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    核心提示：如果旋轉(zhuǎn)機(jī)械和鍋爐是電廠強(qiáng)有力的肌肉，那么將無數(shù)電廠功能結(jié)合起來的控制系統(tǒng)就是電廠的大腦。幸運(yùn)的是，當(dāng)控制系統(tǒng)變得不可靠或維護(hù)成本過于高昂時，我們可以在電廠中實(shí)施大腦移植手術(shù)，但首先必須證明這個手術(shù)的合理性。

    圖1 新Harquahala發(fā)電項(xiàng)目位于亞利桑那州菲尼克斯市西，這一1080MW項(xiàng)目配備了3臺1×1聯(lián)合循環(huán)機(jī)組。其燃?xì)廨啓C(jī)采用了西門子SGT6-6000G產(chǎn)品，擁有應(yīng)用于供電高峰的蒸汽噴射功能

　　由MACH Gen LLC所擁有的新Harquahala發(fā)電項(xiàng)目（HGP）是一座位于亞利桑那州Maricopa郡的1080 MW聯(lián)合循環(huán)電廠，距菲尼克斯市約60英里處。HGP于2004年投入商業(yè)運(yùn)營，并在美國西南部商品電力市場上銷售電力給亞利桑那州的公用事業(yè)公司。特別在7~11月這個時間段內(nèi)，該電廠幾乎是連續(xù)運(yùn)行。MACH Gen于兩年前聘請了Competitive Power Ventures公司（CPV）擔(dān)任這座電廠的資產(chǎn)管理者，并選中了NAES公司作為運(yùn)行和維護(hù)（O&M）提供商。這座電廠所報(bào)告的年度利用率約為30%，這點(diǎn)與美國許多商品燃?xì)饴?lián)合循環(huán)電廠沒有什么不同。

　　這座電廠的3臺機(jī)組采用獨(dú)特的1×1配置方式，以西門子SGT6-6000G（以前的W501G）燃?xì)廨啓C(jī)為基礎(chǔ)。為了讓大家對本項(xiàng)目有個大致的了解，實(shí)際上可以說HGP就是PGE Port Westward 1x1項(xiàng)目乘以3倍（圖1）。這3臺西門子120MW SST6-PAC 3000蒸汽渦輪機(jī)均由1個高壓缸和聯(lián)合中壓/低壓缸組成。NEM為其供應(yīng)了三壓式回?zé)嵴羝�發(fā)生器（HRSG），盡管這座電廠存在例行的循環(huán)運(yùn)行條件，但該蒸汽發(fā)生器也非常出色地保障了自己的無故障運(yùn)行。

　　圖2 作為T3000控制系統(tǒng)升級工作的一部分，電廠對控制面板的人機(jī)界面、監(jiān)視器以及控制室的布局進(jìn)行了重新排布。控制面板所占用的面積顯著縮小，而系統(tǒng)能力卻得到了明顯增強(qiáng)。首席O&M技術(shù)員Lamont Packer示范了T3000的眾多先進(jìn)功能

　　這座電廠的凈發(fā)熱量處于7100Btu/KWh一級，這使它在效率方面處于食物鏈的頂級。電力通過HGP的23英里輸電線供至Palo Verde 500kV電網(wǎng)，這條線路先連接到Salt River項(xiàng)目的Hassayampa配電站，并終接入Palo Verde電網(wǎng)。其獨(dú)特之處在于，這座電廠的配電站和輸電線由Constellation Energy簽約運(yùn)營，可以認(rèn)為是一個遵守北美電力可靠性公司（NERC）規(guī)章的獨(dú)立控制區(qū)。

　　其燃?xì)廨啓C(jī)的另一個獨(dú)特之處在于，它具備通過4個噴射噴嘴按高1:1的蒸汽/燃料質(zhì)量流量比向燃燒室內(nèi)噴射400psig和650oF的冷再熱蒸汽，將輸出功率提升至頂峰。它可以在10min內(nèi)帶來每臺額外15MW的輸出功率，這點(diǎn)在滿足西部電力協(xié)調(diào)委員會提取貯備發(fā)電能力很有幫助。

　　西門子一共投產(chǎn)了6臺采用此項(xiàng)技術(shù)的G級燃?xì)廨啓C(jī)，其中3臺就位于HGP。據(jù)電廠經(jīng)理Malcolm Hubbard說，在其團(tuán)隊(duì)調(diào)試了這套系統(tǒng)并克服幾項(xiàng)困難后，這套系統(tǒng)工作成效極佳。該機(jī)組配置了31名O&M員工管理。

　　腦容量不足的系統(tǒng)

　　電廠運(yùn)營方在頭幾年運(yùn)營中所遇到的大挑戰(zhàn)，也許就是作為原先總承包項(xiàng)目合同組成部分而安裝的靈活度不足的Teleperm XP（TXP）控制系統(tǒng)了。商業(yè)電廠要依靠低耗熱量、高可用性和對負(fù)荷控制信號的靈敏響應(yīng)來贏利。不幸的是，TXP并不能完成這些任務(wù)。反而，過于龐大的控制系統(tǒng)導(dǎo)致脫扣事件發(fā)生，以及難于使用的界面和過時調(diào)試排錯工具都成了它的特點(diǎn)。如果您在使用控制系統(tǒng)中的恐龍來運(yùn)行和維護(hù)電廠，那么每一項(xiàng)功能看起來都那么緩慢和笨拙。此外，TXP還不能通過配置來滿足新的NERC電子安全性規(guī)定。

圖3 燃?xì)廨啓C(jī)蒸汽冷卻系統(tǒng)的圖形界面

　　HGP員工在2007年下半年所遇到的挑戰(zhàn)，是如何讓MACH Gen和CPV公司相信，用于升級控制系統(tǒng)的投資將因提升電廠的可靠性和可用性而產(chǎn)生合理的回報(bào)。這項(xiàng)證明工作不亞于要求自己的老板給自己新配一臺用于工作的計(jì)算機(jī)，但問題在于要用除計(jì)算機(jī)使用時間以外的理由來證明這筆支出的合理性。在未經(jīng)訓(xùn)練的人看來，HGP升級的效果在他巡視這座電廠時實(shí)質(zhì)上根本顯現(xiàn)不出來，但這種升級對于控制室內(nèi)有經(jīng)驗(yàn)的電廠操作人員來說，卻十分明顯（圖2）。升級還會大幅提升電廠操作人員的效率，因此所有者也有可能更為進(jìn)取地在電力市場上用這座電廠來競標(biāo)。

　　采購新大腦

　　電廠員工們采取了計(jì)劃周詳?shù)姆绞剑�編制了控制裝置升級所帶來的電廠可靠性和可操作性方面的預(yù)期改進(jìn)文檔，以及升級將會在當(dāng)前高競爭度的電力市場上給電廠帶來的成本優(yōu)勢。主要的升級要求包括：提高管理HGP復(fù)雜資產(chǎn)的能力、配備供操作者和電廠工程師使用的深度定制工具、一套獨(dú)立于平臺的解決方案。該方案包含可供員工們在電廠內(nèi)任何計(jì)算機(jī)上通過一個瘦客戶機(jī)使用各項(xiàng)功能，以及一套可以定制化的強(qiáng)有力工具，為重要的是安裝和操作方面的簡潔性。

　　由于西門子電力集團(tuán)初供應(yīng)了這個總承包項(xiàng)目的渦輪機(jī)組、HRSG及其他主要設(shè)備，很自然HGP向西門子尋求升級路線以求盡量降低成本和縮短停運(yùn)時間。而且，升級將通過“內(nèi)部完成”，現(xiàn)有的控制柜和相關(guān)系統(tǒng)及組件還可以重復(fù)使用，從而大程度減少停運(yùn)時間和支出。

　　HGP員工所選擇的西門子電力集團(tuán)先鋒性的電廠控制技術(shù)以及升級路徑，就是Power Plant Automation SPPA-T3000，或簡稱T3000。T3000能夠處理所有的電廠自動化任務(wù)，包括汽機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)控制、鍋爐保護(hù)、所有其他電廠組成部分的集成，以及電廠監(jiān)測、數(shù)據(jù)記錄，還有控制室中的人機(jī)界面（HMI）（圖3）。

　　 在現(xiàn)有現(xiàn)場控制柜內(nèi)安裝的SIMATIC S7自動化服務(wù)器用于處理I/O例行工作，在配置上采用了電氣隔離的冗余處理器以增加電廠的可靠性。這些充分冗余的兩選一設(shè)計(jì)方案，降低了處理器故障的發(fā)生概率，能夠在故障情況下實(shí)現(xiàn)從主要系統(tǒng)向備用系統(tǒng)的無縫切換

　　這也是T3000在G級燃?xì)廨啓C(jī)上的實(shí)施。本文無法詳細(xì)描述作者近訪問HGP所目睹的T3000系統(tǒng)強(qiáng)大而令人驚異的功能，也無法展示其令人印象深刻的特色，而且也不能深入探討這套控制系統(tǒng)的內(nèi)部工作原理。我們的目標(biāo)是評價(jià)通過升級上一代控制裝置包至業(yè)界控制系統(tǒng)包，使電廠性能得到顯著改進(jìn)及經(jīng)濟(jì)性改善后所帶來實(shí)實(shí)在在的成本優(yōu)勢。如果您正在糾纏如何從經(jīng)濟(jì)角度證明類似升級的合理性時，那么本案例也許會給您帶來幫助。

　　成本和判斷

　　HGP能夠?qū)��?shù)字轉(zhuǎn)化成有形的升級后預(yù)期改進(jìn)，這些改進(jìn)同時體現(xiàn)在電廠運(yùn)行的可靠性和成本降低方面。此外，HGP還能估計(jì)出與控制裝置升級相關(guān)的更多無形好處。有一些計(jì)算是非常直接明了的，而另一些則要求進(jìn)行一系列理性的判斷才能通過不那么精通技術(shù)的業(yè)主的檢視。員工們的方法是展示出經(jīng)濟(jì)效益，盡管較難進(jìn)行準(zhǔn)確估算，但經(jīng)濟(jì)效益已經(jīng)大到可以證明持有資金者所做出投資的正確性。簡而言之，即發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益是顯著的，并且劃分成了短期和長期的效益以及有形和無形的效益。

　　無形的效益

　　NERC電子安全標(biāo)準(zhǔn)如今已經(jīng)深植于每一家電廠運(yùn)營者的心中，其中許多電廠正在發(fā)現(xiàn)自己現(xiàn)有的數(shù)字控制系統(tǒng)（DCS）并不像他們所希望或預(yù)期的那樣安全。一些控制裝置供應(yīng)商正在為自己的操作系統(tǒng)提供升級或“補(bǔ)丁”，但少數(shù)供應(yīng)商還沒有提供能夠滿足新的安全和報(bào)告需要的集成軟件包。

　　雖然難以給這項(xiàng)新的能力標(biāo)出具體的成本節(jié)約效果，但忽視這些標(biāo)準(zhǔn)的不利之處有可能包括罰款，以及在發(fā)生電子攻擊時喪失電廠控制功能或?qū)е掠?jì)劃外停運(yùn)。而T3000完全符合從CIP-002至CIP-009的NERC標(biāo)準(zhǔn)—而這些特色是TXP可能永遠(yuǎn)無法提供的。

　　這些電廠初的TXP控制系統(tǒng)極難實(shí)現(xiàn)故障排查工作，經(jīng)常要求儀表和控制（I&C）工程師或技術(shù)人員帶上一臺手提箱大小的“計(jì)算機(jī)”，深入到電廠內(nèi)部，將其連接到一臺現(xiàn)場控制柜上才能排除“假脫扣”故障。TXP系統(tǒng)還缺乏采集“次發(fā)出”警報(bào)的能力，也不具備通過控制系統(tǒng)與汽機(jī)設(shè)備間的接口Simadyn來反向控制裝置動作的能力。事實(shí)上，現(xiàn)有的Simadyn并不能診斷發(fā)生的脫扣事件。而T3000更簡潔的體系架構(gòu)，取消了Simadyn及其陳舊過時的故障排查工具組合，并消滅了沒有次發(fā)出事件歷史記錄功能的缺陷。

　　TXP的另一項(xiàng)無形問題，是其給定數(shù)量的應(yīng)用程序處理器（AP）沒有能力滿足未來擴(kuò)展的需要。這些用在TXP控制系統(tǒng)內(nèi)的AP用于與I&C軟件間的接口。在電廠增加設(shè)備和功能時，原有AP中的一些需要在大量支出條件下進(jìn)行擴(kuò)展和優(yōu)化，但有一些AP已完全占滿了，因此不可能進(jìn)行擴(kuò)展。隨著HGP員工繼續(xù)給電廠增加新的功能以提升運(yùn)行性能和效率，就需要更多的AP，但TXP體系架構(gòu)下進(jìn)行進(jìn)一步拓展的潛力較為有限，而采用T3000系統(tǒng)就可以將這些AP從體系架構(gòu)中取消，打破這一升級的瓶頸。而且，舊有AP的升級工作還要求電廠停運(yùn)，而新系統(tǒng)體系架構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)在的在線擴(kuò)充（圖5）。