国产300MW火电机组DCS控制系统改造分析.pdf

第 3 2卷第 1期 湖南电力 HU N A N E I C T R I C P O WE R 2 0 1 2年 2月 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 8 0 1 9 8 ． 2 0 1 2 ． 0 1 ． 0 1 9 国产 3 0 0 MW 火电机组 DC S控制 系统改造分析 叶青 中国电能成套设备有 限公 司海阳项 目部 ，山东 海阳 2 6 5 1 1 6 摘要 介绍 国产 3 0 0 MW 火电机 组 D C S控 制 系统 由 MA X一 1 0 0 0集散控制 系统改 为 MA X D N A分散控制 系统的原因、方案 、技 术特点及 改造经验 ，为 国内同类电厂的 D C S 控 制 系统改 造提供 借 鉴 。 关键词 3 0 0 MW 火电机组 ；D C S控制 系统 ；改造 中图分类号 T M 6 2 1 ； T P 2 7 3 ． 5 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 8 - 0 1 9 8 2 0 1 2 0 1 , 0 0 6 0 0 3 江西丰城发 电厂 1机组是 1 9 9 6年投产的国产 引进型 3 0 0 MW 机组 ，锅炉为 H G 1 0 2 5 ／ 1 8 ． 2 6 一 Y M6 型亚临界控制循环 汽包炉 ，单 炉膛 、一次 中间再 热、平衡通风、露天布置、固态排渣、钢炉架、Ⅱ 型烟煤炉 ；汽轮机 为 N 3 0 0 1 6 ． 7 ／ 5 3 8 ／ 5 3 8型亚 临 界、一次中间再热、双缸双排汽 、单轴、反动凝汽 式 ；发电机为 Q F S N 2 3 0 0 3型三相、同步 、水氢 氢冷却方式 。 1 控制系统改造的必要性 1机组 的 D C S系统原 配 置有 MA X一1 0 0 0和 WD P F 2套 系统 ，其 中 MA X1 0 0 0系统完 成 MC S 系统、F S S S系 统、S C S系 统 、D A S系 统 功 能 ， WD P F系统完成 D E H系统 、ME H系统功能。MA X 一 1 0 0 0系统是美国利诺公 司于 2 0世纪 8 0年代后期 推出的分散控 制系统 ，该系统在国内应用并不多 ， 其最新的产 品是芬 兰美卓 公 司的 MA X D N A系统 。 WD P F系统是美国西屋公 司于 2 0世纪 8 0年代后期 推出的分散控制系统，该系统在国内应用较多， 其 最新的产品是美国艾默生公司的 O v a t i o n系统。 D C S系统使用寿命一般为 1 0年。自1 9 9 6年底 投产至 2 0 0 8年 ，2套 D C S系 统运 行 时间 已达 l 2 年，存在设备老化和工作站、D P U 、网络设备等备 件厂家不再提供 备 品支 持等 问题 ，且备 品备 件稀 缺 ，采购困难 ，价格昂贵 。因此 ，急需对其进行改 造或升级。 收稿 日期 2 0 1 1 - 1 2 1 3 6 0 2 D C S系统改造方案 此次改造，将控制系统改为上海某公司提供的 MA XD N A集散控制系统 D C S 。总体方案是 采 用机炉一体化控制方案，即只采用 1 套 D C S系统 来实现火电厂主机设备的控制。同时将旁路控制系 统、温度巡测仪、B T盘表计、气动基地式调节仪、 微机闪光报警系统纳入 D C S系统 中。 2 ． 1 DP U基本配置情况 见表 1 表 1 DP U配置 第3 2 卷第 1 期 叶青国产3 0 0 M W火电机组D C S 控制系统改造分析 2 0 1 2年2月 2 ． 2 工作站配置情况 见表 2 表 2 工作站配置 2 ． 3 旁路控制系统 B P C S系统 高低压旁路系统为汽机高、低压2级串联旁路 系统，旁路容量为 4 0 ％，原采用瑞士苏尔寿公司 A V 6 数字式分布控制系统。从投产使用情况看， 该系统除部分保护联锁外，各阀门在开机时基本作 为手动操作，运行人员通过手动开关阀门控制压力 和温度 。由于使用时间长 ，电子元件设备老化 ，随 着控制系统 的升级 ，购买备件很困难 ，费用 昂贵且 采购周期长。旁路控制系统改造随汽机专业的旁路 系统改造一起进行 ，采用 电动执行机构 阀门的控制 机构， 将旁路控制纳入 D C S控制，采用除保护联 锁外各阀门根据需要直接手动控制的简易方案。 2 ． 4 吹灰程控系统 吹 灰 程 控 系 统 原 采 用 S I E M E N S公 司 的 S I MA T I C S 5系列 的 P L C来实现 控制。改 造后 ，通 过通讯的方式，完成在 D C S系统的工作站上可进 行吹灰程控系统的监控与操作的功能。 2 ． 5其 它 B T盘 和表计 取消 B T盘上的主要 热工表计 和 MA X一 1 0 0 0系统的所有 手操 站 ，改为 D C S显示 及控制 。增加过热汽泄压阀控制按钮 ，在紧急情况 下可通过此按钮不经 D C S系统直接打开过热汽泄 压 阀。保留大机直流油泵、大机交流油泵 、汽机密 封油泵、空侧密封直流油泵电流显示表、A，B小 机交流油泵电流表。保留原 B盘上磨煤机联锁开 关 、锅炉联锁开关、给煤机振打按钮 ，保留氢气露 点表。保 留大小机直流油泵控制按钮、空侧直流油 泵按钮、大机盘车联锁开关 。 温度巡测仪取消温度巡测仪，将其纳入 D C S 中的 D A S系统中来实现显示。其中热电偶信号2 2 0 点，热电阻信号 1 4 0点。 气动基地式调节仪取消所有气动基地式调节 仪 ， 将其纳入 D C S中的C C S 系统中来实现控制。 微机闪光报警系统取消原 B盘、T盘上的热 工光字牌报警装置，改为 D C S系统报警，只在 B 盘上部位置保留4 0 个重要的热工信号报警光字牌。 3 D C S系统改造后的控制优化 1机组 D C S改造的原则是 以原控制逻辑为依 据，尽量保持原貌，但 由于新老 D C S系统在很多 逻辑功能的实现方式上有差别，另外，原控制逻辑 是在 1 0年前设计 的，不少控制技术和理念都有 了 较大的发展，因此在此次改造过程中，对一些控制 逻辑及过程进行 了优化 ，并利用 MA X D N A系统的 虚拟 D P U功能对所有 的控制组态进行 了模 拟静态 试验 ，确保逻辑组态 的可靠性 。 3 ． 1 B MS系统 B MS系统 的新 版与原版相 比较 ，其新版 系统 主要在油 系统 泄漏 试验 、 油燃烧器 管理等 几个部 分做了较大的修改，公共部分 包括 M F T ，O F T 、 吹扫、火检系统等及煤层逻辑基本与原逻辑一 致 。 1 油系统泄漏试验 原试验逻辑的设计思路只考虑了油母管燃油进 油快关 阀的泄露试 验 ，且试验过程过 于复杂 ，因 此 ，对这部分逻辑进行了重新设计。 新版油系统泄漏试验同时考虑了检验油母管燃 油进油快关阀、油母燃油 回油快关阀及油角阀的密 闭性 。泄漏试验分 2步 首先进行油母管进油快关 阀试验 ；然后进行油母管 回油快关 阀及油 角 阀试 验。启动该试验方法是操作员直接在 L C D上发出 启动泄漏试验指令 。同时，增加一个 D O输出 ，用 于旁路 M F T强关进油快关阀、回油快关阀信号。 2 炉膛吹扫功能 基本与原设计一致 ，只将原设计中与油泄露试 验有关 的内容进行了清理，使炉膛吹扫逻辑简洁明 了 。 3 主燃料跳闸 MF Y 增加了 MY T跳 闸继电器 ，在 MF T继电器输入 不对应逻辑 中相应增加了 MF Y跳闸继 电器的输入 。 4 油燃烧器管理逻辑 原逻辑的设计过于复杂 ，本次改造对这部分逻 辑进行了重新设计 ，大部分采用简洁明了的步序逻 辑来实现 ，并对相应的 B MS画面也进行了修改 。 5 制粉系统 与原设计基本一致 ，本次改造将原快速停磨取 消 ，在紧 急跳 磨 条 件 中增 加 了磨 推 力 轴承 温度 ． 61 第 3 2卷第 1 期 湖南电力 2 0 1 2年 2月 7 0 o C、 磨齿轮箱分配器油压 0 ． 1 4 5 M P a 。 3 ． 2 MCS系统 1 协调控制系统 控制原理与原设计基本一致 ，但对系统 的控制 逻辑 包括机炉主控的增减闭锁逻辑、手 自动切 换逻辑、A G C切投逻辑、R B逻辑等进行了优 化、修改 。 2 再热汽温控制 将再热器L／ 右侧 喷水减 温 阀改 为 串级 系统 ， 选取 D A S中的喷水减温 阀后 的温度作 为副调 控制 信号 ，以达到快速 响应温度 变化 的效果 ；增加 了 R B时强制关喷水 阀的命令 ，以防止汽温下降过快 甚至蒸汽带水。 3 过热汽温控制 一 级过热器温度控制与原设计基本一致 ，但增 加了 R B时强制关喷水阀的命令 ，以防止汽温下降 过快甚至蒸汽带水 ；二级过热器温度控制也与原设 计基本一致，只增加了 A，B侧喷水减温器后温度 设定偏置功能 ，利于 自动方式下运行人员根据锅炉 燃烧的情况分别设 置 A，B侧 喷水减温器后温度。 增加了 R B时强制关喷水 阀的命令 ，以防止汽温下 降过快甚至蒸汽带水。 4 其它 自动控制系统 本次改造对其他 自动控制系统基本没有做大的 修改，但都对控制逻辑进行了整理和优化。 燃料控制系统与原设计基本一致 ，本次改造增 加了变负荷工况下的前馈作用。 将磨煤机控制中磨煤机热风挡板改为调磨负荷 热一次风量 ，冷风挡板改为调磨出 口温度 。 一 次风母管压力控制增加了变负荷工况下 ，一 次风母管压力设定值的修正功能。 将基地式调节 凝汽器收集水箱水位 自动、 电泵密封水差压 自动、A汽泵密封水差压 自动、B 汽泵密封水差压 自动 、闭式循环水箱水位 自动、空 预器吹灰压力 自动等 1 3套 改为 D C S系统 的单 回 路控制系统 ，并 增加 了这些系统 的 S A MA图及 控 6 2 制逻辑图。 3 ． 3 汽机数字 电液控 制 D E I -I 、给水泵 汽轮机 控制【 ME I -I 与原设 计基 本一 致 ，本 次改 造取 消 了 ME H ／ D E H的 1 3 V电源故障跳机信号。 4 D C S改造经验及注意事项 施工前，各系统的接线图、端子图要做好、做 全 ，要有人专门负责端子接线图 ，对从现场到中间 端子直至 D C S控制 柜的接线要仔 细清查 。施工过 程 中，工作人员也应 随时进行检查 ，对查出的问题 要与施工单位重新核对 。 应尽量利用原有电缆 ，同时尽早对 电缆进行检 查 ，发现有破损的电缆应及时进行更换 ，对于不够 长 的电缆采用焊接 的方法进行延长 ，并做好标识。 电缆的标识一定要清楚。改造过程 中应对 电缆 作双标识 ，即应标识原电缆的位置和作用 ，又应标 好该 电缆新的位置和作用 。在施工过程中还要尽量 防止电缆标识的脱落。 电缆施工过程中的安全工作应到位，停、送电 的工作要规范 ，防止发生意外 。 D C S改造要靠生产和管理部门共同配合完成 ， 有好的合作伙伴也是改造成功的关键。 5 结束语 丰城发电厂 I机组 D C S改造较为成 功 ，锅炉 点火、机组启动一次成功 ，各项指标达到了预期的 目的，自动投入率 1 0 0 ％，保护投人率达 1 0 0 ％， D A S测点投入率 1 0 0 ％。通过升级 ，D C S控制系统 由原 2套控制系统改为 1 套控制系统 ，减少了备品 备件的品种及数量；大量的二次显示仪表测点及硬 手操控制 改为 D C S控制 ，使得 主控 室更 加简 洁。 通过改造消除了原系统很多设计缺陷，提高了控制 水平 ，保证 了机组的安全稳定运行 。