基于DCS的電廠燃油系統(tǒng)遠程控制改造

楊一明

（山西大唐臨汾熱電有限責任公司，山西 臨汾 041000）

燃油系統(tǒng)是電廠中的重要系統(tǒng)，其主要作用是在機組的啟動階段，通過燃燒燃油為煤的燃燒提供能量，引燃煤粉；在鍋爐低負荷運行、燃燒工況不穩(wěn)定等情況下穩(wěn)定鍋爐燃燒，調(diào)整火焰中心，保證鍋爐的安全穩(wěn)定運行等[1]。燃油系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠對電廠安全運行極其重要。

1 改造前燃油系統(tǒng)的運行方式

大唐臨汾熱電公司燃油系統(tǒng)共設(shè)置3臺AY型離心式供油泵，用于將鍋爐點火和助燃所需的輕柴油從燃油泵房供至鍋爐，其中1號和2號兩臺供油泵加裝ABB系列變頻器（帶工頻旁路，可在變頻與工頻模式之間切換），采用一拖一帶自動旁路方式。變頻方式運行時，變頻器可根據(jù)燃油母管壓力自動調(diào)節(jié)油泵電機頻率，頻率信號由變頻器給定。變頻范圍在燃油泵電機旋轉(zhuǎn)速度的0%～100%之間。變頻燃油泵也可以旁路工頻方式運行，以恒定功率輸出，實現(xiàn)變頻與工頻運行方式的切換。

圖1 修改后燃油系統(tǒng)畫面Fig.1 Modified fuel system screen

變頻器安裝在化學配電室的變頻器柜內(nèi)，在變頻器殼體的前門裝有一個按鍵界面（控制板），運行人員可通過手動操作實現(xiàn)對兩臺變頻泵的控制。3號泵為工頻泵，作為緊急情況下的備用，啟停操作也在化學配電室內(nèi)完成。正常情況下，燃油系統(tǒng)的運行方式為1號或2號變頻泵變頻方式運行，變頻器根據(jù)燃油母管壓力實現(xiàn)變頻調(diào)節(jié)。

運行人員對油泵的啟停、母管油壓的設(shè)定等操作都需要到就地變頻器柜處，在按鍵界面上進行，不僅增加了設(shè)備操作的難度，增加了操作所需的時間，而且遇到運行中的油泵因故障跳閘等緊急情況時，沒有聯(lián)鎖啟動備用泵功能，仍需運行人員去往就地配電室手動啟動備用泵。此時燃油將中斷，從安全性和可靠性上都不利于機組的長期穩(wěn)定運行。

2 計劃改造的主要內(nèi)容

針對燃油系統(tǒng)存在的問題，經(jīng)過設(shè)計與可行性的研究，計劃對燃油系統(tǒng)進行改造，以實現(xiàn)以下功能：

1）上位機增加3臺油泵的操作端，運行人員可通過上位機操作，完成對1、2號供油泵的遠程變頻控制操作和3號供油泵的遠程工頻控制操作；1、2號供油泵不設(shè)置遠方工頻啟動、遠方工頻停止的相關(guān)操作端。

2）正常方式下，1號或2號供油泵默認以變頻方式運行，3號供油泵備用。當燃油系統(tǒng)母管油壓低或運行的變頻泵故障停運時，聯(lián)鎖啟動投入備用的3號供油泵，以保證供油系統(tǒng)的安全運行。

3）當1號或2號供油泵以變頻方式運行，而3號供油泵因檢修無法運行或未投入備用時，可將另一臺未運行的變頻泵投備用。變頻泵“備用”狀態(tài)的投入與切除作為變頻泵“工頻”與“變頻”方式切換的信號送往變頻器，以供變頻器在工頻與變頻狀態(tài)之間切換。當系統(tǒng)油壓低或運行的變頻泵故障停運時，以工頻方式聯(lián)鎖啟動投入備用的變頻泵（已切工頻旁路），但不允許兩臺及兩臺以上供油泵（包括3號供油泵）同時投備用。

4）1號或2號供油泵在變頻方式模式下運行時，可通過上位機切換手動和自動模式：手動模式由運行人員手動調(diào)整變頻器頻率來調(diào)節(jié)供油母管油壓；自動模式由運行人員通過設(shè)定油壓控制目標值來控制供油母管油壓[2]，但要對1、2號變頻泵自動模式設(shè)置相互閉鎖，禁止兩臺變頻泵同時投入自動，否則將影響供油母管油壓的自動調(diào)節(jié)。

5）上位機增加1、2號變頻泵的狀態(tài)信息，包括：遠方/就地方式、變頻運行反饋、變頻停止反饋、變頻故障反饋、工頻運行反饋、工頻停止反饋、工頻故障反饋等。

3 燃油系統(tǒng)遠程控制改造方案的確定與實施

經(jīng)過設(shè)備部、發(fā)電部相關(guān)專業(yè)人員與會討論，并最終確定了燃油泵變頻邏輯遠程控制方案。

3.1 燃油系統(tǒng)畫面修改方案

3.1.1 增加3臺油泵的操作端，增加DCS至燃油遠程柜的IO信號（需敷設(shè)電纜供信號傳輸），其中開關(guān)量信號5路，模擬量信號1路

1）工頻啟動指令：干接點，發(fā)出5s脈沖信號，供油泵以工頻方式啟動。

2）工頻停止指令：干接點，發(fā)出5s脈沖信號，供油泵工頻停運。

3）變頻啟動指令：干接點，發(fā)出5s脈沖信號，供油泵以變頻方式啟動。

4）變頻停止指令：干接點，發(fā)出5s脈沖信號，供油泵變頻停運。

5）工頻/變頻切換指令：干接點，發(fā)出3s脈沖信號，供油泵變頻器在變頻狀態(tài)與工頻旁路狀態(tài)之間切換。

6）模擬量：供油泵變頻器頻率設(shè)定值。

3.1.2 增加燃油遠程柜至DCS的IO信號（需敷設(shè)電纜供信號傳輸），其中開關(guān)量信號有7路，模擬量信號1路（燃油母管油壓信號已上傳）

1）遠方/就地方式反饋。

2）變頻運行反饋。

3）變頻停止反饋。

4）變頻故障反饋。

5）工頻運行反饋。

6）工頻停止反饋。

7）工頻故障反饋。

8）模擬量輸出：油泵變頻器頻率輸出。

3.2 燃油系統(tǒng)邏輯修改方案

3.2.1 1號供油泵工頻方式下邏輯（1號與2號供油泵相同）

1）啟動允許（與邏輯）：

① 1號供油泵變頻器在工頻模式。

② 1號供油泵遠方模式。

圖2 1號供油泵變頻自動調(diào)節(jié)邏輯（2號供油泵相同）Fig.2 No.1 Oil supply pump variable frequency automatic adjustment logic (No.2 Oil supply pump same)

圖3 3號供油泵邏輯Fig.3 No.3 Oil supply pump logic

③ 1號油泵變頻器無故障。

2）聯(lián)鎖啟動（1號供油泵備用模式下，或邏輯）：

① 2號供油泵停止，發(fā)出3s脈沖信號。

② 3號供油泵停止，發(fā)出3s脈沖信號。

③ 供油出口母管壓力低，延時2s，發(fā)出3s脈沖信號。

④ 供油泵出口母管壓力小于2.6MPa，延時2s，發(fā)出3s脈沖信號。

3）保護停

1號供油泵工頻故障。

3.2.2 1號供油泵變頻方式下

1）變頻啟動允許（與邏輯）：

① 1號供油泵在變頻模式。

② 1號供油泵遠方模式。

③ 1號供油泵變頻器無故障。

2）保護停止：

1號油泵變頻器變頻故障。

3）1號泵變頻器自動調(diào)節(jié)方式投入條件（與邏輯）：

① 1號油泵變頻運行。

② 1號供油泵無自動切除條件。

4）1號泵變頻器自動調(diào)節(jié)方式切除條件（或邏輯）：

① 1號供油泵未在變頻方式下運行。

② 1號油泵變頻器變頻故障。

③ 2號供油泵在自動狀態(tài)。

④ 供油母管壓力測點變壞點。

⑤ 1號油泵電機轉(zhuǎn)速指令與反饋偏差大。

⑥ 燃油母管油壓設(shè)定值與測量值偏差大。

5）增加燃油自動調(diào)節(jié)邏輯，引入PID調(diào)節(jié)器和模擬量控制M/A站進行燃油母管油壓的自動調(diào)節(jié)。

3.3 工頻供油泵邏輯（3號供油泵未加裝變頻器，只在工頻方式運行）

3.3.1 啟動允許（與邏輯）

1）3號供油泵遠方模式。

2）3號供油泵無故障。

3.3.2 聯(lián)鎖啟動（備用模式下，或邏輯）

1）1號油泵停止運行，發(fā)出3s脈沖信號。

2）2號油泵停止運行，發(fā)出3s脈沖信號。

3）供油出口母管壓力低，延時2s，發(fā)出3s脈沖信號。

4）供油泵出口母管壓力小于2.6MPa，延時2s，發(fā)出3s脈沖信號。

3.3.3 保護停

3號供油泵故障。

根據(jù)制定好的改造方案，利用機組雙停檢修時機，對燃油系統(tǒng)進行了改造，最終成功完成了基于DCS的燃油系統(tǒng)遠程控制的改造。

4 調(diào)試驗收

改造完成后，制定合理的實驗方案。在機組工況允許時，對燃油系統(tǒng)進行靜態(tài)試驗和動態(tài)試驗。由上位機分別對各供油泵進行啟動、停止操作，確認各油泵動作正確，狀態(tài)反饋信號正確。通過手動停止油泵和仿真燃油母管油壓信號達到聯(lián)鎖值等方法，聯(lián)鎖啟動相應投入備用的供油泵正確。檢查確認各供油泵邏輯各環(huán)節(jié)運行正常、參數(shù)配置合理、手自動切換正常、保護聯(lián)鎖正確，對變頻器和燃油母管壓力的手動、自動控制滿足系統(tǒng)要求[3]。

5 總結(jié)

基于DCS的燃油系統(tǒng)遠程控制的改造方案是可行的，大唐臨汾熱電有限責任公司針對燃油系統(tǒng)原有運行方式中存在的問題進行優(yōu)化升級，最終設(shè)計并完成了燃油系統(tǒng)遠程控制的改造。改造后設(shè)備運行穩(wěn)定，運行人員可通過上位機對供油系統(tǒng)進行遠程控制，極大方便了運行人員的操作，降低了工作量，且增加了母管油壓聯(lián)鎖保護功能，極大提升了系統(tǒng)安全性與可靠性；變頻泵投入自動后，由邏輯自動調(diào)節(jié)燃油母管油壓，調(diào)整效率進一步得到提高，為本廠的長期安全運行打下了良好的基礎(chǔ)。