核心提示：ruguoxuanzhuanjixieheguolushidianchangqiangyoulidejirou
，namejiangwushudianchanggongnenggaoxiaojieheqilaidekongzhixitongjiushidianchangdedanao。xingyundeshi
，dangkongzhixitongbiandebukekaohuoweihuchengbenguoyugaoangshi，womenkeyizaidianchangzhongshishidanaoyizhishoushu，danshouxianbixuzhengmingzhegeshoushudehelixing。

   圖1 新Harquahala發電項目位於亞利桑那州菲尼克斯市西，這一1080MW項目配備了3台1×1聯合循環機組。其燃氣輪機采用了西門子SGT6-6000G產品，擁有應用於供電高峰的蒸汽噴射功能

　　由MACH Gen LLC所擁有的新Harquahala發電項目（HGP）是一座位於亞利桑那州Maricopa郡的1080 MW聯合循環電廠，距菲尼克斯市約60英裏處。HGP於2004年投入商業運營
，並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公司。特別在7~11月這個時間段內
，該電廠幾乎是連續運行。MACH Gen於兩年前聘請了Competitive Power Ventures公司（CPV）擔任這座電廠的資產管理者，並選中了NAES公司作為運行和維護（O&M）提供商。這座電廠所報告的年度利用率約為30%，這點與美國許多商品燃氣聯合循環電廠沒有什麼不同。

　　這座電廠的3台機組采用獨特的1×1配置方式
，以西門子SGT6-6000G（以前的W501G）燃氣輪機為基礎。為了讓大家對本項目有個大致的了解，實際上可以說HGP就是PGE Port Westward 1x1項目乘以3倍（圖1）。這3台西門子120MW SST6-PAC 3000蒸汽渦輪機均由1個高壓缸和聯合中壓/低壓缸組成。NEM為其供應了三壓式回熱蒸汽發生器（HRSG），盡管這座電廠存在例行的循環運行條件，但該蒸汽發生器也非常出色地保障了自己的無故障運行。

　　圖2 作為T3000控製係統升級工作的一部分，電廠對控製麵板的人機界麵、監視器以及控製室的布局進行了重新排布。控製麵板所占用的麵積顯著縮小，而係統能力卻得到了明顯增強。首席O&M技術員Lamont Packer示範了T3000的眾多先進功能

　　這座電廠的淨發熱量處於7100Btu/KWh一級，這使它在效率方麵處於食物鏈的頂級。電力通過HGP的23英裏輸電線供至Palo Verde 500kV電網，這條線路先連接到Salt River項目的Hassayampa配電站，並最終接入Palo Verde電網。其獨特之處在於，這座電廠的配電站和輸電線由Constellation Energy簽約運營，可以認為是一個遵守北美電力可靠性公司（NERC）規章的獨立控製區。

　　其燃氣輪機的另一個獨特之處在於，它具備通過4個噴射噴嘴按最高1:1的蒸汽/燃料質量流量比向燃燒室內噴射400psig和650oF的冷再熱蒸汽，將輸出功率提升至頂峰。它可以在10min內帶來每台額外15MW的輸出功率，這點在滿足西部電力協調委員會提取貯備發電能力很有幫助。

　　西門子一共投產了6台采用此項技術的G級燃氣輪機

，其中3台就位於HGP。據電廠經理Malcolm Hubbard說
，在其團隊調試了這套係統並克服幾項困難後

，這套係統工作成效極佳。該機組配置了31名O&M員工管理。

　　腦容量不足的係統

　　電廠運營方在頭幾年運營中所遇到的最大挑戰，也許就是作為原先總承包項目合同組成部分而安裝的靈活度不足的Teleperm XP（TXP）控製係統了。商業電廠要依靠低耗熱量、高可用性和對負荷控製信號的靈敏響應來贏利。不幸的是
，TXPbingbunengwanchengzhexierenwu。faner，guoyupangdadekongzhixitongdaozhituokoushijianfasheng，yijinanyushiyongdejiemianheguoshitiaoshipaicuogongjudouchengletadetedian。ruguoninzaishiyongkongzhixitongzhongdekonglonglaiyunxingheweihudianchang，namemeiyixianggongnengkanqilaidounamehuanmanhebenzhuo。ciwai，TXP還不能通過配置來滿足新的NERC電子安全性規定。

圖3 燃氣輪機蒸汽冷卻係統的圖形界麵

　　HGP員工在2007年下半年所遇到的挑戰，是如何讓MACH Gen和CPV公gong司si相xiang信xin，用yong於yu升sheng級ji控kong製zhi係xi統tong的de投tou資zi將jiang因yin提ti升sheng電dian廠chang的de可ke靠kao性xing和he可ke用yong性xing而er產chan生sheng合he理li的de回hui報bao。這zhe項xiang證zheng明ming工gong作zuo不bu亞ya於yu要yao求qiu自zi己ji的de老lao板ban給gei自zi己ji新xin配pei一yi台tai用yong於yu工gong作zuo的de計ji算suan機ji，但dan問wen題ti在zai於yu要yao用yong除chu計ji算suan機ji使shi用yong時shi間jian以yi外wai的de理li由you來lai證zheng明ming這zhe筆bi支zhi出chu的de合he理li性xing。在zai未wei經jing訓xun練lian的de人ren看kan來lai，HGP升級的效果在他巡視這座電廠時實質上根本顯現不出來，但這種升級對於控製室內有經驗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取地在電力市場上用這座電廠來競標。

　　采購新大腦

　　電dian廠chang員yuan工gong們men采cai取qu了le計ji劃hua周zhou詳xiang的de方fang式shi
，編bian製zhi了le控kong製zhi裝zhuang置zhi升sheng級ji所suo帶dai來lai的de電dian廠chang可ke靠kao性xing和he可ke操cao作zuo性xing方fang麵mian的de預yu期qi改gai進jin文wen檔dang
，以yi及ji升sheng級ji將jiang會hui在zai當dang前qian高gao競jing爭zheng度du的de電dian力li市shi場chang上shang給gei電dian廠chang帶dai來lai的de成cheng本ben優you勢shi。主zhu要yao的de升sheng級ji要yao求qiu包bao括kuo：提高管理HGP複雜資產的能力、配備供操作者和電廠工程師使用的深度定製工具
、一yi套tao獨du立li於yu平ping台tai的de解jie決jue方fang案an。該gai方fang案an包bao含han可ke供gong員yuan工gong們men在zai電dian廠chang內nei任ren何he計ji算suan機ji上shang通tong過guo一yi個ge瘦shou客ke戶hu機ji使shi用yong各ge項xiang功gong能neng，以yi及ji一yi套tao可ke以yi定ding製zhi化hua的de強qiang有you力li工gong具ju
，最zui為wei重zhong要yao的de是shi安an裝zhuang和he操cao作zuo方fang麵mian的de簡jian潔jie性xing。

　　由於西門子電力集團最初供應了這個總承包項目的渦輪機組、HRSG及其他主要設備，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時間。而且
，升級將通過“內部完成”，現有的控製櫃和相關係統及組件還可以重複使用
，從而最大程度減少停運時間和支出。

　　HGP員工所選擇的西門子電力集團先鋒性的電廠控製技術以及升級路徑，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，包括汽機和燃氣輪機控製

、鍋爐保護、所有其他電廠組成部分的集成，以及電廠監測
、數據記錄
，還有控製室中的人機界麵（HMI）（圖3）。

　　 在現有現場控製櫃內安裝的SIMATIC S7自動化服務器用於處理I/O例li行xing工gong作zuo，在zai配pei置zhi上shang采cai用yong了le電dian氣qi隔ge離li的de冗rong餘yu處chu理li器qi以yi增zeng加jia電dian廠chang的de可ke靠kao性xing。這zhe些xie充chong分fen冗rong餘yu的de兩liang選xuan一yi設she計ji方fang案an
，降jiang低di了le處chu理li器qi故gu障zhang的de發fa生sheng概gai率lv
，能neng夠gou在zai故gu障zhang情qing況kuang下xia實shi現xian從cong主zhu要yao係xi統tong向xiang備bei用yong係xi統tong的de無wu縫feng切qie換huan

　　這也是T3000在G級燃氣輪機上的首次實施。本文無法詳細描述作者最近訪問HGP所目睹的T3000xitongqiangdaerlingrenjingyidegongneng，yewufazhanshiqilingrenyinxiangshenkedetese，erqieyebunengshenrutantaozhetaokongzhixitongdeneibugongzuoyuanli。womendemubiaoshipingjiatongguoshengjishangyidaikongzhizhuangzhibaozhiyejiedingjiankongzhixitongbao，shidianchangxingnengdedaoxianzhugaijinjijingjixinggaishanhousuodailaishishizaizaidechengbenyoushi。ruguoninzhengzaijiuchanruhecongjingjijiaoduzhengmingleisishengjidehelixingshi

，namebenanliyexuhuigeinindailaibangzhu。

　　成本和判斷

　　HGP能夠將數字轉化成有形的升級後預期改進，這些改進同時體現在電廠運行的可靠性和成本降低方麵。此外，HGP還hai能neng估gu計ji出chu與yu控kong製zhi裝zhuang置zhi升sheng級ji相xiang關guan的de更geng多duo無wu形xing好hao處chu。有you一yi些xie計ji算suan是shi非fei常chang直zhi接jie明ming了le的de
，而er另ling一yi些xie則ze要yao求qiu進jin行xing一yi係xi列lie理li性xing的de判pan斷duan才cai能neng通tong過guo不bu那na麼me精jing通tong技ji術shu的de業ye主zhu的de檢jian視shi。員yuan工gong們men的de方fang法fa是shi展zhan示shi出chu經jing濟ji效xiao益yi，盡jin管guan較jiao難nan進jin行xing準zhun確que估gu算suan

，但dan經jing濟ji效xiao益yi已yi經jing大da到dao可ke以yi證zheng明ming持chi有you資zi金jin者zhe所suo做zuo出chu投tou資zi的de正zheng確que性xing。簡jian而er言yan之zhi
，即ji發fa現xian經jing濟ji效xiao益yi是shi顯xian著zhu的de
，並bing且qie劃hua分fen成cheng了le短duan期qi和he長chang期qi的de效xiao益yi以yi及ji有you形xing和he無wu形xing的de效xiao益yi。

　　無形的效益

　　NERC電子安全標準如今已經深植於每一家電廠運營者的心中
，其中許多電廠正在發現自己現有的數字控製係統（DCS）並不像他們所希望或預期的那樣安全。一些控製裝置供應商正在為自己的操作係統提供升級或“補丁”，但少數供應商還沒有提供能夠滿足新的安全和報告需要的集成軟件包。

　　suirannanyigeizhexiangxindenenglibiaochujutidechengbenjieyuexiaoguo，danhushizhexiebiaozhundebulizhichuyoukenengbaokuofakuan
，yijizaifashengdianzigongjishisangshidianchangkongzhigongnenghuodaozhijihuawaitingyun。erT3000完全符合從CIP-002至CIP-009的NERC標準—而這些特色是TXP可能永遠無法提供的。

　　這些電廠最初的TXP控製係統極難實現故障排查工作，經常要求儀表和控製（I&C）工程師或技術人員帶上一台手提箱大小的“計算機”
，深入到電廠內部，將其連接到一台現場控製櫃上才能排除“假脫扣”故障。TXP係統還缺乏采集“第一次發出”警報的能力，也不具備通過控製係統與汽機設備間的接口Simadyn來反向追蹤控製裝置動作的能力。事實上，現有的Simadyn並不能診斷發生的脫扣事件。而T3000更簡潔的體係架構，徹底取消了Simadyn及其陳舊過時的故障排查工具組合，並消滅了沒有第一次發出事件曆史記錄功能的缺陷。

　　TXP的另一項無形問題，是其給定數量的應用程序處理器（AP）沒有能力滿足未來擴展的需要。這些用在TXP控製係統內的AP用於與I&C軟件間的接口。在電廠增加設備和功能時，原有AP中的一些需要在大量支出條件下進行擴展和優化，但有一些AP已完全占滿了
，因此不可能進行擴展。隨著HGP員工繼續給電廠增加新的功能以提升運行性能和效率，就需要更多的AP
，但TXP體係架構下進行進一步拓展的潛力較為有限，而采用T3000係統就可以將這些AP從體係架構中取消，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，而新係統體係架構可以實現係統內在的在線擴充（圖5）。

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　　長期的無形效益

　　開發T3000係統的目的
，是推出大為簡化的用戶和工程設計界麵，並且實現在任何終端上對所有用戶開發屏幕的簡便訪問。事實上
，其HMI界jie麵mian允yun許xu操cao作zuo者zhe將jiang自zi己ji的de偏pian好hao，包bao括kuo屏ping幕mu色se彩cai在zai內nei和he報bao告gao配pei置zhi方fang案an存cun儲chu到dao一yi個ge與yu用yong戶hu名ming稱cheng相xiang關guan聯lian的de特te定ding用yong戶hu設she置zhi內nei。當dang您nin當dang班ban登deng錄lu時shi，您nin自zi己ji的de定ding製zhi屏ping幕mu組zu合he將jiang顯xian示shi出chu來lai。這zhe種zhong靈ling活huo的de設she計ji方fang式shi，有you效xiao地di加jia快kuai了le運yun行xing控kong製zhi裝zhuang置zhi技ji術shu人ren員yuan的de培pei訓xun工gong作zuo，減jian少shao了le對dui供gong應ying商shang客ke戶hu支zhi持chi的de依yi賴lai。

　　我wo最zui喜xi歡huan的de特te色se，是shi電dian廠chang內nei擁yong有you終zhong端duan的de任ren意yi人ren可ke訪fang問wen的de巨ju量liang信xin息xi以yi優you秀xiu的de組zu織zhi方fang式shi進jin行xing存cun儲chu。隻zhi需xu用yong鼠shu標biao兩liang次ci點dian擊ji，就jiu可ke訪fang問wen任ren何he係xi統tong屏ping幕mu。另ling外wai，操cao作zuo者zhe可ke以yi在zai任ren何he時shi間jian段duan內nei為wei電dian廠chang內nei的de任ren意yi變bian量liang組zu合he繪hui製zhi趨qu勢shi圖tu，隻zhi需xu從cong流liu程cheng圖tu上shang將jiang這zhe些xie變bian量liang名ming稱cheng拖tuo放fang至zhi一yi個ge新xin的de趨qu勢shi圖tu窗chuang口kou並bing選xuan擇ze時shi間jian坐zuo標biao即ji可ke。整zheng個ge性xing能neng數shu據ju庫ku曆li史shi記ji錄lu也ye是shi在zai線xian的de，從cong服fu務wu器qi上shang隻zhi需xu點dian擊ji幾ji次ci鼠shu標biao即ji可ke立li即ji訪fang問wen。

　　T3000還為電廠提供了擴展的支持服務，涉及對控製係統邏輯改變的創建、測試和實施工作。為了實現電廠優化、係統保護或人員安全
，邏輯改變有必要定期執行。TXP係統中並沒有能夠在這邏輯改變投入使用之前，對其進行測試的程序，因此要求電廠停機才能進行安裝和測試。而T3000允許在仿真T3000程cheng序xu上shang做zuo出chu這zhe些xie邏luo輯ji改gai變bian並bing執zhi行xing這zhe些xie改gai變bian。這zhe個ge程cheng序xu將jiang自zi動dong識shi別bie和he標biao出chu所suo有you邏luo輯ji缺que陷xian，讓rang工gong程cheng師shi有you機ji會hui做zuo出chu修xiu正zheng，從cong而er杜du絕jue電dian廠chang發fa生sheng意yi外wai事shi件jian。

　　T3000超越TXP的另一項巨大優點
，是其可以在一個瘦客戶機上運行。這樣就可以從電廠內部或外部的任何PC機上通過以太網連接（如果允許）使用完整的程序，並允許脫離控製室實現設施的遠程操作。這項能力對於想滿足NERC標準的所有輸電操作員來說，都是必要的。而HGP有可能在未來按要求遵守這些標準，因為其輸電線路和核電站均為NERC控製區域。目前，HGP正繼續就NERC標準的細節展開談判。

　　有形的效益

　　T3000還完全消除了對Simadyndexuyao
，bimianleqisuoyoudexiaoquedianhefuzaxing
，erqiexianzhujianhuadexitongtixijiagouhaigaishanledianchangdekekaoxing
，dangaishanfuduyouduodaquejiaonanjutizhiming，rengxuyaojinxingyixiegusuan。qingzhuyi
，zhexieshuzishijutiduiyingyuHGP的一般估算值。

　　第一項有形的效益，是T3000將控製係統所必需的PC機數量從16台減少到了10台。而一台用於運行TXP的典型PC機采購價格處於5000美元這一級別
，而在幾乎5年的運行之後，每年都要更換其中幾台這樣的計算機。相反
，T3000係統采用了可以從任意計算機供應商處采購的標準PC機。經HGP計算得出，在計算機采購和維護成本方麵的節約額度處於每年20?000美元的級別上。

　　HGP員工還計算出了過去4年間直接歸屬於Simadyn係xi統tong的de維wei護hu工gong作zuo量liang。此ci項xiang數shu據ju直zhi接jie從cong電dian廠chang的de計ji算suan機ji化hua維wei護hu管guan理li係xi統tong中zhong取qu得de
，然ran後hou乘cheng以yi加jia權quan的de員yuan工gong和he承cheng包bao商shang小xiao時shi成cheng本ben。據ju估gu算suan，在zai減jian少shao人ren力li成cheng本ben方fang麵mian

，節jie約yue額e度du每mei年nian總zong計ji約yue為wei10?000美元。而且，較少的計算機和AP的取消，就意味著較少的附加工作負擔。這方麵每年的節約額度約為3000美元。

　　此外，通過采用T3000使HGP減少了TXP所造成的電廠脫扣事件。在T3000升級前的3年中，這座電廠發生了12次直接歸綹於TXP邏輯問題或TXP鎖定用戶界麵而阻止電廠員工防止機組脫扣或自動減負荷的事件。這12次脫扣等同於75次啟動，也就是等同於每年25次啟動。為了做出對比
，假設這些機組脫扣事件中僅有一半會在采用T3000的情況下避免，則此項計算可以得出TXP導致了每年增加12.5次額外等同啟動，也就等於每年約200?000美元的額外支出。

　　以上所述的與Simadyn相關的脫扣也應該能夠得到避免。在T3000升級之前的3年期間，4次脫扣直接歸綹於Simadyn主係統的脫扣，並導致了總計45次的等同啟動。這些每年15次的等同啟動
，相當於每年約240?000美元的額外運行支出。

　　最後，TXP係統的複雜度及難於使用的用戶界麵也影響了電廠長期維修協議（LTSA）下所發生的成本。盡管這方麵的計算相對複雜一些，但HGP測算出T3000會在以後5年間減少每年平均約100?000美元的LTSA成本。盡管此項計算的詳細內容屬於專有信息，但這裏隻作為一項T3000能夠給未來電廠運營帶來效益的優秀示例。在采用TXP係統時，一項故障會導致整個電廠脫扣—汽機和燃氣輪機的真空破壞器打開。而在采用T3000時(shi)
，就(jiu)有(you)可(ke)能(neng)做(zuo)到(dao)打(da)開(kai)一(yi)個(ge)真(zhen)空(kong)破(po)壞(huai)器(qi)
，而(er)燃(ran)氣(qi)輪(lun)機(ji)將(jiang)降(jiang)低(di)負(fu)荷(he)但(dan)繼(ji)續(xu)在(zai)數(shu)分(fen)鍾(zhong)內(nei)保(bao)持(chi)同(tong)步(bu)轉(zhuan)速(su)，然(ran)後(hou)將(jiang)保(bao)持(chi)穩(wen)態(tai)

，以(yi)便(bian)在(zai)故(gu)障(zhang)快(kuai)速(su)清(qing)除(chu)後(hou)恢(hui)複(fu)與(yu)電(dian)網(wang)的(de)同(tong)步(bu)。這(zhe)種(zhong)恢(hui)複(fu)運(yun)行(xing)的(de)邏(luo)輯(ji)設(she)計(ji)，顯(xian)著(zhu)減(jian)少(shao)了(le)由(you)於(yu)燃(ran)氣(qi)輪(lun)機(ji)所(suo)引(yin)發(fa)的(de)等(deng)同(tong)啟(qi)動(dong)次(ci)數(shu)
，並(bing)防(fang)止(zhi)了(le)完(wan)全(quan)的(de)機(ji)組(zu)脫(tuo)扣(kou)事(shi)件(jian)的(de)發(fa)生(sheng)。

　　總之

，升級至T3000係統的效益超過了每年500?000美元，從而充分證明了HGP將(jiang)此(ci)套(tao)係(xi)統(tong)投(tou)入(ru)使(shi)用(yong)的(de)正(zheng)確(que)性(xing)。本(ben)文(wen)所(suo)述(shu)的(de)每(mei)一(yi)項(xiang)成(cheng)本(ben)組(zu)成(cheng)要(yao)素(su)
，並(bing)不(bu)一(yi)定(ding)能(neng)夠(gou)適(shi)用(yong)於(yu)每(mei)一(yi)家(jia)正(zheng)在(zai)考(kao)慮(lv)做(zuo)出(chu)類(lei)似(si)升(sheng)級(ji)的(de)聯(lian)合(he)循(xun)環(huan)電(dian)廠(chang)
，而(er)且(qie)其(qi)他(ta)電(dian)廠(chang)肯(ken)定(ding)還(hai)存(cun)在(zai)著(zhe)其(qi)他(ta)成(cheng)本(ben)問(wen)題(ti)；但是
，HGP證明此類升級成本合理性的方法對於其他正在考慮類似升級的電廠應當是有用的。

　　真實結果報告

　　HGP於2007年11月15日向西門子發出了一份T3000控製裝置升級的采購訂單
，此項升級工作於2008年5月5日完成並投入使用。可以看到T3000係統是非常新型的係統，HGP項目也是此係統在G級燃氣輪機及聯合循環電廠中的第一次應用。在本案例中，這就意味著HGP再次在經濟績效方麵領先於業界。

　　預測結果是一場數字遊戲，但根據這些預測所采取的行動可區分出商品電力行業的嬉皮士與搖滾巨星。自從T3000投入運行後，運行和性能統計數字得到了顯著改善。但是，電廠員工將其全部歸功於T3000也並不公平。Hubbard指出，並非電廠性能的所有改善都可以直接歸功於T3000。統計數字改善的大多數應當歸功於此次升級
，他的員工們在同一時期還完成了許多其他可靠性改進項目。

　　深入了解T3000

　　SPPA T3000分散控製係統（DCS）采用了一種區分明確的3層式體係架構
，以如今可以在絕大多數家庭和辦公室商業應用程序看到的客戶機/服fu務wu器qi組zu網wang及ji信xin息xi管guan理li概gai念nian為wei基ji礎chu。這zhe種zhong體ti係xi架jia構gou設she計ji方fang案an使shi所suo有you電dian廠chang數shu據ju從cong本ben質zhi上shang來lai講jiang
，可ke在zai任ren意yi時shi間jian和he任ren意yi終zhong端duan上shang操cao作zuo，以yi及ji用yong於yu工gong程cheng設she計ji或huo診zhen斷duan，並bing且qie不bu再zai需xu要yao經jing典dianDCS中可看到的必需子係統。

　　T3000完全以XML和Java為基礎

，從而可以執行任意應用程序，並能在不受操作係統或硬件平台兼容性問題限製下提供結果。

圖4 T3000采用了3層式的係統體係架構設計方案

　　這種3層式的係統體係架構，包括了現場設備、處理器及表示層，而表示層采用了一種瘦客戶機（圖4）。

　　這種結構的重要優點之一，就是瘦客戶機完全獨立於任何應用程序。這種3層式的結構，還方便了迅速簡便的升級或升級管理。它可以簡便地更換係統內的任何組成部件
，而無需向PC機提供新軟件版本。通過簡單地用新版本來更新服務器，客戶機就能從安裝時刻起，自動采用新版本來工作。

　　這種體係架構還可以允許主處理器重啟而不擾亂電廠的運行。您可以在當前投入使用的任意其他DCS中嚐試一下這種重啟，並看看結果是多麼的糟。