國(guó)產(chǎn)DCS在1000MW機(jī)組應(yīng)用中存在的問(wèn)題和對(duì)策

許偉強(qiáng)，劉德（杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司，浙江 杭州 310018）

1 概述

國(guó)華臺(tái)山發(fā)電廠位于廣東省臺(tái)山市南部銅鼓灣，二期工程為2臺(tái)1000MW超超臨界燃煤機(jī)組。三大主機(jī)有上海三大動(dòng)力廠引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)，其中鍋爐采用上海鍋爐廠有限公司引進(jìn)A lstom-Power公司Boiler Gmbh技術(shù)生產(chǎn)，型號(hào)為SG3091/27.56-M 54X。汽輪機(jī)采用上海汽輪機(jī)有限公司引進(jìn)西門子技術(shù)生產(chǎn)的超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、八級(jí)回?zé)岢槠?、反?dòng)凝汽式汽輪機(jī)N1000-26.25/600/600（TC4F）。發(fā)電機(jī)采用上海汽輪發(fā)電機(jī)有限公司THDF 125/67型發(fā)電機(jī)。

該工程DCS系統(tǒng)采用國(guó)產(chǎn)和利時(shí)MACS V6系統(tǒng)，采用全廠一體化模式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鍋爐，汽機(jī)輔助系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)、外圍系統(tǒng)等的監(jiān)控。具有鍋爐啟動(dòng)及停止、滅火保護(hù)、汽機(jī)遙控、機(jī)組負(fù)荷控制、主要輔機(jī)故障RB、一次調(diào)頻、系能計(jì)算、優(yōu)化控制、歷史數(shù)據(jù)記錄、SOE記錄等功能。

2 M ACS V 6系統(tǒng)及工程特點(diǎn)

MACS V6系統(tǒng)是由原和利時(shí)在傳統(tǒng)MACS V5系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)，從其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上來(lái)講與MACS V5系統(tǒng)極為相似（MACS V6詳細(xì)結(jié)構(gòu)不再贅述，可參考文獻(xiàn)[1]），相比常規(guī)系統(tǒng)，它存在以下主要特點(diǎn)：

MACS V6系統(tǒng)將測(cè)點(diǎn)容量提升至10萬(wàn)點(diǎn)，可以適應(yīng)一體化項(xiàng)目的需要，除了對(duì)主機(jī)組進(jìn)行監(jiān)控外，還可以對(duì)距離比較遠(yuǎn)的外圍系統(tǒng)（除灰系統(tǒng)、精處理系統(tǒng)、撈渣機(jī)系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)等）監(jiān)控，常規(guī)超超臨界機(jī)組一般不實(shí)現(xiàn)一體化，而是采用主機(jī)組與外圍系統(tǒng)獨(dú)立控制的模式。

MACS V6系統(tǒng)采用6冗余服務(wù)器，2臺(tái)實(shí)時(shí)/歷史服務(wù)，4臺(tái)I/O服務(wù)，將風(fēng)險(xiǎn)分散化，若冗余的2臺(tái)I/O服務(wù)器故障，可無(wú)擾切換至另外2臺(tái)I/O服務(wù)器組，這對(duì)提高服務(wù)器運(yùn)算速度及降低服務(wù)器負(fù)荷有很好的作用，而且不會(huì)影響機(jī)組正常運(yùn)行。

MACS V 6系統(tǒng)按照工藝系統(tǒng)劃分，在邏輯組態(tài)時(shí)將系統(tǒng)用若干個(gè)“子環(huán)”串聯(lián)，啟動(dòng)“子環(huán)”時(shí)系統(tǒng)會(huì)根據(jù)當(dāng)前工況和需要工況，實(shí)現(xiàn)對(duì)分系統(tǒng)的按需啟動(dòng)，以更好地實(shí)現(xiàn)機(jī)組“一鍵啟動(dòng)”功能。需要說(shuō)明的是臺(tái)電二期設(shè)計(jì)時(shí)DEH為西門子T3000，為了更好地實(shí)現(xiàn)“一鍵啟動(dòng)”，DCS與DEH之間用硬接線實(shí)現(xiàn)信號(hào)交互。

MACS V6系統(tǒng)自帶一套性能計(jì)算、優(yōu)化控制功能，計(jì)算發(fā)電機(jī)組及其輔機(jī)的各種效率及性能參數(shù)，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化控制，比如：傳統(tǒng)的爐膛吹灰運(yùn)行是根據(jù)鍋爐情況，執(zhí)行“定時(shí)全面吹灰”，本項(xiàng)目除了運(yùn)行可以定時(shí)執(zhí)行程控外，邏輯判斷鍋爐內(nèi)壁污染率實(shí)現(xiàn)“按需吹灰”。

鍋爐在剛啟動(dòng)或濕態(tài)時(shí)，給水自動(dòng)控制系統(tǒng)主要控制汽水分離器水位，因?yàn)殪手奠`敏度高且能快速反映燃水比失調(diào)，因此當(dāng)鍋爐進(jìn)入干態(tài)后，進(jìn)入汽水分離器的水全部變?yōu)檎羝o水自動(dòng)控制系統(tǒng)是基于中間點(diǎn)焓值（汽水分離器出口焓值）的校正來(lái)控制動(dòng)態(tài)燃水比值，而不再是分離器水位。

3 邏輯優(yōu)化及問(wèn)題處理方法

臺(tái)電二期DCS針對(duì)應(yīng)用過(guò)程中暴露出的問(wèn)題以及同類型機(jī)組出現(xiàn)的一些缺陷，采取了相應(yīng)的優(yōu)化、改進(jìn)和防范措施，主要包括2大部分：邏輯優(yōu)化；調(diào)試過(guò)程中問(wèn)題。

3.1 邏輯優(yōu)化

（1）完善溫度跳閘邏輯

單體設(shè)備中如涉及到溫度測(cè)點(diǎn)保護(hù)的邏輯，含有溫升速率的限制（即若溫度變化超過(guò)速率限制，即使達(dá)到跳閘值，設(shè)備也不應(yīng)該保護(hù)動(dòng)作，除非手動(dòng)復(fù)位或低于跳閘值一定距離）。原溫度跳閘邏輯較為簡(jiǎn)單，能實(shí)現(xiàn)速率和量程上下限的品質(zhì)判斷，品質(zhì)變壞后，10s內(nèi)不會(huì)發(fā)出跳閘指令，但若當(dāng)前值在跳閘值以上保持幾個(gè)掃描周期，邏輯認(rèn)為溫度正常，立刻發(fā)出跳閘指令。機(jī)組運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)信號(hào)線松動(dòng)或接觸不好，造成溫度顯示異常，但實(shí)際溫度未達(dá)到跳閘值，原邏輯會(huì)引起設(shè)備誤動(dòng)作。修改為，溫度測(cè)點(diǎn)速率異常后，屏蔽跳閘出口，復(fù)位條件為：邏輯中手動(dòng)復(fù)位；當(dāng)前值低于跳閘中超過(guò)5℃。除此之外，一旦發(fā)生速率超限，及閉鎖跳閘出口，機(jī)組運(yùn)行至今，該功能運(yùn)行正常。

（2）修改B磨煤機(jī)跳閘邏輯

因?yàn)槲⒂忘c(diǎn)火安裝位置在B煤層附近，因此B制粉系統(tǒng)與微油系統(tǒng)息息相關(guān)，邏輯優(yōu)化為：非“微油模式”下，B煤層點(diǎn)火能量不存在則B磨跳閘?；蛘咴凇拔⒂湍Ｊ健毕拢?dāng)B磨煤機(jī)運(yùn)行后且B磨煤機(jī)常規(guī)點(diǎn)火能量未滿足，若僅有1組微油燃燒器熄火且相對(duì)應(yīng)的角的煤火檢信號(hào)也未到，且同角相臨大油槍油火檢信號(hào)未到（3個(gè)信號(hào)同時(shí)未到），則關(guān)閉同角磨煤機(jī)出口門，同時(shí)重新啟動(dòng)對(duì)應(yīng)微油燃燒器與該角對(duì)應(yīng)大油槍。100s后，若微油燃燒器或大油槍啟動(dòng)成功，則自動(dòng)打開同角磨煤機(jī)出口門；反之，跳磨煤機(jī)B。

（3）修改燃油進(jìn)油快關(guān)閥邏輯

吹掃允許條件中，包含燃油泄漏試驗(yàn)完成的條件，即先進(jìn)行泄漏試驗(yàn)，然后再進(jìn)行吹掃。而實(shí)際上，在吹掃完成前，MFT 繼電器沒有復(fù)位，燃油進(jìn)油快關(guān)閥無(wú)法打開，燃油泄漏試驗(yàn)是不能進(jìn)行的，前后有矛盾。雖然增加了旁路按鈕，但并沒有改變其本意。因此在邏輯中輸出一個(gè)DO點(diǎn)硬接線到MFT柜，去開燃油跳閘閥，保證燃油泄漏試驗(yàn)開始時(shí)，燃油跳閘閥不會(huì)因?yàn)橛蠱FT信號(hào)的存在而無(wú)法開啟。

（4）修改點(diǎn)火能量邏輯

A 磨點(diǎn)火能量：微油模式下，點(diǎn)火成功，B煤層投運(yùn)且 B 煤層煤粉煤量>40t/h；其中，點(diǎn)火成功指的是8支微油槍全部點(diǎn)火成功。若A磨在微油模式下啟動(dòng)運(yùn)行一段時(shí)間后，1支微油槍熄火，此時(shí)A磨的點(diǎn)火能量失去，且此時(shí)為低負(fù)荷燃燒工況，火檢不穩(wěn)定，很容易產(chǎn)生跳磨條件（即給煤機(jī)運(yùn)行延時(shí)120s后，A層煤粉點(diǎn)火能量不存在且煤火檢喪失（4取2）），以此類推：B磨、C磨也存在類似問(wèn)題。因此細(xì)化微油模式點(diǎn)火能量條件：微油8取6，退出的微油槍對(duì)應(yīng)的大油槍已投運(yùn)，且不能是同一角的兩個(gè)微油槍同時(shí)退出。

（5）修改凝結(jié)水泵邏輯

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，泵A、B為變頻，泵C為工頻，實(shí)際運(yùn)行中存在工頻變頻并聯(lián)和互為聯(lián)鎖的情況，為了保證出力的一致性，凝結(jié)水泵聯(lián)鎖以A、B、C的順序啟動(dòng)時(shí)并且優(yōu)先啟動(dòng)變頻泵，同時(shí)變頻泵輸出指令跟蹤到100%（50Hz）并切換到手動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)存在工頻泵或變頻泵工頻方式運(yùn)行時(shí)，變頻泵輸出指令跟蹤到100%（50Hz）并切換到手動(dòng)狀態(tài)。將凝泵自動(dòng)控制思路優(yōu)化為：除氧器上水調(diào)門（分為主、輔調(diào)門）控制除氧器液位，變頻泵調(diào)節(jié)凝結(jié)水母管壓力。除氧器主、副調(diào)門調(diào)節(jié)除氧器水位時(shí)。分單沖量、三沖量調(diào)節(jié)。當(dāng)主汽流量低于30%時(shí)。采用單沖量調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)除氧器水位。當(dāng)主汽流量高于30%時(shí)采用凝結(jié)水流量、除氧器水位、給水流量三沖量調(diào)節(jié)。

（6）優(yōu)化爐膛吹灰系統(tǒng)邏輯

傳統(tǒng)的吹灰方式為“定期全面吹灰”，因受運(yùn)行人員人為因素，容易引起吹灰不足或過(guò)于頻繁、鍋爐結(jié)焦、灰渣堆積等，降低鍋爐熱效率，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生爆管。因此將邏輯做以下優(yōu)化，根據(jù)鍋爐受熱面積灰狀態(tài)計(jì)算出污染率參數(shù)，根據(jù)污染率實(shí)時(shí)值和設(shè)定值關(guān)系來(lái)給出各個(gè)受熱面染程度評(píng)價(jià)，從而給出吹灰建議，與DCS吹灰之間建立通訊，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)“按需吹灰”。具體是根據(jù)吹灰器布局將其分為16組，即將56支短吹灰器按左右平均，分為7組，每組8只吹灰器。將108支長(zhǎng)吹灰器按左右平均，分為9組，每組12只吹灰器，所有吹灰器共16組，組號(hào)分別為1～16。按組吹灰時(shí)，組的順序可自由選擇（組內(nèi)吹灰器的順序固定）設(shè)定循環(huán)吹掃后，邏輯按選擇好的循序執(zhí)行一遍，然后再根據(jù)鍋爐運(yùn)行時(shí)內(nèi)壁的污染情況“按需吹灰”，可以有效地減小鍋爐受熱壁面磨損，減少吹灰蒸汽耗量，提高鍋爐運(yùn)行效率。

（7）優(yōu)化軸封系統(tǒng)邏輯

軸封調(diào)節(jié)閥現(xiàn)邏輯設(shè)計(jì)為汽機(jī)跳閘或失壓后，閥門跟蹤到23%，在冷態(tài)啟機(jī)及未進(jìn)汽的情況下，軸封調(diào)節(jié)閥開度一般在48%左右，軸封壓力一般維持在3.5kPa左右。汽輪機(jī)進(jìn)汽后，軸封調(diào)節(jié)閥全關(guān)，靠軸封自密封維持壓力，一旦汽機(jī)跳閘后，軸封自密封失去后，軸封調(diào)節(jié)閥快開到23%，此時(shí)外界空氣可能竄入軸封系統(tǒng)，造成汽機(jī)大軸“抱死”的情況，為了保證機(jī)組的安全運(yùn)行，將原跟蹤快開定值由23%提高至50%。

3.2 調(diào)試過(guò)程問(wèn)題

（1）主控單元故障自動(dòng)切換后數(shù)據(jù)有擾動(dòng)

6號(hào)機(jī)運(yùn)行期間，協(xié)調(diào)控制（CCS）突然退出，燃料主控切為手動(dòng)，并且燃料主控指令從68%降到53%，負(fù)荷下降。經(jīng)過(guò)分析核查，是因?yàn)?17控制站（協(xié)調(diào)系統(tǒng)邏輯）主控制器故障切為從機(jī)，原從控制器切為主機(jī)，燃料主控PID輸出指令在主從控制器中的數(shù)據(jù)未完全對(duì)齊。經(jīng)過(guò)控制算法完善，在下層控制器軟件的全局變量中增加“數(shù)據(jù)周期同步M區(qū)”，將所有PID輸出指令先存儲(chǔ)在M去，再將M區(qū)里的數(shù)據(jù)周期主從同步后，輸入到對(duì)應(yīng)的手操器，目的是實(shí)現(xiàn)主從控制器數(shù)據(jù)周期同步，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，無(wú)論是手動(dòng)切換還是故障自動(dòng)切換控制器，數(shù)據(jù)都是無(wú)擾的。

（2）主控溫度高故障

6號(hào)機(jī)停機(jī)檢修期間，#12站從機(jī)，位置為靠近電源側(cè)，控制器故障后error燈長(zhǎng)時(shí)間常亮，經(jīng)過(guò)拔插處理，該主控能正常工作且故障error燈消失。經(jīng)過(guò)分析，主控因?yàn)楣ぷ鲿r(shí)間較長(zhǎng)，加之主控安放在電源側(cè)溫度較高，引發(fā)主控內(nèi)部某芯片的暫時(shí)失效，致使主控加載BIOS或操作系統(tǒng)失敗。隨后將主控單元與電源之間增加備用槽位間隔，降低因電源模塊發(fā)熱而對(duì)主控的影響。并建議對(duì)主控定期檢查，檢查主控的狀態(tài)和溫度情況。

（3）網(wǎng)絡(luò)故障

本工程DCS系統(tǒng)采用Client/Server體系結(jié)構(gòu)，控制管理網(wǎng)絡(luò)采用兩層結(jié)構(gòu)，星型連接，雙冗余配置。因控制站數(shù)量較多（54對(duì)控制器），上下層數(shù)據(jù)交互需要通過(guò)I/O服務(wù)器實(shí)現(xiàn)，服務(wù)器端口網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較高，主網(wǎng)絡(luò)端口故障后，容易引起網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定。采取措施：（1）增加I/O服務(wù)器個(gè)數(shù)，將主干網(wǎng)絡(luò)改為1000M，大大增強(qiáng)了數(shù)據(jù)處理能力，降低網(wǎng)絡(luò)上的擁塞。（2）服務(wù)器增加對(duì)于IP報(bào)文的過(guò)濾，獲取允許通過(guò)的IP報(bào)文的格式，在接收到IP報(bào)文后，如果接收?qǐng)?bào)文的格式符合已獲取的允許通過(guò)的IP報(bào)文的格式，則進(jìn)行發(fā)送操作。報(bào)文的過(guò)濾有利于減少數(shù)據(jù)處理量，避免網(wǎng)絡(luò)上擁塞的風(fēng)險(xiǎn)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

（4）部分控制站控制器負(fù)荷率較高

該問(wèn)題經(jīng)過(guò)深入查找與試驗(yàn)確定其原因主要有兩個(gè)：一是本工程在調(diào)試初期未對(duì)控制期運(yùn)算周期進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置，造成以默認(rèn)的50ms周期運(yùn)算時(shí)出現(xiàn)較高的負(fù)荷；二是部分控制站內(nèi)控制邏輯較多，運(yùn)算處理過(guò)程中造成CPU負(fù)荷偏高。針對(duì)上述兩全原因，經(jīng)過(guò)深入討論與分析后，通過(guò)將各控制站運(yùn)算周期和邏輯方案頁(yè)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置后得到了很好的解決。

（5）DI正端接地通道為“1”

因DI負(fù)端與系統(tǒng)地相連，當(dāng)就地設(shè)備進(jìn)水或異常接地而造成正端與地相連，該通道由“0”變?yōu)椤?”，若該通道信號(hào)與邏輯聯(lián)鎖有關(guān)，容易引起設(shè)備誤動(dòng)作。因此修改DI模塊硬件回路，將DI負(fù)端浮空，即正、負(fù)端均浮空，如圖3所示，允許單點(diǎn)接地，不會(huì)影響運(yùn)行。有效地避免了正端接地導(dǎo)致信號(hào)導(dǎo)通，造成設(shè)備誤動(dòng)的情況。

圖1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

圖2 原DI通道設(shè)計(jì)

圖3 修改后DI通道設(shè)計(jì)

（6）電氣通訊不穩(wěn)定

電氣繼保系統(tǒng)采用modbus通訊的方式接入DCS顯示和報(bào)警，主、從雙路，電氣繼保通訊站主站響應(yīng)通訊請(qǐng)求，從站處于備用狀態(tài)，但不響應(yīng)通訊請(qǐng)求，一旦DCS側(cè)主通訊站故障，繼保通訊站不能將從機(jī)切為主機(jī)，造成通訊中斷。經(jīng)過(guò)改進(jìn)，主、從兩路通過(guò)主從同步后，同時(shí)接收通訊請(qǐng)求，且增加了通訊故障報(bào)警，可以通訊雙路冗余和故障報(bào)警，滿足現(xiàn)場(chǎng)需求。

4 總結(jié)

臺(tái)山電廠二期兩臺(tái)1000MW機(jī)組自調(diào)試以來(lái)，分別于2011年4月、11月順利通過(guò)168試運(yùn)，至今已經(jīng)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間帶負(fù)荷運(yùn)行考驗(yàn)。在這個(gè)過(guò)程中，部分問(wèn)題都已暴露出來(lái)并得以妥善解決，有些問(wèn)題已提前采取優(yōu)化措施進(jìn)行預(yù)控。目前熱控系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到優(yōu)良，能完全適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用要求，未出現(xiàn)因DCS問(wèn)題導(dǎo)致機(jī)組降負(fù)荷或誤動(dòng)跳閘等事故。國(guó)產(chǎn)DCS在臺(tái)山二期1000MW機(jī)組成功應(yīng)用，為國(guó)家民族產(chǎn)業(yè)的振興做出積極的貢獻(xiàn)。

[1] 王常力,羅安.分布式控制系統(tǒng)（DCS）設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)例,電子工業(yè)出版社[J].2004,(8).

[2] 李京文.國(guó)產(chǎn)與進(jìn)口DCS進(jìn)入競(jìng)爭(zhēng)時(shí)代：國(guó)產(chǎn)DCS系統(tǒng)發(fā)展的新階段[J].2007,(3):16-20.