I S 端，同时在M I S 端利用V E R I T A S 软件做针对P I 数据库的文件备份，最后用备份磁带机定时备份历史数据，保证数据的完
49、整性。一旦发生S I S 端服务器集群故障，数据丢失，可以用M I S 端恢复数据。同时在M I S 端的服务器还能使M I S 客户端不需访问S I S网络也能几乎同步查看S I S 数据，既方便了用户又保证了S I S 网络安全。d)P I 系统与#1、#2、#3 燃机O V A T I O ND C S 和M A R K V I 系统的接口：O V A T I O N 接口机操作系统采用W i n d o w s2 0 0 0，与S I S 系统通信采用基于O L E、C O M D C O M 技术的、面向工业过程控制的O P C 2 0 协议；s i s 与D C S 通信采用单向连
50、续数据传输；在D C S 接口机上采用l O O M b p s 以太网卡，上链到S I S 系统；i A R K接口机通过P I-C i m p l i c i t y 接口软件与P I 服务器通讯。如图2 3：IL _ J 1目眦8 1 咖O V A T I O II络如南窖二卣S I S 与DCS 接口图2-3S I S 与D C S 的接口网D CS接口机考虑生产实时数据的重要性，若D C S 接口机与P I 服务器网络连接断开，期1 2浙江大学硕士学位论文燃机电厂电气控制系统的研究间为保证实时数据不丢失，促使在接口机上启用断点重传功能B u f f e r，于是采集的数据就会存放于D