自動控制裝置在生物質(zhì)發(fā)電中的調(diào)試及應(yīng)用

崔一 陳晶

摘 要：介紹熱工自動裝置在生物質(zhì)電中的調(diào)試及應(yīng)用，生物質(zhì)發(fā)電屬于新型的綜合利用能源，有著廣闊的前景，發(fā)電廠將農(nóng)林廢棄物回收，將生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為電能。重點(diǎn)介紹電廠的自動控制系統(tǒng)在調(diào)試過程中遇到的問題，以及在今后的調(diào)試過程中如何避免。

關(guān)鍵詞：DCS 生物質(zhì) 自動控制 保護(hù)

中圖分類號：TM619 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）009-098-03

1 前言

湖南臨澧凱迪生物質(zhì)發(fā)電廠1？0MW機(jī)組DCS控制采用的是OVATION3.2系統(tǒng)，用于鍋爐主機(jī)及輔助系統(tǒng)，汽輪機(jī)輔助系統(tǒng)，及電氣ECS的控制。汽輪發(fā)電機(jī)采用的是Siemens公司自行配套的TURLOOP S7控制系統(tǒng)TCS控制，與DCS采用Modbus協(xié)議通訊，部分重要信號采用硬接線方式連接，以滿足DCS對汽輪發(fā)電機(jī)組的監(jiān)控功能。

經(jīng)過幾個月調(diào)試工作，臨澧電廠于2012年10月3日完成了72+24小時試運(yùn)行，試運(yùn)期間平均負(fù)荷29.2MW，平均負(fù)荷率97.3%，各項指標(biāo)都達(dá)到或優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)。熱控保護(hù)投入率100%，熱控主要儀表投入率100%，自動投入率97%，程控投入率100%。熱控專業(yè)各項指標(biāo)都超過設(shè)計值。

下面本文就調(diào)試過程中，分析總結(jié)遇到的問題，為以后的電廠的熱工調(diào)試工作做好準(zhǔn)備。

2 DCS系統(tǒng)受電前的檢查及要求

DCS系統(tǒng)的接地一般包括工作接地和保護(hù)接地，當(dāng)DCS系統(tǒng)的信號、電源出現(xiàn)問題時，使得DCS系統(tǒng)能夠?qū)⑦^載電流導(dǎo)入大地，并且消除電子噪聲干擾，為整個系統(tǒng)提供參考零點(diǎn)位。

OVATION系統(tǒng)需要單獨(dú)的接地，不能與其他系統(tǒng)共用一個接地樁。一般是兩組電源為一個接地束，需要仔細(xì)檢查的是兩組電源的CG只能短接一個，否則容易形成環(huán)流。OVATION的機(jī)柜都有絕緣墊，有的施工單位不注意，沒有安裝會造成系統(tǒng)的多點(diǎn)接地。

上電前，測量DCS雙路電源UPS和市電的輸入穩(wěn)定性，檢查緊固I/O卡件基座，如果有松動同樣會影響的信號的穩(wěn)定性。為了減少卡件的損壞，在受電之前一般不裝I/O卡件Emod和Pmod。

3 DCS受電后的性能測試

DCS系統(tǒng)的冗余一般包括電源冗余、網(wǎng)絡(luò)冗余、控制器冗余，雙配置的電源，交換機(jī)和控制器退出任一節(jié)點(diǎn)均能夠正常工作。

OVATION3.2系統(tǒng)的服務(wù)器采用的操作系統(tǒng)是Windows 2003 server，通過windows 2003 server的域管理器來對OVATION系統(tǒng)的權(quán)限進(jìn)行管理。其他的操作站采用的操作系統(tǒng)是Windows XP。

工程師站通過Ovation Developer Studio軟件對系統(tǒng)的控制邏輯進(jìn)行編程組態(tài)。包括操作權(quán)限的修改、CB（控制邏輯）文件的編寫備份、GB（流程圖）文件的編寫備份，I/O點(diǎn)的組態(tài)，報警點(diǎn)的配置。運(yùn)行人員會通過Graphics軟件對生產(chǎn)畫面進(jìn)行監(jiān)控，調(diào)用復(fù)雜畫面和操作時間均小于2S以下。歷史站通過Historians Configuration Tool來對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，并且對操作記錄及事故追憶SOE來進(jìn)行分析。

受電后通過軟件的恢復(fù)來對DCS的性能進(jìn)行測試，通過測試證明了OVATION系統(tǒng)的硬件及軟件具有優(yōu)良的性能。

4 數(shù)據(jù)采集（DAS）控制系統(tǒng)分析總結(jié)

（1）汽包液位測量中平衡容器與電接點(diǎn)和云母雙色液位計顯示偏差的解決方案。

在鍋爐的首次啟動中，隨著汽包壓力的不斷升高，DCS顯示液位與電接點(diǎn)和雙色液位計顯示的偏差逐漸的增大，偏差有100mm左右。

經(jīng)過對鍋爐冷態(tài)和熱態(tài)時的分析比較，發(fā)現(xiàn)三種測量原件的零位不一致。根據(jù)鍋爐廠家提供的說明書及圖紙，確認(rèn)汽包零水位在汽包中心線下150mm左右，據(jù)此用水平管及標(biāo)準(zhǔn)卷尺重新標(biāo)定零位。

凱迪電廠普遍采用的是單室的平衡容器，冷凝罐里的為正壓側(cè)P+與另一側(cè)連接至汽包水側(cè)的負(fù)壓側(cè)P-形成差壓經(jīng)變送器測量后送入DCS進(jìn)行計算。經(jīng)過測量后變送器實際測量的高度是760mm，根據(jù)汽包零位計算出其量程-310mm到+450mm。經(jīng)過F（x）的修正后送入DCS進(jìn)行計算。

OVATOIN系統(tǒng)的LEVEL COMP功能塊具有壓力、溫度補(bǔ)償?shù)淖饔?，但是需要將單位進(jìn)行統(tǒng)一計算，尤其是公制與英制的轉(zhuǎn)換需要注意。

（2）傳統(tǒng)的流量計算與OVATION系統(tǒng)的流量計算比較。

有的DCS系統(tǒng)不能提供帶有壓力溫度補(bǔ)償?shù)墓δ軌K，需要根據(jù)孔板廠家提供的計算公式進(jìn)行搭建，但是計算出的密度隨溫度壓力變化與真實的密度是有一定的偏差。如果使用這種帶有補(bǔ)償作用的功能塊是會減少這種偏差的。

以主蒸汽流量計算進(jìn)行說明：

孔板的計算公式：

M=0.003998595·d2· · ·

其中：直徑-d=109.756mm

可膨脹系數(shù)- =0.99351

流量系數(shù)- =1.078958

（3）鍋爐在冷態(tài)實驗時，鍋爐側(cè)的壓力取樣點(diǎn)比較多，由于安裝焊接工藝的原因，有部分的壓力取樣管堵塞，而安裝公司又未能夠及時的對儀表管吹掃，導(dǎo)致爐膛部分的壓力測點(diǎn)無法正常的顯示，后安排人員對現(xiàn)場所有的儀表管路進(jìn)行吹掃，尤其是參與保護(hù)的壓力測點(diǎn)（例如爐膛壓力高低MFT），吹掃后這一情況得到了解決。

（4）鍋爐的混合風(fēng)和點(diǎn)火風(fēng)的流量孔板安裝位置不在直管段上，很難保證其差壓測量的準(zhǔn)確性。

爐的右側(cè)一次風(fēng)流量無測量元件，只能依靠一次總風(fēng)量減去左側(cè)一次風(fēng)量計算得出，計算值存在一定的偏差。密封風(fēng)與播料風(fēng)（播料風(fēng)實際是在總管上）也存在類似的情況。

（5）與西門子通信的數(shù)據(jù)存在的問題分析及處理。

由于汽輪機(jī)采用的是西門子自帶的控制系統(tǒng)SST-400，西門子的所有數(shù)據(jù)要通過RS485通信，開始時由于奇偶位、校驗位、波特率設(shè)置存在問題，模擬量的數(shù)據(jù)傳輸是沒有問題的，設(shè)備的打包狀態(tài)未能正確的傳遞。經(jīng)過與西門子專家的溝通，對西門子通訊的參數(shù)重新設(shè)置，設(shè)備狀態(tài)能夠正常的顯示。

與西門子的保護(hù)采用的硬接線的通訊方式，確保保護(hù)動作的可靠性。

5 FSSS控制系統(tǒng)分析總結(jié)

（1）原MFT跳閘繼電器（常開型）分別從CTRL1/51、CTRL2/52、CTRL3/53三個控制柜輸出到MFT跳閘柜。由于DCS邏輯組態(tài)中的跳閘輸出10MFT11、10MFT12、10MFT13取反，所以采用常開觸點(diǎn)的繼電器不能夠使MFT跳閘柜正常的動作，按著跳閘柜的接線原理圖改為常閉觸點(diǎn)的繼電器。經(jīng)過試驗后，MFT動作正常。

（2）原MFT的跳閘條件共16項，在調(diào)試的過程中，鍋爐專業(yè)要求取消掉4項，包括高壓流化風(fēng)機(jī)運(yùn)行且流化風(fēng)量低、二次風(fēng)機(jī)跳閘、水冷風(fēng)室壓力高18KPa、水冷風(fēng)室壓力低1KPa。

原MFT跳閘停止的設(shè)備為爐前螺旋給料機(jī)、減溫水電動門、冷渣機(jī)。在調(diào)試的過程中，鍋爐專業(yè)根據(jù)循環(huán)流化床的燃燒特性，增加了需要的跳閘設(shè)備一次風(fēng)機(jī)、上料系統(tǒng)（皮帶和活底給料）。

（3）原設(shè)計中MFT系統(tǒng)中沒有投切開關(guān)，鍋爐專業(yè)要求加入MFT保護(hù)的手動投切按鈕。經(jīng)過試驗后，MFT動作正常。

（4）原設(shè)計中的MFT跳閘后，需要系統(tǒng)無跳閘條件且爐膛吹掃結(jié)束后才能對MFT跳閘回路進(jìn)行復(fù)位。鍋爐專業(yè)要求加入手動復(fù)位按鈕，經(jīng)過試驗后，系統(tǒng)正常。

6 MCS控制系統(tǒng)分析總結(jié)

（1）汽包水位調(diào)節(jié)初期，單沖量切換三沖量控制時，調(diào)門出現(xiàn)振蕩并呈擴(kuò)散的趨勢的分析及解決方案。

本機(jī)組配置了兩臺電動給水泵和一臺給水旁路調(diào)節(jié)閥來控制汽包水位。

在機(jī)組剛啟動，負(fù)荷較低時，一臺電泵運(yùn)行，通過給水旁路調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)汽包水位。隨著機(jī)組負(fù)荷的升高，當(dāng)旁路閥開到75%以上，且主蒸汽達(dá)到要求流量后，切旁路調(diào)節(jié)閥至手動，開主給水電動門，逐漸關(guān)閉旁路調(diào)節(jié)閥。當(dāng)主給水門全開后，就通過調(diào)節(jié)電泵轉(zhuǎn)速來控制汽包水位。在機(jī)組負(fù)荷小于30%時，采用單沖量調(diào)節(jié)；當(dāng)機(jī)組負(fù)荷大于30%后，給水切換為三沖量調(diào)節(jié)。

在單沖量調(diào)節(jié)時，開始比例作用較低，調(diào)節(jié)存在遲緩，對參數(shù)整定后，單沖量水位調(diào)節(jié)正常。

但是切換到三沖量調(diào)節(jié)時，剛開始受到調(diào)節(jié)系統(tǒng)的影響，勺管的輸出指令存在頻繁的震蕩并呈現(xiàn)擴(kuò)大的趨勢，給水自動控制無法實現(xiàn)。后對控制邏輯進(jìn)行了檢查分析發(fā)現(xiàn)：

原設(shè)計的控制策略為兩臺泵同時運(yùn)行，一臺泵跳閘另外一臺運(yùn)行泵疊加跳閘泵的負(fù)荷，而現(xiàn)場實際的運(yùn)行工況是一臺泵運(yùn)行另外一臺泵備用，邏輯里平衡模塊起不到調(diào)節(jié)的作用，反而有一定的干擾。對控制邏輯進(jìn)行修改，取消掉平衡模塊的作用，重新對PID參數(shù)進(jìn)行了整定，給水自動能夠正常投運(yùn)。

當(dāng)電泵處于備用狀態(tài)時，備用泵勺管的開度追蹤運(yùn)行泵勺管的開度，當(dāng)一臺給水泵跳閘，備用泵聯(lián)鎖啟動，保證鍋爐補(bǔ)水的正常進(jìn)行。

（2）機(jī)組整套啟動時，機(jī)爐協(xié)調(diào)控制的方案。

西門子汽輪機(jī)采用的是轉(zhuǎn)速控制、閥位控制、功率回路及壓力回路控制方式。在機(jī)組并網(wǎng)后，外方專家習(xí)慣于投入夠率回路，也就是我們習(xí)慣上說的鍋爐控制壓力，汽機(jī)控制負(fù)荷的鍋爐跟隨方式。此種方式的負(fù)荷的調(diào)節(jié)速度快，但是對鍋爐的運(yùn)行要求高。生物質(zhì)鍋爐燃燒不穩(wěn)定，遲延大。鍋爐無法滿足汽機(jī)的調(diào)節(jié)速度。很多次鍋爐的主汽壓力下降的很低時，汽機(jī)依然在升負(fù)荷。

后來改投壓力回路時，由鍋爐控制負(fù)荷，汽機(jī)控制門前壓力，也就是汽機(jī)跟隨方式。實踐證明壓力回路比較適合生物質(zhì)鍋爐的燃燒。

7 結(jié)束語

熱工自動在生物質(zhì)發(fā)電中具有良好的控制功能，DCS系統(tǒng)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫管理及穩(wěn)定可靠的硬件系統(tǒng)為機(jī)組良好的運(yùn)行提供了保證，完全滿足生物質(zhì)發(fā)電的要求。本文僅舉幾個在調(diào)試過程中的問題加以分析，解決辦法難免有不足之處，希望大家批評指正。

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