西門子T3000控制系統(tǒng)優(yōu)化實例

韓鵬高，張成

（國家電投協(xié)鑫濱海發(fā)電有限公司，江蘇 濱海 224500）

0 引言

DEH系統(tǒng)在機組運行期間出現(xiàn)故障會直接影響機組的正常運行，甚至造成嚴重后果。國電投濱海電廠一期2×1000MW機組汽輪機采用上海汽輪機有限公司和西門子聯(lián)合設(shè)計制造的超超臨界一次中間再熱、反動式、單抽、四缸四排汽、單背壓、凝汽式汽輪機。DEH系統(tǒng)采用西門子的T3000控制系統(tǒng)，西門子體系的超超臨界機組控制思想、邏輯實現(xiàn)方式有自己的特點，在機組運行調(diào)試期間，發(fā)現(xiàn)一些邏輯與實際工況不同或存在漏洞，根據(jù)實際情況，有針對性地對DEH系統(tǒng)出現(xiàn)的問題進行優(yōu)化，提高設(shè)備可靠性[1]。

1 直流控制電源優(yōu)化

在兩臺機組運行過程中，機組多次出現(xiàn)主廠房A段和B段110V直流2號配電屏1段21#饋線絕緣故障，造成電氣直流電源控制屏兩路110V電源都報接地故障。

從電氣送出的A、B段直流110V分別經(jīng)Q1、Q2后，一部分直接送至MFT柜和DEH柜，一部分經(jīng)隔離裝置和二極管后送至母排，供其余用戶使用。

兩路從熱控110VDC電源柜內(nèi)Q03、Q04空開送出的電源，正端分別經(jīng)空開Q4、Q5和二極管D2后接在一起供給用戶+58VDC，而兩個負端未經(jīng)二極管隔離，直接短接后供給用戶-58VDC。

根據(jù)圖1和圖2可以看出，兩路110VDC電源的負端在DEH側(cè)被短接在一起。

圖1 DEH 原系統(tǒng)直流控制電源電氣圖

圖2 DEH 原系統(tǒng)直流控制電源原理圖

當A段負端有接地時，B段必然會檢測出有接地；當A段正端有接地時，為保證正負之間電壓穩(wěn)定，電氣側(cè)穩(wěn)壓裝置會將A段負端電壓被負向拉大，而A、B段負端被接在一起，B段負端電壓也被負向拉大，為了保證B段正負之間電壓穩(wěn)定，電氣側(cè)穩(wěn)壓裝置會將B段正端電壓正向減小，因此會出現(xiàn)B段也接地的報警。所以不管A段正端還是負端接地，B段都會報接地報警，反之，不管B段正端還是負端接地，A段也都會報接地報警。A、B兩路電源有一路電源有接地現(xiàn)象將會拉低直流系統(tǒng)兩路電源的輸出電壓。

檢查發(fā)現(xiàn)西門子廠家設(shè)計中這種是針對直流電源負端為0的項目設(shè)計，供電方式為+110VDC和0VDC。而我廠目前使用的供電方式為+58VDC和-58VDC，致使將A、B段兩路連接起來，實際為-58V，產(chǎn)生環(huán)流引起，造成絕緣誤報。故將直流系統(tǒng)電源A段增加電源隔離裝置改造，避免環(huán)流，消除了電氣直流110V兩路電壓均被拉低及兩路都報接地故障的隱患。如圖3所示。

圖3 優(yōu)化后的DEH 系統(tǒng)直流控制電源電氣圖

該直流供電線路修改后，機組運行至今未發(fā)生直接電源絕緣故障報警。

2 FM458 控制邏輯優(yōu)化

兩臺機組DEH經(jīng)常性出現(xiàn)單側(cè)458控制器故障報警，同時controller not ok信號觸發(fā)，負荷控制器閉鎖。將負荷控制器閉鎖釋放，控制無異?！，F(xiàn)場狀態(tài)指示燈正常。

西門子T3000控制系統(tǒng)，CPU型號有兩種，一種是S7-410，用于運算處理不需太快的普通回路，例如EH油泵、疏水閥等；一種是FM458，用于控制負荷、轉(zhuǎn)速、大機閥門等需要高運算速度的閉環(huán)回路。FM458必須依托S7-410 CPU才能實現(xiàn)控制功能，F(xiàn)M458與S7-410之間通過底板通訊。兩側(cè)458從數(shù)據(jù)采集、邏輯控制、指令輸出均相對獨立，為了保證最終輸出的一致性，系統(tǒng)內(nèi)部建立了同步機制，即一側(cè)458數(shù)據(jù)有偏差后，會發(fā)出報警，并自動向另一側(cè)458同步，直至數(shù)據(jù)一致。打開458報警邏輯頁，如圖4所示。

從圖4中可以看出，右側(cè)FM458故障（③）由FLT_FMR1（①）和FMNOKR1（②）二取一輸出（或邏輯）。FLT_FMR1：全稱Fault live beat FM in rack1，表征右側(cè)FM458停止工作。

圖4 F M458報警邏輯原理圖

FMNOKR1：全稱Function FM in rack 1 is not OK，表征右側(cè)FM458功能不正常。從中可以看出右側(cè)458故障是FMNOKR1信號導(dǎo)致，F(xiàn)LT_FMR1未曾觸發(fā)。即右側(cè)458有過不正常，但未停止工作。另外，通過查詢，可以肯定期間各通訊正常，數(shù)據(jù)交換正常，未發(fā)生過CPU切換現(xiàn)象，左側(cè)一直為主CPU，右側(cè)為輔CPU。通過查閱西門子廠家說明書，F(xiàn)MNOKR1觸發(fā)的原因為左、右側(cè)FM458數(shù)據(jù)不同步。兩側(cè)458從數(shù)據(jù)采集、邏輯控制、指令輸出均相對獨立，但為了保證最終輸出的一致性，系統(tǒng)內(nèi)部建立了同步機制，即一側(cè)458數(shù)據(jù)有偏差后，會發(fā)出報警，并且自動向另一側(cè)458同步，直至數(shù)據(jù)一致。對功率轉(zhuǎn)速控制NPR邏輯圖中模塊PIR10F模塊參數(shù)TF設(shè)定值（延時時間冗余故障時間）改為5秒。當機組負荷快速變化時，兩個458控制器中的內(nèi)部參數(shù)偏差超過（LK的設(shè)定值）4.5%時，避免延時超過TF設(shè)定的時間會發(fā)生458故障報警。

3 TSI 信號Channel NOT OK邏輯優(yōu)化

西門子超超臨界汽輪機軸瓦保護振動邏輯的設(shè)置原理是當兩路軸瓦振動信號均到跳閘值、兩路TSI測量信號均故障、兩路TSI通道均故障時延時5秒后觸發(fā)軸瓦振動保護，再延時0.1秒后動作跳機，以保證汽輪機的安全。

因為勵磁機的干擾、打雷或者不明原因的干擾以及共用負端端子接線螺絲松動都會導(dǎo)致軸瓦振動傳感器“Channel NOT OK”信號誤發(fā)的情況，因此將該保護刪除。

采用艾默生CSI6500系統(tǒng)模件輸出至T3000系統(tǒng)的模擬量信號作為保護信號，對該信號進行質(zhì)量判斷，將質(zhì)量判斷信號作為測量通道異常的判據(jù)，并將該判斷信號運用于保護邏輯。不建議采用“測量通道故障”信號參與邏輯設(shè)計，但應(yīng)將之設(shè)置為報警。為了提高保護動作的可靠性和準確性，充分平衡保護的拒動和誤動的概率，建議遵循以下原則[2]：

在A/B通道信號正常時，進行“二取二”越限判斷，只有當A/B 通道信號同時大于跳閘時，延時發(fā)出跳機指令；單通道信號異常時，屏蔽雙通道故障通道的跳機保護，并對正常通道的信號進行判斷，大于跳閘值時，延時發(fā)出跳機指令；在A/B通道信號同時故障，在DCS中失去對振動數(shù)值的監(jiān)視時，延時發(fā)出跳閘信號。

4 DEH 其他相關(guān)優(yōu)化

4.1 布朗卡內(nèi)部參數(shù)修改

將E1655的P01.04改為0、P02.04、P02.05、P02.06、P02.07改為0，將E1696的P02.03改為1。防止運行過程中，其中一路轉(zhuǎn)速故障即可以在線將故障的轉(zhuǎn)速線拆掉，并接一路信號，只接信號和0位兩根線就可以。拆線和短接的時候轉(zhuǎn)速會跳變和變?yōu)?，不必擔(dān)心，不會跳機。過程中最好不碰到其他轉(zhuǎn)速線，防止其他轉(zhuǎn)速會影響。拆線后，DEH盤上的轉(zhuǎn)速/負荷控制器會閉鎖，需提醒運行人員先不復(fù)位，等轉(zhuǎn)速恢復(fù)正常后再復(fù)位。在此過程前，應(yīng)提前切AGC，保持負荷不變，否則鍋爐側(cè)在隨AGC調(diào)節(jié)，汽機側(cè)閉鎖，會導(dǎo)致閥門不斷開或不斷關(guān)，從而泄壓或超壓。

4.2 一次調(diào)頻部分優(yōu)化

我廠協(xié)調(diào)控制采用鍋爐跟隨方式，機調(diào)負荷，爐調(diào)壓力、給水控制溫度。DCS接受調(diào)度AGC指令信號，通過計算后負荷信號至DEH，控制調(diào)門開度直接響應(yīng)AGC負荷，主汽壓力變化至鍋爐主控，調(diào)節(jié)燃料、給水、配風(fēng)、噴水減溫等維持汽壓，從而達到汽機、鍋爐的能量平衡。其中變負荷前饋指令分別送至燃料、給水、風(fēng)量、減溫水等進行調(diào)節(jié)。為提高一次調(diào)頻響應(yīng)前饋系數(shù)設(shè)定值由30調(diào)整至38；DEH側(cè)變負荷前饋系統(tǒng)系數(shù)設(shè)定值由0.8調(diào)整至0.85。

DEH控制系統(tǒng)內(nèi)在限壓方式下當主蒸汽壓力實際值小于壓力設(shè)定值0.8MPa時禁止升負荷，小于1.0MPa時退出負荷控制，進入壓力控制模式確保主蒸汽壓力正常，因此當負荷快速上升時如果汽輪機閥門開啟較快，鍋爐跟隨較慢，容易造成實際主蒸汽壓力下降當達到定值時負荷不再上升，影響機組AGC速率。DEH控制系統(tǒng)內(nèi)在限壓方式下當主蒸汽壓力實際值小于壓力設(shè)定值1.6MPa時禁止升負荷，小于2.0MPa時退出負荷控制，壓力控制器起作用?？梢员苊饪焖偕摵蓵r由于壓力降低而對負荷進行限制導(dǎo)致AGC及一次調(diào)頻不能及時動作。

4.3 DEH控制系統(tǒng)功率信號邏輯優(yōu)化

兩臺機組并網(wǎng)初期會有20秒左右的逆功率，威脅機組并網(wǎng)安全。逆功率過大超出功率信號量程，導(dǎo)致功率信號壞點切壓力控制回路，從而影響機組帶初負荷的速度[3]。DEH功率信號取自繼保三組功率變送器，在DEH內(nèi)部進行三選處理，DEH功率信號進行質(zhì)量判斷改為上限大于19.8mA，下限小于2.0mA。功率信號壞點切除初壓模式增加20秒延時。機組并網(wǎng)后，有效負荷設(shè)定值從零開始上升，導(dǎo)致并網(wǎng)后高調(diào)門開度較小，提高并網(wǎng)后有效負荷設(shè)定值，加大高調(diào)門開度，提升機組帶負荷能力。

4.4 主汽門反饋

汽輪機啟機初期，左右兩側(cè)主汽門反饋頻繁波動，反饋電流值在100%開度對應(yīng)電流值上下波動，時常出現(xiàn)主汽門開反饋瞬間消失和主汽門全開狀態(tài)來。

由于LVDT直接與閥門的油動機連接，靠近蒸汽閥門本體，環(huán)境溫度高，同時一些工程在基建安裝期間使用的信號電纜經(jīng)過一段時間的運行后，信號電纜的絕緣性能下降，屏蔽功能不良，容易造成LVDT的信號回路串入干擾信號，使LVDT產(chǎn)生虛假信號。且就地接線盒長期處于振動環(huán)境下，LVDT屏蔽層與屏蔽線為外接線，沒有很好的焊接，易松脫，致使外界干擾影響電流反饋跳變，優(yōu)化建議信號線改用內(nèi)徑2.0mm的控制線[4-6]。

5 結(jié)語

本文中優(yōu)化的直流控制電源優(yōu)化、FM458控制邏輯優(yōu)化、TSI信號Channel NOT OK邏輯優(yōu)化等均在后續(xù)的同類型機組中得到應(yīng)用。在理解并忠于西門子1000MW汽輪機DEH的設(shè)計思想的基礎(chǔ)上，根據(jù)機組的實際運行狀況，優(yōu)化ADDFEM卡件模擬量信號負端接地、瓦溫為單元件三支芯增加瓦溫測量孔、西門子1000MW汽輪機跳閘保護，使保護邏輯與機組運行情況有機結(jié)合，從而有效解決了現(xiàn)場控制系統(tǒng)中存在的問題，提高了西門子1000MW汽輪機保護的可靠性。