江油电厂#8机组的DCS改造案例

　　一、工程背景
　　
　　江油电厂是四川目前zui大的火力发电厂，其#８机组系９０年代初成套引进的法国ＡＬＳＴＯＭ公司的产品，机组容量为３３０ＭＷ，控制系统和控制设备亦随之引进。这套控制系统包括：单元机组控制台及模拟量控制系统ＭＩＣＲＯ－Ｚ（含ＦＲＧ炉控部分，ＫＲＧ机控部分），顺序控制系统ＣＯＮＴＲＯＢＬＯＣＴ２０，主汽机控制系统ＭＩＣＲＯＲＥＣ，数据采集处理系统ＣＥＮＴＲＡＬＯＧ等。由于机组引进时的时限性、局域性，该套控制系统自投用以来一直只能在ＣＲＴ上进行现场参数的监视测量，而实现机组的启、停及其它常规操作和控制均只能通过布置在操作台的大量操作按纽和手操器等来完成，这样就容易造成机组因监控点面多，运行人员不便于动态运行数据的监控，增加了运行人员的监盘难度，影响到机组的安全稳定运行。随着机组自动化水平要求的提高，自控技术向高精度、数字化的不断发展，机组的协调及远程调度ＡＧＣ功能的运用，原有那套“准ＤＣＳ系统”已不能再满足机组、高质量的运行要求，控制系统改造已是势在必行。
　　
　　二、系统硬件配置
　　
　　此次#8机组DCS控制系统改造，选用的是ABB贝利公司的SYMPHONYInfi90DCS系统，该系统为目前国内使用的主流DCS控制系统，该系统通过CRT及键盘和鼠标就能实现所有现场参数的监测和控制，机组的启停和正常运行，热力系统监控，报警处理，历史记忆，SOE等功能，所有的常规运行操作均可在OIS站上即可完成。除汽包水位CRT和炉膛火焰CRT外，取消了辅盘上所有的常规表计及光字牌。这套控制系统设计为如下几大功能块：
　　
　　①MCS（模拟量控制系统）
　　
　　②SCS（顺序控制系统）
　　
　　③BMS（锅炉燃烧器监控系统）
　　
　　④DAS（数据采集系统）
　　
　　⑤DEH（汽轮机数字电液控制系统）
　　
　　⑥ECS（电气量控制系统）。
　　
　　整套机组I/O点计4353点，电缆计1557根，各分系统功能块的主、子模件分散布置，操作集中控制，其主模件MFP（MultiFunctionProcessor）冗余配置，从MFP模件备份有与主MFP模件*相同的一套组态，从MFP模件一直处于热备用状态。在主MFP模件故障状态下，从MFP接替主MFP工作，保证了系统的安全。各功能块的主模件通过网络通信模件INNIS01，INNPM01连接到INFI-NET的双路环网LOOP1，LOOP2上；操作员站，打印站，EWS等则通过网络HUB连接，其网络信号线通过IMMPI01子模件与INFI-NET环网相连实现数据传输。#1，#3操作站主机（服务器）分别布置在#5DEH机柜和#9DAS机柜中，通过长驱再连至操作台，#2，#4操作站主机则就近布置。系统硬件配置如下：
　　
　　I/O机柜14个模件柜8个
　　
　　AC电源柜1个历史站1个
　　
　　工程师站1个打印站1个
　　
　　操作员站4个GPS系统1套
　　
　　（系统连接图略）
　　
　　三、DCS系统改造的特点
　　
　　3.1电源系统
　　
　　DCS模件柜为双路220VAC电源供电，双路电源互为备用，一路交流主电源来自电气保安段，一路交流电源来自电气UPS。双路交流电源经布置于模件柜的双路电源模件IPBLC01（本身自带电源切换装置和状态报警输出接点）处理后输出+5V，+15V，-15V，+24V，+48V等直流电源，分供连接到各BUSBAR电源总线上，其中+5V，±15V，+24VDC电源用于提供给模件柜各主、子模件机架，为主、子模件供电，内供+24VDC电源用于端子模件板的电源，内供+48VDC为DI数据点提供信号查询电压。外供+48VDC电源由电气直流装置室提供，分9路供给SCS、ECS各端子柜，用作各路DO输出点的控制电，外供48VDC连到各柜内后由多路空气开关按分系统进行配电，达到由空气开关按容量分配供电的目的，这样就使外供48VDC电源在各分系统之间能够相互隔离，避免了某一分系统出现接地等故障时，而引发其它分系统的48VDC电源故障。
　　
　　3.2接地系统
　　
　　江油电厂#8机组的DCS改造，所采用的贝利公司SYMPHONYInfi90DCS系统，该系统原则上不要求设置的仪表地，这与常规设计有一定的区别。该套DCS系统只有一个统一的公用地—即电气地。按贝利公司可行而成熟的设计方案，在要求接地地极接触电阻小于5Ω的情况下，再将电气地再区分为DCCOM和ACCOM，即直流地和交流地。ACCOM用于外部弱信号的屏蔽地，如：热偶、热阻、电流信号等，ACCOM为故障电流和高频噪声提供了一个低阻抗的排泄通道，使设备外壳与地处于等电位。而DCCOM则作为内供48VDC，24VDC等直流电源的公共地负端，它为系统的数字式过程控制建立了一个零电位参考点，同时它也可以有效地消除高频噪声。实际上，贝利公司已将DCCOM和ACCOM在DCS模件柜内相互连通，不再需要专门的直流地系统。而在各系统模件柜（通过交流电源系统模件柜已与电气地相互连接）和端子柜之间，DCCOM采用星形接法而互连，采用这种连接方法可以避免连接线中间某一环节脱落而造成的全DC系统的瘫痪；而ACCOM由于只作为屏蔽地，故其连接方式设计为盘间串向互连即可。
　　
　　3.3DEH系统
　　
　　江油电厂#8机组的DEH系统包括OPC，BTC，ATC，TSI，ETS，VMDS等一系列功能。改造前的主汽机控制系统由以下几部分组成：
　　
　　（1）GSE001AR柜即汽机保安柜，含ETS，调门活动实验等功能。
　　
　　（2）GMA001AR柜即本体测量柜，含TSI及汽机本体的温度压力检测点。
　　
　　（3）GRE001AR，GRE002AR，GRE003AR柜即AGC，调门控制，机组并网升荷等功能。这次DCS改造，已将其中的AGC功能已移至MCS，原改造设计除TSI系统外，其余的系统全部拆除，纳入新DEH。
　　
　　在实际调整实验过程中，由于贝利公司提供的电液伺服驱动卡IMHSS03（HydraulicServoSlave）,其输出的调门电/液驱动电流zui大只能够达到±40mA左右，而原ALSTOM公司成套所配套的高、低压调门的控制驱动电流为±600mA左右，贝利DEH的伺服卡件不能输出如此高的电/液伺服驱动电流。考虑在新DEH中再加入中间级驱动放大，被认为系统安全性不稳而只有放弃。zui终的连接方案为：保留原有的GRE003AR调门控制柜不动，由贝利DEH提供标准的电流驱动控制信号，原GRE003AR系统再负责成比例的放大，再用于输出以驱动高、低压调门。除GRE003AR调门控制柜保留外，GRE001AR柜中还保留了TSI的全部卡件和信号，如：高、低压胀差和轴向位移等，但对其中的汽机转速、轴振动信号作了部分的改动，原配的TSI系统为AMREIN系统，其轴振信号只有Y方向轴承振动。这次改造在就地新加装了X方向BENTRY轴振动探头，X向轴振动探头对应于新装的BENTRYDM2000系统，其模拟量输出值可直接送到DAS系统显示分析报警。这样就可以达到对任何一个汽机轴瓦实现X-Y方向轴振及瓦振的在线监测，满足了机组全频分析的需要。汽机测速探头，原系统为5只（3只测速式探头，2只磁阻式探头），其中3只测速式探头用于汽机超速保护，一只磁阻探头用于GMAST001系统转速控制，另一只用于汽机机头盘机头转速表。这次改造，除机头转速表对应的磁阻探头予以保留外，其余转速探头全部拆除，新装了6个BENTRY电涡流式转速探头，这6个转速探头用于TSI超速保护和DEH，进DEH的3个转速信号由IMFCS（FrequencyControlSlave）子模件负责采集处理，经3取2软逻辑后用于DEH转速控制的标准信号，其软逻辑输出的110%超速信号由DEH硬连接至ETS；另外3个转速涡流探头信号则送入DM2000的BENTRY转速通道，当转速通道信号达到设定的转速高高限后，3个高高限转速通道输出的DO信号经3取2硬连接后，直接输出超速硬接点到ETS而遮断汽机。
　　
　　3.4BMS系统
　　
　　在锅炉BMS系统中，主MFT联跳给粉机主电源采用了硬接线方式，其余MFT的输出接点则为环路结点。给粉主电源为双路交流电源主备互相切换供电，原给粉机在正常运行时，如发生给粉机主备电源因故障切换时，会发生给粉机因电源切换的ms级时差而瞬时全部停转，发出给粉机全停故障信号后，引发锅炉主MFT动作，严重影响到系统的安全稳定运行（虽然给粉机的控制指令在上述情况下一直处于正常值给定）。现DCS对给粉机全部故障信号发生后，作了如下修改，增加了1秒延时处理后DCS系统才确认为全部给粉机跳闸，DCS才会发出停给粉机的工作指令。又对给粉机变频器的参数作了进一步的重新整定，现将给粉机ABB变频器的断电保护功能设置成无效后，使切换给粉电源时给粉变频器由掉电到发出故障信号的时间延时了500ms，躲过了电源切换的ms级时差。现经调试验证后，确保了给粉主备电源因故切换时给粉机的正常运行不再受到切换影响，也不再会发生给粉机瞬间报故障全停的现象，保证了系统的安全。对于火检系统，为了提高灭火保护的准确度，此次将两层天然气（FDA层，FDD层）和一层煤（FEA层）的火检系统进行了改造，选用了增强型的火检处理装置，这种火检装置可通过软件设置来判测火焰的强度和频率，并有记忆和学习功能，提高了系统的可靠性和安全性。
　　
　　3.5ECS系统
　　
　　将电气ECS系统纳入DCS是此次DCS改造的一大特色。ECS的系统控制，除包括常规的电气高、低压开关的分、合及状态显示，还包括有励磁系统控制，发变组同期及并网等功能。发变组同期为软逻辑实现，作为后备手操，电气辅盘还保留有原有的自动同期装置。
　　
　　3.6GPS系统
　　
　　通过卫星天线（布置于炉顶）和T-GPS2022电力系统时钟同步主机，接受卫星时钟同步信号，产生的标准时钟同步信号送到各分系统的时钟同步模件NTST01，从而为各分系统提供了准确的同步时钟，为事故SOE，顺序记录提供了准确的时钟参考点，保证了整个DCS网络的时钟同步。
　　
　　3.7外挂系统
　　
　　DCS除以上各功能块外，外挂系统还包括：⑴低旁控制系统；（2）磨煤机噪声控制系统；（3）炉管泄漏监测系统；（4）一次风在线监测系统；（5）吹灰程控系统；（6）空预器间隙调整系统，对这些系统，由于其已采用独立的PLC控制，DCS只需对其发出启、停指令和返回其系统状态作为监视报警即可，如低旁控制。而其余各子系统的控制，则由人为控制PLC来完成系统启停，其与DCS的只需取其报警接点硬连接至DCS或DCS送出闭锁接点即可。DCS系统还提供有串行接口，通过RS-232串口与外部设备通讯，但系统必须进行隔离。
　　
　　四、DCS改造的几点体会
　　
　　4.1硬接线问题
　　
　　由于取消了辅盘及所有常规仪表，各分系统之间的数据通信采用例外报告和数据打包技术来实现，当网络通信发生故障时，各控制系统仍可单独运行。对于一些重要参数，如：SOE数据，手动MFT，手动跳机，发变组故障跳，主机油系统紧急启动等则均采用硬接线方式来实现，操作台设计有其后备手操按纽，按纽的硬接线输出接点分别送出至DCSDI点和DO点各一个，DO点直接用于控制回路硬输出，而DI信号则进入逻辑组态作为FirstOut信号而使用。
　　
　　4.2ETS问题
　　
　　ETS（EmergencytripSystem）,作为主汽机紧急跳机的保护系统，各输入输出保护信号的接口均为硬接线。常规设计是将其独立于DEH之外，单独采用双路PLC来完成，跳机逻辑由PLC组态来实现，这样设计的目的是基于系统安全性和响应速度等原因。江油电厂#8机组DCS改造的ETS直接纳入DEH，作为DEH的一部分而存在，这种设计尚不多见。当然，从经济、盘柜数量方面来考虑，这种折中方案也还是可行的。
　　
　　4.3电子版化施工
　　
　　此次DCS改造，改造图纸全部电子化是一大特色。由于无具体主设计方，我方，江油电厂，ABB贝利从改造施工前期，就开始了紧密而细致的配合。电子版化图纸，为数据的检索、分类、索引、统计、匹配、定位、打印等一系列繁复的工作提供了基础。在实践过程中，我方技术人员大量运用VisualFoxPro等编程软件，对原始的电子版化图纸进行了大量的数据处理，使之能zui终能满足现场施工的要求。事实证明，我们的运用处理相当成功，这就为DCS改造的顺利完成创造了*的条件。
　　
　　4.4人性化的界面设计
　　
　　在操作员站CRT中，有#8机组的所有系统的操作、所有测点的监控画面，画面动态地显示了所有的过程参数和设备运行状态。而且作为程序控制功能，还为各系统提供了程序允许、程序启动、程序停止等的联锁跳闸逻辑条件、报警信号、跳闸原因（即首出）。这些动态信号为运行人员提供了极大的帮助，使操作员能够及时调整工况，保证了设备的长期安全的运行。系统还具有操作员操作记忆功能，可追忆任何时刻操作员对机组设备的操作，可以进行控制方式的优化和事故原因的分析。
　　
　　4.5其它
　　
　　在机组调试过程中，我们发现部分DI点因为电缆绝缘老化等原因，线路产生的信号干扰电压有120V左右，严重威胁到卡件的安全，为此，对部分电缆进行了更换，对部分DI点我们增加了继电器隔离。系统改造后使AGC功能也能够顺利实现，使机组能够直接接受调度负荷指令，提高了机组上网的竞争能力。
　　
　　五、结束语
　　
　　江油电厂#8机组的DCS改造，从旧系统拆除到新系统的安装调试完成，机组投入正常运行，前后历时35天。从改造后的情况看，质量、效果还是令各方满意的，运行人员的监盘强度大大减轻了，方便了运行人员的监控。事实证明，江油电厂#8330MW机组DCS机、电、炉一体化改造是*成功的。