进口发电机组热工控制系统改造技术

作者：江油发电厂 苟发全

欢迎访问e展厅 展厅 2 中小型发电机展厅 柴油发电机组, 汽油发电机, 燃气发电机组, 移动电站, ... 摘要：巴蜀江油电厂引进法国330 MW火力发电机组热工控制系统控制程序不透明，故障诊断能力差，控制组态修改困难，近年来系统故障导致机组跳闸一直困扰着机组安全经济运行，为此在DCS技术改造工程中采用了ABB贝利公司的Symphony分散控制系统代替原法国控制系统，从而解决了火电机组运行可靠性问题。 关键词：DCS；改造技术；火力发电机组 巴蜀江油电厂2×330 MW机组是法国ALSTOM公司成套提供的亚临界中间再热汽轮发电机组。该机组于1991年11月29日并网运行，至2002年底，累计运行63 922．61 h，累计发电1 804 734．9万kW．h，为四川经济发展作出了突出贡献。电厂热工控制系统采用方法随机组配套20世纪80年代初的T20系列数字控制系统，主要包括计算机数据监视系统CENTRALOG、逻辑控制系统CONTROBLOC、模拟量控制系统MICRO－Z、汽机控制系统MICROREC等四个子系统。控制系统能以自动方式完成从锅炉吹扫、点火至汽机冲转、并网、带负荷运行全过程控制和监视。机组运行12年来，控制系统逐渐暴露出诸多问题：控制程序不透明，部分系统故障诊断能力差，修改控制组态困难；核心备品配件长期依靠进口，价格昂贵且采购周期长，ALSTOM公司已明确将逐步淘汰该系统。尤其是近几年来，汽机控制系统、模拟量控制系统频繁出现故障，造成机组多次跳闸事故，使厂330MW机组安全、经济运行受到严重威胁。因此，决定对32号机组原有的法国控制系统进行全面改造。改造工程采用了ABB贝利公司的Symphony分散控制系统，该系统与贝利公司Infi－90 Open系统兼容，无论软、硬件及运行管理等方面都具有成熟的经验，而且进一步发扬了DCS控制器物理位置分散、控制控能分散、管理功能集中等优点，并且借助当今世界先进的微处理器技术、高速通讯技术、先进和现代控制技术，形成更加完善的、先进的、可靠的、开放式的新型控制系统。 1 改造原则、范围和系统配置 1．1改造原则和改造范围 针对机组的客观情况，在DCS改造初期就明确了DCS改造遵循的基本原则：确保机组改造后的安全运行、经济运行，体现当代DCS的先进水平，并在上述前提下实现投资省、见效快的目标。根据这一原则，认真了解国内机组改造情况，调查DCS发展和运用情况，分析机组实际现状，最终确定了如下具体目标和改造范围。 1）改造实现的所有功能应充分遵循主设备制造商ALSTOM公司的技术规范，并根据巴蜀江油电厂生产实际进行优化和完善。 2）改造范围包括CENTRALOG、MICRO－Z、MI－CROREC、CONTROBLOC，保留原系统中运行情况较好的汽机阀门驱动回路装置、低旁SULZERAV6系统、高旁伺服驱动装置、汽机机械量测量系统、球磨机噪音测量及转换装置等。 3）改造后新系统在控制台上仅设置8个必要的事故手动操作按钮：锅炉MFT打闸按钮、汽轮机打闸按钮、发电机打闸按钮、凝汽器真空破坏阀开关按钮、汽机润滑油泵（交、直流）启动按钮、密封油油泵（交、直流）启动按钮；原控制盘台常规显示仪表、记录仪、报警光字牌全部取消，只保留汽包电磁水位表、汽包水位电视、炉膛火焰电视。 4）第三方设备（包括一次风粉在线监视装置、锅炉炉管检漏装置、蒸汽吹灰PLC装置、上网负荷总加系统）使用通讯方式进入DCS，实现DCS一体化。 1．2 网络结构 该工程的Symphony系统采用了典型的多层网络系统结构。系统配置了一个冗余的控制网络Cnet（Control Network）作为系统中心环，现场控制单元HCU（Harmony Control Unit）、人系统接口HSI（HumanSystemInterface）等作为Symphony系统的节点挂在控制网络Cnet上。控制网络Cnet上采用以太网协议，符合IEEE802委员会颁布的802．2标准。网络速度10 MHz，最多可容纳250个节点。两相邻节点间距离可达到2000 m。Cnet通讯系统采用了面向字节的存储转发协议，以及安全校验措施保证通讯系统的安全，同时提高控制系统信息响应速度，减少信息通讯延迟。 过程控制层的控制网络CW（Control Way）是Cnet通讯系统的子系统，它是一个1M波特的串行通讯系统。最多支持30个控制器模件及网络处理模件之间的高速通讯。 过程I／O与多功能处理器之间的数据通讯通过并行子扩展总线XB（Expander Bus）完成。XB是一个高速8位高速并行通道，传送速率500 kHz。 1．3 现场控制单元HSU 该系统配置了二种处理模块：多功能处理器MFP12、顺序事件记录服务器INSOE01。系统配置了八种I／O模件：模拟量输入模件（TC／RTD）IMASI23、模拟量输入模件（15AI）IMFEC12、模拟量输出模件（14AO）IMAS011、数字量输入模件（16DI）IMDS014、数字量输出模件（16DO）IMDS014、脉冲量输入模件（8PI）IMDSM04、频率计数模件（1PI）IFCS01、控制I／O模件（4AI、2AO、3DI、4DO）IMCSI22。模件功能强、种类少，可为电厂备品配件储备节约大量资金。 1．4 人机界面平台 该系统提供了4台Conductor NT工作站作为操作员站，1台Composer工程师工作站。操作员站、工程师站均采用中文Windows NT4．0平台，HP公司工作站，基本配置为：Intel Pentium4、主频1．4GHz处理器、内存容256Mbytes、硬盘容量40Gbytes、标准PC键盘、鼠标，工程师工作站配置可读写光驱作为备份工具。以人为本，采用了环保型、高分辨率的21”液晶显示器。 1．5 电源系统 Symphony系统配置了专用的电源分配柜，接受2路外部220 V电源，电源分配柜内安装了自动切换电路。两路电源均来自不间断电源UPS，一路来自单元机组UPS，另一路来自机组公用系统UPS，两路电源分别经15 kVA的变压器隔离、二次侧接地后送至电源分配柜。2路电源经无扰自动切换电路切换后送至现场控制单元HSU、人系统接口HSI等。电磁阀48VDC驱动电源由电厂原有48VDC电源系统提供。 2 系统功能 改造工程充分遵循原ALSTOM公司对控制系统的划分原则和规律，改造后Symphony系统将控制系统分为SCS（包括BMS、ECS）、MCS、DEH、DAS四个子系统。四大子系统I／O初步总点数3970多点，其中SCS（包括BMS、ECS）共2500余点、MCS共350余点、DEH共210余点、DAS共810余点。 2．1 顺控系统SCS（包括BMS、ECS） SCS是现代高参数、大容量火电机组必备的控制系统，原ALSTOM公司设计了功能完善、逻辑严密的逻辑控制回路，对保证机组安全运行起到了重要保证，本次改造充分遵循了原制造商的设计思路。改造后SCS（包括BMS、ECS）由5个模件柜、9个端子柜组成，共有20对MFP12多功能处理器，系统余量大，MFP12负荷率适当。锅炉保护系统FSSS、电气控制系统ECS分别由一对冗余的MFP12实现。 2．2 模拟量调节系统MCS MCS共使用1个模件柜，2个端子柜。MCS与SCS、DEH协调配合，由4对冗余MFP12处理器完成了各项控制功能，包括机炉协调控制系统、燃料量调节系统、给水全程控制系统、一次风压力调节系统、炉膛压力调节系统、燃烧空气调节系统、气温调节系统、制粉系统控制等。主要配置是：1）协调控制、燃料控制、高旁、低旁、空预器保护（1对MFP12）；2）制粉系统、一次风压、风量控制、炉膛压力（1对MFP12）；3）给水控制、过热减温、再热减温（1对MFP12）；4）凝汽器水位、除氧气压力、部分DAS点（1对MFP12）。 2．3 汽轮机组控制系统DEH和ETS DEH由1个模件柜、1个端子柜组成，包含4对冗余的MFP12，完成汽轮机组从挂闸、冲转、同期并网、应力计算、负荷调节、在线实验等全部控制功能。汽轮机保护系统没有使用常规的可编程控制器PLC，亦采用一对冗余的多功能处理器MFP12完成机组保护和试验功能。具体配置：1）汽轮机组自动控制BTC（1对MFP12）；2）汽轮机组超速保护OPC（1对MFP12）；3）汽轮机组保护ETS（1对MFP12）；4）汽轮机组自启停控制ATC（1对MFP12）。 2．4 数据采集系统DAS DAS由1个模件柜、2个端子柜组成，共有3块MFP12，其中一对冗余的MFP12用于I／O采集（529 点），1块MFP用于性能计算，部分DAS点通过MCS接入系统。考虑系统余量及原系统电缆走向等原因，将原常规仪表取消后需进入DCS的各点由MCS进入。性能计算不具备的参数预留了接口并采用人工置数方式完成，实现机组简易效率计算。 3 改造过程 2001年2月便开始热工控制系统改造前期工作。先后邀请ALSTOM公司、ABB贝利公司、上海FOXBORO公司、北京和利时公司、上海新华控制公司来厂进行DCS技术交流。与国内DCS专家共同研讨DCS技术规范书编写要求，最终审定了DCS技术规范书。先后到ABB贝利公司、新华公司、FOXBORO公司、北京和利时公司和相关电厂进行DCS改造前的考察。最后确定北京ABB贝利控制有限公司为DCS改造工程供货商和工程设计单位。 2002年9月22日，改造工程拉开序幕。按照计划完成了原系统拆卸、新系统安装、接线工作，系统上电进入带电调试及系统静态调试工作。2002年11月16日，DCS改造后第一次点火成功，一次并网成功，带负荷320 MW，标志着DCS改造工程进入系统精调阶段，预示改造取得阶段性成果。2002年11月28日机组完成72 h试运行，机组具备安全、稳定发电条件，DCS改造工程进入系统性能考核和完善阶段。至今，机组运行基本正常。 4 系统改造的特点和经验 32号机组DCS改造是对ALSTOM公司330MW机组整套控制系统进行改造，在国内同类电厂中尚属首次，没有成功经验可借鉴；同时32号机组DCS改造工期短、改造范围大，加之，2002年四川电网出现新一轮缺电形势，32号机组大修工期及DCS控制系统改造工期从计划的90天压缩至69天，使得DCS改造难度更大。但是，在60余天的时间内，保质保量地完成DCS安装、调试工作，并提前计划7天投入生产。 DCS选用了代表当代控制系统较高水平的Sym－phony Infi90分散控制系统。该系统控制精度高，具有丰富实用的功能算法块。面向对象组态方式，编程简单又容易掌握。系统结构合理，I／O卡件种类少，易于储备备品配件。中文WINDOWSNT平台，人机界面友好。系统只保留8个必要的手动操作按钮，未设计任何后备手动操作装置和常规仪表，提高了机组自动化水平。设备选型以人为本，选择高清晰度、环保型的液晶显示装置。充分吸收现代DCS先进技术，增加了机组性能计算、设备运行时间统计和用电量累计等功能，为分析机组经济运行状况提供准确数据。预留与MIS、ERP等系统的接口，为系统扩展为具有决策管理功能的新型系统提供了条件。 5 系统的不足和完善 经过DCS改造32号机组现已投入运行，进入系统性能考核阶段，取得了初步成果。然而，改造中依然存在着一些不如人意的地方，如系统的报警功能还不完善，没有充分考虑到运行人员的原有习惯和适应能力。运行人员能不能及时了解机组运行状况尤其是异常情况下的报警提示，从而采取最有力措施保障机组安全，这是现系统存在的最大问题，将积极寻找机会进行不断完善。 6 结束语 经过DCS改造后32号机组主／辅设备的自动保护装置投入率达到100％，主要自动调节系统投运率达到100％，进入系统性能考核阶段。Symphony系统物理位置分散、控制控能分散、管理功能集中等优点，以及世界先进的多种技术如：微处理器技术、高速通讯技术、先进和现代控制技术的运用，使得该控制系统代表了国内完善的、先进的、可靠的、开放的新型控制系统的发展方向，所采用的先进的控制策略和思路为国内发电设备控制系统改造提供宝贵经验，具有广泛的推广价值。(end)

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