如何應(yīng)用分散控制系統(tǒng)提升火電站的安全性能

王關(guān)木

紹興縣興亞熱電有限公司，浙江紹興 312000

0 引言

DCS 是電力市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中非常重要的因素之一，火電機(jī)組分散控制系統(tǒng)的可靠性能受到人們的重視。并且伴隨競(jìng)爭(zhēng)愈發(fā)高漲，它的重要性也不斷地顯示出來(lái)。分散控制系統(tǒng)的安全功能不單單要求質(zhì)量過(guò)硬的DCS 設(shè)備，更加需要合理化的系統(tǒng)配置來(lái)?yè)?dān)此重任，對(duì)于一個(gè)各項(xiàng)指標(biāo)過(guò)硬，性能結(jié)構(gòu)最優(yōu)化的DCS，如果他的應(yīng)用設(shè)計(jì)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)盡善盡美，那么還是不可避免的會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)的錯(cuò)誤運(yùn)行，可能會(huì)對(duì)機(jī)組的安全起到破壞的作用。DCS 的應(yīng)用設(shè)計(jì)不是單一的一個(gè)環(huán)節(jié)，而是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，它既包括了整體的設(shè)計(jì)理念，如何能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)方法可靠性提升的多種辦法，還包括如何操控的思維邏輯、網(wǎng)絡(luò)的硬件設(shè)施、電源及其如何接地。本文基于這一背景，對(duì)如何應(yīng)用分散控制系統(tǒng)提升火電站的安全性能進(jìn)行了分析，這一研究對(duì)于推廣DCS 在火電站的應(yīng)用具有一定的意義。

1 DCS 應(yīng)用設(shè)計(jì)原則

創(chuàng)建一套 DCS 為核心的全自動(dòng)控制的體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組進(jìn)行達(dá)到分散性的控制和集中監(jiān)視，要與電網(wǎng)的調(diào)度相結(jié)合，滿足它的要求，努力實(shí)現(xiàn)對(duì)全自動(dòng)控制系統(tǒng)的輔助系統(tǒng)和機(jī)組的全方面的積極保護(hù)是DCS 應(yīng)用設(shè)計(jì)的目的中最至關(guān)重要的一個(gè)?？煽啃缘脑瓌t是DCS 在應(yīng)用設(shè)計(jì)中最應(yīng)該遵循的原則，并且應(yīng)該放到最重要的位置，極力表達(dá)分散性， 大力使用 DCS原有的作用， 邏輯設(shè)計(jì)的可實(shí)現(xiàn)性和全面思考系統(tǒng)配置的合理性，避免發(fā)生故障集中點(diǎn)。DCS 應(yīng)用設(shè)計(jì)時(shí)最先要考慮的是：DCS 中無(wú)論哪個(gè)控制設(shè)備發(fā)生阻礙，均不能使整套 DCS 的收到影響，必須正常運(yùn)行。

2 系統(tǒng)配置的改進(jìn)安全性能的設(shè)計(jì)

2.1 電源系統(tǒng)

我們一定要按照系統(tǒng)安全運(yùn)行的法則進(jìn)行保守設(shè)計(jì)，以此來(lái)保證電源系統(tǒng)在所有情況下都不會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)。DCS 源自電氣保安段及U P S，其總電源通常設(shè)置為雙電源供電。DCS 總電源柜至各DCS 機(jī)柜的雙路電源使用電纜必須分離，使因電纜故障引發(fā)的DCS 機(jī)柜失去電源得到避免。電源額定容量設(shè)置必須根據(jù)各 DCS 機(jī)柜實(shí)際耗電量總和的2 倍來(lái)算計(jì)，與電源系統(tǒng)配套的輔助材料、設(shè)備、如導(dǎo)線、空氣、熔斷器開(kāi)關(guān)等。在選型時(shí)必須使用可靠質(zhì)優(yōu)的物品，它的容量應(yīng)該按照DCS機(jī)柜實(shí)際耗電量總和的2～3 倍來(lái)加以設(shè)置。

2.2 DCS 網(wǎng)絡(luò)

DCS 已經(jīng)決定，它的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一經(jīng)制造出廠，在一般的情況下是不會(huì)改變的，所以網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是否合理，是否安全可靠，能否滿足成熟度等要求就成為DCS 設(shè)備在選擇時(shí)應(yīng)該多加注意的。DCS 的制造工藝非常的復(fù)雜，沒(méi)有一定經(jīng)濟(jì)和技術(shù)實(shí)力的公司是不可能制造的，它的機(jī)件多采用國(guó)外進(jìn)口，這是一筆相當(dāng)大的制造成本，公司未來(lái)降低成本，只能退而求其次選擇普通的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。然而這些普通的設(shè)備不能抵抗一般的環(huán)境溫度，電磁干擾對(duì)其作用也很強(qiáng)，就不能夠達(dá)到DCS 的安全可靠，所以工業(yè)級(jí)的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)是很值得推崇的。信號(hào)干擾常常出現(xiàn)在電纜的敷設(shè)中，為了避免此現(xiàn)象我們必須在電纜敷設(shè)的過(guò)程中采用穿鍍鋅管，再加以高質(zhì)量的屏蔽電纜進(jìn)行屏蔽，絕對(duì)可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的零干擾。通信電纜的要求比較嚴(yán)格，在使用光纜是，必須將采用不同光纜的A、B 網(wǎng)進(jìn)行分離，以免發(fā)生故障影響整個(gè)系統(tǒng)。

2.3 分散處理單元的配置

火電機(jī)組控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)最中心的部分就是分散處理單元的組成，在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工程中要明確控制單元的負(fù)荷率等數(shù)值的時(shí)候，要充分考慮如何實(shí)行分散化。工藝系統(tǒng)布置分散控制單元是分散處理單元的靈魂，在設(shè)置過(guò)程中應(yīng)該遵循以下原則：

1）爐膛安全保護(hù) 系統(tǒng) (FSSS)、 模擬量閉環(huán)控制 (MCS) 、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集 (DAS)和順序控制 (SCS)的分散控制單元均冗余配置；

2）輔機(jī)設(shè)備， 如給水泵、 磨煤機(jī)、送風(fēng)機(jī)等均應(yīng)該保證不能出現(xiàn)停機(jī)的現(xiàn)象，那么就要采取不一樣的冗余分散控制單元，即使一對(duì)出現(xiàn)了問(wèn)題，也只是引起單側(cè)設(shè)備的控制故障；

3）在一個(gè)冗余分散控制單元不能夠包含一對(duì)相互之間為備用工藝設(shè)備的連鎖保護(hù)，從而確保整個(gè)機(jī)組運(yùn)行工作的順利進(jìn)行。

2.4 I/O 的分配

對(duì)于分散處理單元的可信賴程度進(jìn)行設(shè)置后，I/O 的可靠性分配對(duì)于實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的安全可靠也起著重要的作用。與I/Q 分析進(jìn)行對(duì)比，需要滿足以下的分配要求：

1）分散控制單元和源自其它分散控制單元的高速數(shù)據(jù)公路可以發(fā)射出測(cè)量信號(hào)，來(lái)自機(jī)器本身的分散處理單元的控制系統(tǒng)的信號(hào)，大大的提升了控制系統(tǒng)的可靠性，這部機(jī)器的控制系統(tǒng)的常規(guī)運(yùn)作單單受制于該部機(jī)器的分散控制單元的常規(guī)運(yùn)作，而與其它分散控制單元是否正常是無(wú)關(guān)緊要的，以此確保系統(tǒng)的自律性；

2）協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)可以與燃料、溫度、風(fēng)力、給水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息共享。為了實(shí)現(xiàn)主控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，那么子系統(tǒng)的正常運(yùn)行是起著決定性的作用的。所以在測(cè)點(diǎn)分配時(shí)，為了充分強(qiáng)調(diào)子系統(tǒng)的可靠性，我們一定要保證主控制系統(tǒng)的信息來(lái)自其他的分散控制單元，并且是以高速數(shù)據(jù)公路為途徑；子系統(tǒng)的信息最好來(lái)源于本機(jī)組的分散控制單元；

3）盡最大的限度保證數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS) 中兩側(cè)的測(cè)點(diǎn)信號(hào)與A、B 測(cè)控制系統(tǒng)不再相同的分散控制單元，最低要求在不同的I/O 卡件上；

4）使用具有差異性的I/O 模件來(lái)處置冗余輸入的變送器信號(hào)、熱電偶、熱電阻之間的問(wèn)題。嚴(yán)格避免因?yàn)橐粋€(gè)I/Q 模件的原因，導(dǎo)致整個(gè)控制回路的故障亦或是外部跳閘；

5）為了提高鍋爐的安全性能，防止因?yàn)橐粋€(gè)模件損壞而導(dǎo)致燃料運(yùn)輸故障，我們對(duì)于鍋爐的燃料兩塊模件進(jìn)行速度控制調(diào)試。

3 控制邏輯的安全性能改進(jìn)應(yīng)用設(shè)計(jì)

3.1 閉環(huán)控制系統(tǒng)

從科學(xué)理論的角度來(lái)講，所謂的控制算法是通過(guò)對(duì)主要機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，相對(duì)實(shí)際系統(tǒng)，我們更需要周密細(xì)致的從安全的角度考慮所有的事項(xiàng)。因此，對(duì)于控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)我們要從如何實(shí)現(xiàn)報(bào)警、怎么進(jìn)行調(diào)節(jié)、提高保護(hù)措施、連鎖的方式及實(shí)現(xiàn)有效的監(jiān)控管理，必須把汽機(jī)和鍋爐想象成為一個(gè)有效的整體來(lái)進(jìn)行有效的控制、操作。操作的宗旨是能夠有效的接收經(jīng)過(guò)電網(wǎng)調(diào)度的ADS 信號(hào)，必須在燃煤有效的負(fù)荷范疇之內(nèi)，經(jīng)過(guò)適宜的變化率確保夜間的低負(fù)荷運(yùn)作。實(shí)現(xiàn)汽機(jī)和鍋爐這個(gè)統(tǒng)一體的協(xié)調(diào)有效的控制，通過(guò)直接能量(DEB) 平衡控制原理，這個(gè)理論體系，確保機(jī)器壓力平穩(wěn)運(yùn)行。要把機(jī)器如何進(jìn)行受壓控制與設(shè)備做到充分的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，開(kāi)發(fā)和完善方向閉鎖，充分發(fā)揮辨別的能力，將能力的利用發(fā)揮到最大的限度。

3.2 重要保護(hù)系統(tǒng)

我們大體上運(yùn)用三取二的方式對(duì)那些重中之重需要保護(hù)信號(hào)的可靠性進(jìn)行設(shè)計(jì)，在相同的時(shí)間內(nèi)把三個(gè)信號(hào)分別引人到不同的 I/O 模件中。這在很大程度上能夠確保保護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)作，不會(huì)因?yàn)橐粋€(gè)測(cè)點(diǎn)或一個(gè)I/O 模件故障而受影響，不過(guò)牽一發(fā)而動(dòng)全身，一個(gè)處理單元發(fā)生錯(cuò)誤就會(huì)使整個(gè)保護(hù)系統(tǒng)受到影響。要想提高系統(tǒng)保護(hù)的可信賴程度，我們必須將三取二信號(hào)經(jīng)過(guò)各自使用的電纜輸送到其各自的處理單元，并對(duì)其保護(hù)邏輯的設(shè)置進(jìn)行有效的區(qū)分，保證其輸出信號(hào)來(lái)源于不同的處理單元，通過(guò)繼電器的處理，實(shí)現(xiàn)三取二的方式輸出。如此運(yùn)作的優(yōu)點(diǎn)有：充分實(shí)現(xiàn)了單一的信號(hào)、 I/O 模件、一個(gè)處理單元、單獨(dú)的電纜等發(fā)生故障時(shí)，不會(huì)中斷整個(gè)保護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。我們通過(guò)開(kāi)關(guān)量的方式對(duì)于那些信號(hào)達(dá)不到三個(gè)，也可以說(shuō)對(duì)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)三取二信號(hào)，我們將以模擬量證實(shí)得的渠道，最大力度提高保護(hù)系統(tǒng)的可靠性能。

3.3 汽機(jī)跳閘保護(hù)系統(tǒng)(ETS)

汽車能夠?qū)崿F(xiàn)其安全性是因?yàn)閾碛衅麢C(jī)跳閘保護(hù)系統(tǒng)， 它也滿足三取二的要求， 為了防止整個(gè)DCS 在發(fā)生故障時(shí)，可以保證它能正常的蹦控制操作甚至是停機(jī)，我們采用硬接線來(lái)取代DCS，并在操作臺(tái)上安裝了手動(dòng)停機(jī)雙按鈕。當(dāng)保護(hù)系統(tǒng)也發(fā)生故障，不能正常運(yùn)作時(shí)，ETS 就會(huì)在此時(shí)發(fā)揮作用，它的超強(qiáng)模擬能力，可以輸入一切信息，并通過(guò)燈光來(lái)檢查弱電部分正常與否。安全監(jiān)控裝置可以有效的預(yù)防因?yàn)殡娐穯?wèn)題，如：突然的斷裂、恢復(fù)、剎那的斷開(kāi)，而不產(chǎn)生任何行動(dòng)。為了防止因?yàn)榈娃D(zhuǎn)速、啟動(dòng)、凝汽器真空低而引起誤停機(jī)，我們引進(jìn)了汽機(jī)轉(zhuǎn)速不小于1500 轉(zhuǎn)每分為限額的凝汽器真空停機(jī)保護(hù)回路。在停機(jī)的命令里，可以通過(guò)汽門散文調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)清除故障停機(jī)的指令。輸出動(dòng)作繼電器運(yùn)用雙位置繼電器的方法，防止因DCS 失電導(dǎo)致所有的運(yùn)作依靠持續(xù)的自動(dòng)復(fù)位導(dǎo)致的操作失誤這種問(wèn)題的發(fā)生。

3.4 爐膛安全保護(hù)系統(tǒng)（FSSS）

其主要得控制設(shè)施是兩對(duì)分散控制單元，冗余配置進(jìn)行模間的處理。FSSS 與電廠DCS 系統(tǒng)如MC S、DAS 和SCS 可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的交流。把FSSS 按鈕設(shè)置為緊急情況下或者啟動(dòng)的跳閘的裝置。首先導(dǎo)致跳閘的原因及火檢信號(hào)通過(guò)硬接線的直接輸出，顯示在CRT 上。主燃料跳閘( Mb " I ' ) 信號(hào)必須單獨(dú)由三塊 I/0 模件傳出，并且要符合以上三種中的兩種。

4 結(jié)論

火電機(jī)組全部控制系統(tǒng)安全性能改進(jìn)設(shè)計(jì)項(xiàng)目也作為一項(xiàng)系統(tǒng)工程，在上述安全性能設(shè)計(jì)改進(jìn)里，有些想法、方法都是依照實(shí)踐落實(shí)提起的，部分是現(xiàn)存理論的使用。在理論里， 以上的可靠性設(shè)計(jì)方法和理念是矗立于既是一個(gè)控制設(shè)備不能正常工作，但卻不影響整個(gè)控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，這是火電機(jī)組應(yīng)該嚴(yán)格執(zhí)行的理念，實(shí)施控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)并不是空中樓閣。事實(shí)說(shuō)明，因?yàn)椴扇×嗽S多的科學(xué)的，合理的、健全的設(shè)計(jì)方法和理論，大大的提升了系統(tǒng)性能，也在最大的程度上降低了因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)的原因而導(dǎo)致的停機(jī)事故。安全性能改進(jìn)設(shè)計(jì)是一個(gè)繁雜的課目，必定會(huì)跟隨技術(shù)前進(jìn)的步伐，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新與改進(jìn)。當(dāng)下的火電機(jī)組的 DCS 應(yīng)該遵循以上的設(shè)計(jì)方案，雖然我們需要完備的課目仍然有許多，這一切都需要我們進(jìn)一步改進(jìn)并研究。

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