OVATION系統(tǒng)熱工控制回路切換擾動(dòng)分析及優(yōu)化

閆 超，張?zhí)m華，林 蕾

(廣東惠州平海發(fā)電廠有限公司，廣東 惠州 516363)

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OVATION系統(tǒng)熱工控制回路切換擾動(dòng)分析及優(yōu)化

閆 超，張?zhí)m華，林 蕾

(廣東惠州平海發(fā)電廠有限公司，廣東 惠州 516363)

〔摘 要〕要實(shí)現(xiàn)熱工控制回路的高質(zhì)量自動(dòng)控制，除了要考慮控制回路的跟蹤問(wèn)題、合理控制參數(shù)外，還必須考慮不同控制回路之間的切換擾動(dòng)問(wèn)題。針對(duì)OVATION系統(tǒng)中控制回路切換擾動(dòng)導(dǎo)致的異常進(jìn)行分析，提出了邏輯優(yōu)化措施，為同類型DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制回路切換提供借鑒。

〔關(guān)鍵詞〕OVATION系統(tǒng)；熱工控制回路；切換擾動(dòng)；質(zhì)量傳遞

0　引言

某發(fā)電廠2×1 000 MW機(jī)組DCS控制系統(tǒng)采用艾默生公司的OVATION系統(tǒng)，該系統(tǒng)由2套單元機(jī)組DCS和1套公用系統(tǒng)DCS組成，實(shí)現(xiàn)機(jī)組DAS，MCS，SCS，F(xiàn)SSS，BPS等各項(xiàng)控制功能?？刂破鞑捎萌萘看蟆⑦\(yùn)算速度快的OCR400控制器，軟件是基于WINDOWS操作系統(tǒng)3.2.0版本的Vx Works操作系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用以太網(wǎng)分層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其良好的硬件平臺(tái)、操作系統(tǒng)以及SAMA形式的組態(tài)邏輯便于熱工人員的組態(tài)和調(diào)整。

DCS系統(tǒng)具有硬件種類多、控制邏輯組態(tài)龐大、網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)量大等特點(diǎn)，在使用中不可避免地會(huì)出現(xiàn)各種硬件或軟件異常，該發(fā)電廠對(duì)此采取了相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。然而由于控制對(duì)象復(fù)雜，不同工況要求不同的控制策略及相應(yīng)的控制回路，因此涉及到控制回路的切換問(wèn)題。

OVATION系統(tǒng)的切換算法TRANSFER主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)控制回路切換，在切換過(guò)程中曾因切換擾動(dòng)，導(dǎo)致機(jī)組或設(shè)備異常動(dòng)作。

1　切換算法TRANSFER介紹

TRANSFER算法執(zhí)行2路輸入之間的切換。如果數(shù)字量輸入FLAG為TRUE，則輸出等于IN2輸入與其增益的積加上其偏置值；如果數(shù)字量輸入FLAG為FALSE，則輸出等于IN1輸入與其增益的積加上其偏置值；如果輸出值大于輸出點(diǎn)的最大值TPSC，則輸出為該最大值TPSC；如果輸出值小于輸出點(diǎn)的最小值BTSC，則輸出為該最小值BTSC。算法功能符號(hào)如圖1所示，圖中各量參考算法定義如表1所示。

圖1　TRANSFER算法功能符號(hào)

2　DCS控制回路切換擾動(dòng)分析及處理

該發(fā)電廠自2010年投產(chǎn)以來(lái)，熱工控制回路總體運(yùn)行良好，滿足了控制要求。但在5年多的運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)機(jī)組工況發(fā)生變化時(shí)，熱工控制回路切換曾出現(xiàn)典型擾動(dòng)，導(dǎo)致異常故障。

2.1案例1

2.1.1故障經(jīng)過(guò)

在校驗(yàn)F給煤機(jī)時(shí)，瞬時(shí)給煤量測(cè)點(diǎn)偶然出現(xiàn)傳感器異常，導(dǎo)致測(cè)點(diǎn)為壞質(zhì)量，隨后測(cè)點(diǎn)恢復(fù)正常。2014-12-06T11：10，機(jī)組負(fù)荷600 MW，A，C，D制粉系統(tǒng)運(yùn)行，AGC指令機(jī)組升負(fù)荷，啟動(dòng)F制粉系統(tǒng)。待F給煤機(jī)投入運(yùn)行時(shí)，由于OVATION系統(tǒng)的質(zhì)量傳遞及控制回路設(shè)計(jì)的自保持功能，控制回路切換時(shí)導(dǎo)致給煤率變壞點(diǎn)，燃料主控切手動(dòng)，鍋爐主控切手動(dòng)，機(jī)組CCS退出，AGC退出。

表1　算法定義

2.1.2故障原因分析

機(jī)組發(fā)生故障后，熱工人員首先分析燃料主控切手動(dòng)條件。這是因?yàn)槿剂现骺厍惺謩?dòng)后，將導(dǎo)致鍋爐主控切手動(dòng)，CCS退出，AGC退出。燃料主控切手動(dòng)的條件有：燃料量偏差大，機(jī)組干態(tài)時(shí)所有給水控制在手動(dòng)，MFT動(dòng)作，所有給煤機(jī)控制在手動(dòng)及燃料量測(cè)量值為壞質(zhì)量。在OVATION系統(tǒng)中，測(cè)點(diǎn)質(zhì)量為壞質(zhì)量時(shí)，由于測(cè)點(diǎn)壞質(zhì)量傳遞將導(dǎo)致所有引用該點(diǎn)生成或計(jì)算的量變成壞質(zhì)量；同時(shí)，會(huì)退出相應(yīng)引用回路的自動(dòng)狀態(tài)，切到手動(dòng)狀態(tài)。

經(jīng)檢查確認(rèn)，燃料量偏差大，機(jī)組干態(tài)時(shí)所有給水控制在手動(dòng)、MFT動(dòng)作及所有給煤機(jī)控制在手動(dòng)條件均未觸發(fā)，控制器、服務(wù)器等均未發(fā)現(xiàn)異常。因此，唯一可能引起此次異常故障的只有燃料量測(cè)量值為壞質(zhì)量。

燃料量測(cè)量值是給煤機(jī)給煤率相加的計(jì)算值，該值為壞質(zhì)量，說(shuō)明給煤機(jī)給煤率為壞質(zhì)量。由于剛啟動(dòng)F給煤機(jī)，熱工人員懷疑是該給煤機(jī)的瞬時(shí)給煤量測(cè)點(diǎn)變壞質(zhì)量。查看異常工況歷史曲線，發(fā)現(xiàn)F給煤機(jī)瞬時(shí)給煤量測(cè)點(diǎn)質(zhì)量為好質(zhì)量，但F給煤機(jī)給煤率卻出現(xiàn)27 s壞質(zhì)量。

瞬時(shí)給煤量經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算生成給煤率信號(hào)，邏輯如圖2所示。查歷史曲線，發(fā)現(xiàn)F給煤機(jī)校驗(yàn)時(shí)，F(xiàn)給煤機(jī)停止前瞬時(shí)給煤量變壞質(zhì)量，F(xiàn)給煤機(jī)停止后瞬時(shí)給煤量又恢復(fù)成好質(zhì)量。F給煤機(jī)給煤率出現(xiàn)27 s壞質(zhì)量原因是：給煤率計(jì)算回路里的瞬時(shí)給煤量變壞質(zhì)量自保持，壞質(zhì)量傳遞給給煤率，具體分析如下。

(1)給煤機(jī)校驗(yàn)時(shí)，運(yùn)行信號(hào)為1，切換算法3選擇N路，由于壞質(zhì)量傳遞，導(dǎo)致壞質(zhì)量在切換算法3處自保持。此時(shí)由于給煤機(jī)校驗(yàn)，磨煤機(jī)停止信號(hào)為1，切換算法1選擇Y路，給煤機(jī)給煤率為0，質(zhì)量為好質(zhì)量。

(2)給煤機(jī)停止后，切換算法3選擇Y路，由于此處設(shè)計(jì)的切換自保持，導(dǎo)致算法3出口為壞質(zhì)量，同時(shí)切換算法2選擇N路，所以切換算法2出口為壞質(zhì)量，此時(shí)因磨煤機(jī)還是停止?fàn)顟B(tài)，給煤機(jī)給煤率還是好質(zhì)量。

(3)升負(fù)荷時(shí)，啟動(dòng)F制粉系統(tǒng)，制粉系統(tǒng)啟動(dòng)順序?yàn)椋合葐?dòng)磨煤機(jī)，后啟動(dòng)給煤機(jī)。磨煤機(jī)啟動(dòng)后，切換算法1選擇N路，由于在前一時(shí)刻，N路質(zhì)量為壞質(zhì)量，壞質(zhì)量沿算法邏輯傳遞到給煤機(jī)給煤率，給煤率變壞質(zhì)量。給煤機(jī)給煤率之和構(gòu)成燃料主控的測(cè)量值，由于壞質(zhì)量傳遞，導(dǎo)致燃料主控的測(cè)量值變壞質(zhì)量，從而導(dǎo)致燃料主控切手動(dòng)，鍋爐主控切手動(dòng)，CCS退出，AGC退出。此次瞬時(shí)給煤量變壞質(zhì)量，在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，熱工人員未發(fā)現(xiàn)異常，主要是因?yàn)榍袚Q算法及設(shè)計(jì)切換邏輯時(shí)無(wú)擾切換保持回路，導(dǎo)致壞質(zhì)量一直保持在回路中，當(dāng)回路不切換時(shí)，難以發(fā)現(xiàn)此缺陷。

2.1.3邏輯優(yōu)化

為避免停運(yùn)的給煤機(jī)校驗(yàn)瞬時(shí)給煤率變壞質(zhì)量并經(jīng)傳遞、自保持，導(dǎo)致CCS退出、AGC退出等異常情況，現(xiàn)對(duì)給煤機(jī)給煤率邏輯進(jìn)行優(yōu)化：取消切換算法3處多余的切換算法及自保持回路，增加給煤機(jī)給煤率點(diǎn)故障報(bào)警功能。

圖2　給煤率控制邏輯

2.2案例2

HWL閥(擴(kuò)容器進(jìn)口管道水位調(diào)閥)由手動(dòng)控制，在機(jī)組降負(fù)荷停機(jī)過(guò)程中，HWL閥控制回路由于切換擾動(dòng)，導(dǎo)致HWL閥非手動(dòng)全開(kāi)。

2.2.1故障經(jīng)過(guò)

2014-10-10T20：00，機(jī)組負(fù)荷500 MW，HWL閥手動(dòng)控制，機(jī)組滑參數(shù)停機(jī)。

20：53，機(jī)組負(fù)荷低于380 MW，HWL閥突然全開(kāi)，運(yùn)行人員緊急手動(dòng)關(guān)閉HWL閥。

2.2.2故障原因分析

故障發(fā)生后，熱工人員檢查DCS操作記錄，發(fā)現(xiàn)無(wú)運(yùn)行人員手動(dòng)開(kāi)啟記錄，DCS控制器及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備未出現(xiàn)異常。進(jìn)一步檢查，發(fā)現(xiàn)HWL閥開(kāi)啟指令由DCS發(fā)出，其控制邏輯如圖3所示。

圖3　HWL閥控制邏輯

機(jī)組負(fù)荷500 MW時(shí)，運(yùn)行人員將HWL閥切手動(dòng)控制。在停機(jī)過(guò)程中，汽水分離器內(nèi)壓力變化，出現(xiàn)“虛假水位”，儲(chǔ)水箱水位高于13 m，HWL閥超馳控制， HWL閥手操站輸出指令到100 %。由于此時(shí)發(fā)電機(jī)功率高于380 MW，切換算法1選擇Y路，HWL閥控制指令為0，HWL閥處于關(guān)閉位置。在停機(jī)過(guò)程中，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷降低于380 MW時(shí)，切換算法1選擇N路，HWL閥指令立即增大到100 %，閥門全開(kāi)。

2.2.3邏輯優(yōu)化

為避免停機(jī)過(guò)程中HWL閥非人為原因開(kāi)啟，節(jié)約工質(zhì)及回收能量，現(xiàn)對(duì)HWL閥控制邏輯進(jìn)行優(yōu)化。取消儲(chǔ)水箱水位大于13 m的超馳打開(kāi)控制條件，增加儲(chǔ)水箱水位大于15 m時(shí)HWL閥切至手動(dòng)控制，并增加了報(bào)警功能。

3　 控制回路切換擾動(dòng)防范措施

避免控制回路切換擾動(dòng)的措施有：優(yōu)化控制回路組態(tài)邏輯，去掉不必要的切換邏輯及自保持邏輯；對(duì)傳感器故障導(dǎo)致壞質(zhì)量要求低的控制回路，取消壞質(zhì)量傳遞功能；邏輯組態(tài)時(shí)，注意回路切換前后的控制狀態(tài)、壞質(zhì)量傳遞、控制量等問(wèn)題。

4　 結(jié)束語(yǔ)

OVATION系統(tǒng)在DCS熱工切換回路要實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用，其關(guān)鍵點(diǎn)在于設(shè)計(jì)合適的回路，避免切換前后擾動(dòng)及可能出現(xiàn)的異常。本文分析了OVATION系統(tǒng)2種常見(jiàn)的回路切換故障，希望對(duì)同類型機(jī)組DCS設(shè)計(jì)組態(tài)具有一定的借鑒意義。

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閆 超(1983-)，男，助理工程師，主要從事火電廠熱工控制及優(yōu)化工作，email：13433554681@139.com。

張?zhí)m華(1984-)，男，助理工程師，主要從事火電廠熱工控制及優(yōu)化工作。

林 蕾(1975-)，男，工程師，主要從事火電廠熱工控制及優(yōu)化工作。

作者簡(jiǎn)介：

收稿日期：2015-09-22；返修日期：2015-10-20。