許偉強，劉德（杭州和利時自動化有限公司，浙江 杭州 310018）

1 概述

國華臺山發(fā)電廠位于廣東省臺山市南部銅鼓灣，二期工程為2臺1000MW超超臨界燃煤機組。三大主機有上海三大動力廠引進技術(shù)生產(chǎn)，其中鍋爐采用上海鍋爐廠有限公司引進A lstom-Power公司Boiler Gmbh技術(shù)生產(chǎn)，型號為SG3091/27.56-M 54X。汽輪機采用上海汽輪機有限公司引進西門子技術(shù)生產(chǎn)的超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、八級回熱抽汽、反動凝汽式汽輪機N1000-26.25/600/600（TC4F）。發(fā)電機采用上海汽輪發(fā)電機有限公司THDF 125/67型發(fā)電機。

該工程DCS系統(tǒng)采用國產(chǎn)和利時MACS V6系統(tǒng)，采用全廠一體化模式，實現(xiàn)了對鍋爐，汽機輔助系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)、外圍系統(tǒng)等的監(jiān)控。具有鍋爐啟動及停止、滅火保護、汽機遙控、機組負荷控制、主要輔機故障RB、一次調(diào)頻、系能計算、優(yōu)化控制、歷史數(shù)據(jù)記錄、SOE記錄等功能。

2 M ACS V 6系統(tǒng)及工程特點

MACS V6系統(tǒng)是由原和利時在傳統(tǒng)MACS V5系統(tǒng)發(fā)展而來，從其網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)上來講與MACS V5系統(tǒng)極為相似（MACS V6詳細結(jié)構(gòu)不再贅述，可參考文獻[1]），相比常規(guī)系統(tǒng)，它存在以下主要特點：

MACS V6系統(tǒng)將測點容量提升至10萬點，可以適應一體化項目的需要，除了對主機組進行監(jiān)控外，還可以對距離比較遠的外圍系統(tǒng)（除灰系統(tǒng)、精處理系統(tǒng)、撈渣機系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)等）監(jiān)控，常規(guī)超超臨界機組一般不實現(xiàn)一體化，而是采用主機組與外圍系統(tǒng)獨立控制的模式。

MACS V6系統(tǒng)采用6冗余服務器，2臺實時/歷史服務，4臺I/O服務，將風險分散化，若冗余的2臺I/O服務器故障，可無擾切換至另外2臺I/O服務器組，這對提高服務器運算速度及降低服務器負荷有很好的作用，而且不會影響機組正常運行。

MACS V 6系統(tǒng)按照工藝系統(tǒng)劃分，在邏輯組態(tài)時將系統(tǒng)用若干個“子環(huán)”串聯(lián)，啟動“子環(huán)”時系統(tǒng)會根據(jù)當前工況和需要工況，實現(xiàn)對分系統(tǒng)的按需啟動，以更好地實現(xiàn)機組“一鍵啟動”功能。需要說明的是臺電二期設計時DEH為西門子T3000，為了更好地實現(xiàn)“一鍵啟動”，DCS與DEH之間用硬接線實現(xiàn)信號交互。

MACS V6系統(tǒng)自帶一套性能計算、優(yōu)化控制功能，計算發(fā)電機組及其輔機的各種效率及性能參數(shù)，自動實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化控制，比如：傳統(tǒng)的爐膛吹灰運行是根據(jù)鍋爐情況，執(zhí)行“定時全面吹灰”，本項目除了運行可以定時執(zhí)行程控外，邏輯判斷鍋爐內(nèi)壁污染率實現(xiàn)“按需吹灰”。

鍋爐在剛啟動或濕態(tài)時，給水自動控制系統(tǒng)主要控制汽水分離器水位，因為焓值靈敏度高且能快速反映燃水比失調(diào)，因此當鍋爐進入干態(tài)后，進入汽水分離器的水全部變?yōu)檎羝o水自動控制系統(tǒng)是基于中間點焓值（汽水分離器出口焓值）的校正來控制動態(tài)燃水比值，而不再是分離器水位。

3 邏輯優(yōu)化及問題處理方法

臺電二期DCS針對應用過程中暴露出的問題以及同類型機組出現(xiàn)的一些缺陷，采取了相應的優(yōu)化、改進和防范措施，主要包括2大部分：邏輯優(yōu)化；調(diào)試過程中問題。

3.1 邏輯優(yōu)化

（1）完善溫度跳閘邏輯

單體設備中如涉及到溫度測點保護的邏輯，含有溫升速率的限制（即若溫度變化超過速率限制，即使達到跳閘值，設備也不應該保護動作，除非手動復位或低于跳閘值一定距離）。原溫度跳閘邏輯較為簡單，能實現(xiàn)速率和量程上下限的品質(zhì)判斷，品質(zhì)變壞后，10s內(nèi)不會發(fā)出跳閘指令，但若當前值在跳閘值以上保持幾個掃描周期，邏輯認為溫度正常，立刻發(fā)出跳閘指令。機組運行中會出現(xiàn)信號線松動或接觸不好，造成溫度顯示異常，但實際溫度未達到跳閘值，原邏輯會引起設備誤動作。修改為，溫度測點速率異常后，屏蔽跳閘出口，復位條件為：邏輯中手動復位；當前值低于跳閘中超過5℃。除此之外，一旦發(fā)生速率超限，及閉鎖跳閘出口，機組運行至今，該功能運行正常。

（2）修改B磨煤機跳閘邏輯

因為微油點火安裝位置在B煤層附近，因此B制粉系統(tǒng)與微油系統(tǒng)息息相關(guān)，邏輯優(yōu)化為：非“微油模式”下，B煤層點火能量不存在則B磨跳閘?；蛘咴凇拔⒂湍Ｊ健毕拢擝磨煤機運行后且B磨煤機常規(guī)點火能量未滿足，若僅有1組微油燃燒器熄火且相對應的角的煤火檢信號也未到，且同角相臨大油槍油火檢信號未到（3個信號同時未到），則關(guān)閉同角磨煤機出口門，同時重新啟動對應微油燃燒器與該角對應大油槍。100s后，若微油燃燒器或大油槍啟動成功，則自動打開同角磨煤機出口門；反之，跳磨煤機B。

（3）修改燃油進油快關(guān)閥邏輯

吹掃允許條件中，包含燃油泄漏試驗完成的條件，即先進行泄漏試驗，然后再進行吹掃。而實際上，在吹掃完成前，MFT 繼電器沒有復位，燃油進油快關(guān)閥無法打開，燃油泄漏試驗是不能進行的，前后有矛盾。雖然增加了旁路按鈕，但并沒有改變其本意。因此在邏輯中輸出一個DO點硬接線到MFT柜，去開燃油跳閘閥，保證燃油泄漏試驗開始時，燃油跳閘閥不會因為有MFT信號的存在而無法開啟。

（4）修改點火能量邏輯

A 磨點火能量：微油模式下，點火成功，B煤層投運且 B 煤層煤粉煤量>40t/h；其中，點火成功指的是8支微油槍全部點火成功。若A磨在微油模式下啟動運行一段時間后，1支微油槍熄火，此時A磨的點火能量失去，且此時為低負荷燃燒工況，火檢不穩(wěn)定，很容易產(chǎn)生跳磨條件（即給煤機運行延時120s后，A層煤粉點火能量不存在且煤火檢喪失（4取2）），以此類推：B磨、C磨也存在類似問題。因此細化微油模式點火能量條件：微油8取6，退出的微油槍對應的大油槍已投運，且不能是同一角的兩個微油槍同時退出。

（5）修改凝結(jié)水泵邏輯

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，泵A、B為變頻，泵C為工頻，實際運行中存在工頻變頻并聯(lián)和互為聯(lián)鎖的情況，為了保證出力的一致性，凝結(jié)水泵聯(lián)鎖以A、B、C的順序啟動時并且優(yōu)先啟動變頻泵，同時變頻泵輸出指令跟蹤到100%（50Hz）并切換到手動狀態(tài)，當存在工頻泵或變頻泵工頻方式運行時，變頻泵輸出指令跟蹤到100%（50Hz）并切換到手動狀態(tài)。將凝泵自動控制思路優(yōu)化為：除氧器上水調(diào)門（分為主、輔調(diào)門）控制除氧器液位，變頻泵調(diào)節(jié)凝結(jié)水母管壓力。除氧器主、副調(diào)門調(diào)節(jié)除氧器水位時。分單沖量、三沖量調(diào)節(jié)。當主汽流量低于30%時。采用單沖量調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)除氧器水位。當主汽流量高于30%時采用凝結(jié)水流量、除氧器水位、給水流量三沖量調(diào)節(jié)。

（6）優(yōu)化爐膛吹灰系統(tǒng)邏輯

傳統(tǒng)的吹灰方式為“定期全面吹灰”，因受運行人員人為因素，容易引起吹灰不足或過于頻繁、鍋爐結(jié)焦、灰渣堆積等，降低鍋爐熱效率，嚴重時會發(fā)生爆管。因此將邏輯做以下優(yōu)化，根據(jù)鍋爐受熱面積灰狀態(tài)計算出污染率參數(shù)，根據(jù)污染率實時值和設定值關(guān)系來給出各個受熱面染程度評價，從而給出吹灰建議，與DCS吹灰之間建立通訊，自動實現(xiàn)“按需吹灰”。具體是根據(jù)吹灰器布局將其分為16組，即將56支短吹灰器按左右平均，分為7組，每組8只吹灰器。將108支長吹灰器按左右平均，分為9組，每組12只吹灰器，所有吹灰器共16組，組號分別為1～16。按組吹灰時，組的順序可自由選擇（組內(nèi)吹灰器的順序固定）設定循環(huán)吹掃后，邏輯按選擇好的循序執(zhí)行一遍，然后再根據(jù)鍋爐運行時內(nèi)壁的污染情況“按需吹灰”，可以有效地減小鍋爐受熱壁面磨損，減少吹灰蒸汽耗量，提高鍋爐運行效率。

（7）優(yōu)化軸封系統(tǒng)邏輯

軸封調(diào)節(jié)閥現(xiàn)邏輯設計為汽機跳閘或失壓后，閥門跟蹤到23%，在冷態(tài)啟機及未進汽的情況下，軸封調(diào)節(jié)閥開度一般在48%左右，軸封壓力一般維持在3.5kPa左右。汽輪機進汽后，軸封調(diào)節(jié)閥全關(guān)，靠軸封自密封維持壓力，一旦汽機跳閘后，軸封自密封失去后，軸封調(diào)節(jié)閥快開到23%，此時外界空氣可能竄入軸封系統(tǒng)，造成汽機大軸“抱死”的情況，為了保證機組的安全運行，將原跟蹤快開定值由23%提高至50%。

3.2 調(diào)試過程問題

（1）主控單元故障自動切換后數(shù)據(jù)有擾動

6號機運行期間，協(xié)調(diào)控制（CCS）突然退出，燃料主控切為手動，并且燃料主控指令從68%降到53%，負荷下降。經(jīng)過分析核查，是因為#17控制站（協(xié)調(diào)系統(tǒng)邏輯）主控制器故障切為從機，原從控制器切為主機，燃料主控PID輸出指令在主從控制器中的數(shù)據(jù)未完全對齊。經(jīng)過控制算法完善，在下層控制器軟件的全局變量中增加“數(shù)據(jù)周期同步M區(qū)”，將所有PID輸出指令先存儲在M去，再將M區(qū)里的數(shù)據(jù)周期主從同步后，輸入到對應的手操器，目的是實現(xiàn)主從控制器數(shù)據(jù)周期同步，經(jīng)過多次試驗，無論是手動切換還是故障自動切換控制器，數(shù)據(jù)都是無擾的。

（2）主控溫度高故障

6號機停機檢修期間，#12站從機，位置為靠近電源側(cè)，控制器故障后error燈長時間常亮，經(jīng)過拔插處理，該主控能正常工作且故障error燈消失。經(jīng)過分析，主控因為工作時間較長，加之主控安放在電源側(cè)溫度較高，引發(fā)主控內(nèi)部某芯片的暫時失效，致使主控加載BIOS或操作系統(tǒng)失敗。隨后將主控單元與電源之間增加備用槽位間隔，降低因電源模塊發(fā)熱而對主控的影響。并建議對主控定期檢查，檢查主控的狀態(tài)和溫度情況。

（3）網(wǎng)絡故障

本工程DCS系統(tǒng)采用Client/Server體系結(jié)構(gòu)，控制管理網(wǎng)絡采用兩層結(jié)構(gòu)，星型連接，雙冗余配置。因控制站數(shù)量較多（54對控制器），上下層數(shù)據(jù)交互需要通過I/O服務器實現(xiàn)，服務器端口網(wǎng)絡負荷較高，主網(wǎng)絡端口故障后，容易引起網(wǎng)絡不穩(wěn)定。采取措施：（1）增加I/O服務器個數(shù)，將主干網(wǎng)絡改為1000M，大大增強了數(shù)據(jù)處理能力，降低網(wǎng)絡上的擁塞。（2）服務器增加對于IP報文的過濾，獲取允許通過的IP報文的格式，在接收到IP報文后，如果接收報文的格式符合已獲取的允許通過的IP報文的格式，則進行發(fā)送操作。報文的過濾有利于減少數(shù)據(jù)處理量，避免網(wǎng)絡上擁塞的風險。網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)如圖2所示。

（4）部分控制站控制器負荷率較高

該問題經(jīng)過深入查找與試驗確定其原因主要有兩個：一是本工程在調(diào)試初期未對控制期運算周期進行相應設置，造成以默認的50ms周期運算時出現(xiàn)較高的負荷；二是部分控制站內(nèi)控制邏輯較多，運算處理過程中造成CPU負荷偏高。針對上述兩全原因，經(jīng)過深入討論與分析后，通過將各控制站運算周期和邏輯方案頁進行優(yōu)化設置后得到了很好的解決。

（5）DI正端接地通道為“1”

因DI負端與系統(tǒng)地相連，當就地設備進水或異常接地而造成正端與地相連，該通道由“0”變?yōu)椤?”，若該通道信號與邏輯聯(lián)鎖有關(guān)，容易引起設備誤動作。因此修改DI模塊硬件回路，將DI負端浮空，即正、負端均浮空，如圖3所示，允許單點接地，不會影響運行。有效地避免了正端接地導致信號導通，造成設備誤動的情況。

圖1 網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖

圖2 原DI通道設計

圖3 修改后DI通道設計

（6）電氣通訊不穩(wěn)定

電氣繼保系統(tǒng)采用modbus通訊的方式接入DCS顯示和報警，主、從雙路，電氣繼保通訊站主站響應通訊請求，從站處于備用狀態(tài)，但不響應通訊請求，一旦DCS側(cè)主通訊站故障，繼保通訊站不能將從機切為主機，造成通訊中斷。經(jīng)過改進，主、從兩路通過主從同步后，同時接收通訊請求，且增加了通訊故障報警，可以通訊雙路冗余和故障報警，滿足現(xiàn)場需求。

4 總結(jié)

臺山電廠二期兩臺1000MW機組自調(diào)試以來，分別于2011年4月、11月順利通過168試運，至今已經(jīng)經(jīng)過一段時間帶負荷運行考驗。在這個過程中，部分問題都已暴露出來并得以妥善解決，有些問題已提前采取優(yōu)化措施進行預控。目前熱控系統(tǒng)各項指標均達到優(yōu)良，能完全適應現(xiàn)場應用要求，未出現(xiàn)因DCS問題導致機組降負荷或誤動跳閘等事故。國產(chǎn)DCS在臺山二期1000MW機組成功應用，為國家民族產(chǎn)業(yè)的振興做出積極的貢獻。

[1] 王常力,羅安.分布式控制系統(tǒng)（DCS）設計與應用實例,電子工業(yè)出版社[J].2004,(8).

[2] 李京文.國產(chǎn)與進口DCS進入競爭時代：國產(chǎn)DCS系統(tǒng)發(fā)展的新階段[J].2007,(3):16-20.