某电厂2×300MW机组热控自动化控制系统研究

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　　摘要: 本文对某电厂二期工程2×300MW机组热控系统的七个主要分系统进行了分析,同时对数据采集系统(DAS)、汽机电液控制系统(DEH)、顺序控制系统(SCS)、汽轮机监视系统(TSI)、炉膛安全监控系统(FSSS)、模拟量控制系统(MCS)、汽轮机危急遮断系统(ETS)这七个分系统的功能及投运作了简单介绍,指出了调试过程中出现的技术问题及解决措施,为今后同类机组调试提供了参数。
　　关键词: 热控自动化系统 调试
　　 某电厂二期工程2×300MW机组热控DCS系统(包括DAS、MCS、SCS、FSSS四功能)为上海新华控制工程有限公司提供的XDPS400系统,其中FSSS系统外围设备由燃烧控制研究院提供。DEH系统为上海福克斯波罗有限公司提供的I/A’S系统,TSI系统由本特利公司提供;ETS系统由汽机厂配套供应。
　　一、XDPS400系统介绍
　　 分散控制系统XDPS400是一套集计算机、网络、数据库和自动控制技术为一体的工业信息技术系列产品,可以构成独立的控制系统、分散控制系统DCS、监控和数据采集系统,能满足各种工业领域对过程控制和信息管理的需求。系统的模块化设计、合理的软、硬件功能配置和易于扩展的能力,集离线与在线组态调试于一体,便于调试和修改,使各设备的控制相对独立。能广泛用于各种大、中、小型电站的分散型控制、发电厂自动化系统、电网自动化系统等工业生产过程控制。
　　 XDPS400由高速数据网、连接在网上的MMI(人机接口站)与DPU(分散处理单元)三大部分组成。XDPS400分散控制系统的控制单元、通讯网络、人机接口站都采用了开放式系统结构和符合工业标准的最先进的计算机软、硬件产品,各个不同类型的站都为冗余TCP/IP网络结点。通过组态实现的电厂及其它工业生产过程控制和信息管理系统能完成所有过程输入、输出的采集、处理、监视、控制、报警、趋势、记录和统计分析等功能。
　　二、各系统功能介绍及重大问题的处理措施
　　1.数据采集系统(DAS)
　　1.1功能介绍
　　 DAS通过实时通信总线,实现与CCS、SCS、FSSS和DEH的信息共享。DAS主要由操作员站、工程师站及打印机等组成,各设备通过高速数据公路连接起来,DAS通过以上各设备实现对机组运行参数的采集、实时显示、数据记录、报警显示/打印、实时/历史趋势显示、历史数据追忆、事件顺序记录、制表打印等功能,将整个机组所有的运行参数、输入输出状态、各种操作信息、异常情况等实时地提供给操作员,使操作员能正确地控制机组设备,及时处理异常情况,保证电厂安全经济运行。
　　1.2解决措施
　　 本系统各测点,各项功能随整个机组从酸洗至机组试运完成分阶段逐步投入,在投入过程中,对出现的量程不匹配、地址错误等问题进行了处理,满足了运行参数监视的需要,性能优良。
　　2.汽机电液控制系统(DEH)
　　2.1功能介绍
　　 汽机电液控制系统(DEH)主要由汽轮机厂设计,采用FOXBORO公司制造的I/A’S控制系统构成,整个系统主要由互为冗余的2对CP组成。系统共1个控制柜,1个端子柜,1个继电器柜。系统通过网络挂在DCS系统上,有部分硬接线用于实现与TSI柜、ETS跳闸柜及其它柜之间的信号传递。
　　 DEH主要通过对各阀门的控制实现汽轮机启动、停止控制(包括汽机准备、升速、同期、带初负荷、升负荷、正常运行、OPC超速保护)及监视功能。实现转速调节与负荷控制关系设定、负荷极限控制、阀门实验等功能。
　　 汽轮机采用穆格公司阀门控制技术,挂闸后用高压调门和中压调门按流量比3∶1调节转速。并网后,DEH有单阀控制和多阀顺序控制两种控制方式。控制回路有汽轮机功率控制回路和机组协调控制回路两种方式。
　　2.2解决措施
　　 (1)5#机组各调门在冲转过程中发现有不严密现象,经过多次试验后还是未发现其原因。于是针对DEH的逻辑组态进行了检查分析,发现汽机厂为各调门挂闸后设计了预启度,将其取消后保证了机组的正常冲转和整组启动。
　　 (2)6#机组原来为做主汽门活动试验而设计了高、中压主汽门油动机行程LVDT前置器,由于线性太差严重影响了主汽门活动试验故将其取消。将控制位置反馈的信号改为控制电磁阀通电时间的信号,从而使主汽门活动试验达到了设计要求。
　　 (3)6#机组由于伺服卡输出信号开始调的太大,所以在做调门静态特性调试时,EH油压波动太大,ETS系统发出EH油压低跳闸信号,汽机遮断。经检查截流孔确认没有问题后,对各调门进行现场加信号测试,原因为伺服卡输出信号太大,经重新调整后问题得到解决。
　　 本系统设计主要通过硬接线实现与DCS系统的通讯。DEH工作可靠,转速控制精度较高,负荷控制稳定。在整个试运行其间,系统投入的各项功能均动作正常,满足机组启停及正常运行的要求。
　　3.顺序控制系统(SCS)
　　3.1功能介绍
　　 顺序控制系统主要覆盖以下功能:空气预热器控制子功能组、引风机子功能组、磨煤机子功能组、排粉机子功能组、给煤机子功能组、疏水泵子功能组、锅炉吹灰子功能组、锅炉排污子功能组、锅炉紧急放水子功能组、凝结水系统子功能组、低压加热器系统子功能组、除氧器系统子功能组、高压加热器系统子功能组、汽机轴封系统子功能组、凝结器真空系统子功能组、辅汽蒸汽系统子功能组、汽机疏水系统子功能组、汽机润滑油系统子功能组、汽机旁路系统子功能组、电动给水泵系统子功能组、空器压缩机系统子功能组。
　　3.2解决措施
　　 (1)5#机组抽汽止回阀为气动阀,开、关指令只用1个线圈来控制,线圈带电时开,失电时关。而原逻辑设计为开、关指令分别控制2个继电器,因此当开指令发出时,止回阀开,3s后关,不符和现场要求。后来在组态中将开指令加了1个RS触发器模块,当开阀时,S端为1,开指令发出;关阀时,R端为1,关指令发出,开指令被复位,符合现场要求。
　　 (2)5#机组空预器主电机跳闸。虽然启动的条件满足了,但无法联启辅助润滑油泵,经检查组态发现,并非具备启动允许条件和联启辅助电机条件,就可以开启辅助电机,而必须要在联启辅助电机条件到来之前满足启动允许条件。后来在辅助电机逻辑中,主电机跳闸信号后加了1延时3s开的TIME模块,运行正常。
　　 (3)5#机组在试运时A引风机突然跳闸,经检查发现是由于轴承温度超限引起,但此信号为一尖波,是由扰动引起,而非正常信号。
　　 后来在温度信号上加了一个品质监视和速率模块,并同温度超限信号逻辑相与作为超温跳闸信号。这样,当温度信号发生不正常突变时,不会引起风机跳闸,使机组运行正常。
　　 (4)电动给水泵的联锁保护逻辑在正常运行过程中,给水泵出口母管流量低时应该联锁开给水再循环门,如果再循环门开而出口母管流量仍旧低时,则联锁跳给水泵。而在调试过程中发现,当母管流量低时,联锁开再循环门,但开再循环门需要一个过程,不可能立即就开到位,所以此时不能马上跳给水泵,而应该延时一段时间,如果出口母管流量仍旧低,则应该跳给水泵。于是我们给原给水泵的流量联锁保护逻辑加了20s的延时,避免了给水泵的误跳,保证了机组的安全运行。
　　 (5)磨煤机油站在最初设计时,是由就地PLC控制,但新华公司在DCS中也组态了一套磨煤机油站的控制逻辑,这两套逻辑在控制时就会相互产生矛盾,所以将PLC的逻辑全部屏蔽,而将PLC中的逻辑功能全部在DCS中重新进行了组态,保证了磨煤机油站的正常启动、停止和运行。

　　 (6)辅机程控逻辑当中,大量引入了诸如线圈温度、轴承温度对动力设备的联锁保护。在实际运行中发现,由于温度测点元件的不稳定性,造成采集到的温度数据突升,易造成排粉风机保护跳闸。
　　 针对这种情况,经与电厂等方面研究决定,在相关设备上加设温度变化速率大切除逻辑,以保证设备不再误跳,维护机组的正常运行。经过调试及168h试运,证明所有SCS设备动作正确、可靠,联锁投入正常,可满足运行要求。
　　4.汽轮机监视系统(TSI)
　　4.1功能介绍
　　 汽轮机监视系统采用本特利3500系统,整个系统包括转速、轴振、瓦振、轴位移、差胀、偏心、中压缸热膨胀差、低压缸热膨胀等监视。
　　 系统主要完成汽轮机的监视功能,向其他数据采集监视系统提供部分汽轮机的实时状态数据,并提供部分接点输出,如:汽轮机瓦振动大II值,轴向位移大II值为跳机值,超速保护值。汽轮机油、瓦振动大I值、轴向位移大I值、偏心、差胀、不同转速的联锁接点等为报警值。
　　4.2解决措施
　　 (1)5#机组转速探头安装开始时按10V安装,由于转速盘的齿轮形状,造成间隙不准。及时改为机械测量,按1.2mm安装,保证了设备的安全。
　　 (2)6#机组1#振动探头指示有突变现象,造成保护动作,4#探头振动也存在指示跳跃的问题。经分析是干扰导致,检查了接地情况,并更换了屏蔽电缆。
　　 通过调试,系统达到了设计要求。自第一次开机,投入系统所有功能,正确提供了部分汽机运行参数,显示、报警、跳机值正确,保护动作正常,为运行人员提供较为可靠的监视手段,保证了机组的安全运行。
　　5.炉膛安全监控系统(FSSS)
　　5.1功能介绍
　　 炉膛安全监控系统(FSSS)采用的是上海新华控制公司生产的XDPS-400控制系统。相关设备主要包括:双CPU控制柜两面,火检柜一面,FSSS操作员站及紧急停炉按钮。锅炉为三层煤两层油四角对切喷燃式蒸汽锅炉。
　　 系统主要功能有:炉膛吹扫功能、主燃料跳闸(MFT)、单角自动启停功能、各角火焰检测和判断、给粉机的投切控制、燃油泄漏试验、燃油跳闸(OFT)、冷却风机控制、MFT首出跳闸原因。
　　5.2解决措施
　　 (1)在油枪的控制逻辑中,取消了油枪有故障时超弛退油枪的条件,改为联锁退油枪,这是为了在火检信号不准确时可以继续使油枪投运而不会退出。
　　 (2)6#机组的火检设备通过调试,发现设备质量存在问题。在点火冲管和总启动过程中,火检探头发生过几次毁损现象。在冲管时发现油火检检测强度不够,且偷窥现象严重。在经过火检时生产厂家和我们讨论研究后,对上层油火检的安装方位进行了调整,解决了此问题。
　　 在机组点火冲管、总启动过程中,FSSS系统接受住了考验,冲管一次点火成功。期间由于某些温度测点损坏导致风机保护跳闸的客观原因,引发MFT至跳炉,FSSS保护系统反应快速,判断准确。另外,在机、炉、电大联锁中,FSSS系统准确的完成了自己的任务,表现出了良好的稳定性和准确性。
　　 从FSSS系统的调试及试运情况看,该设计精练、逻辑严密、控制准确,系统稳定完全达到设计要求,满足了锅炉安全控制要求。
　　6.模拟量控制系统(MCS)
　　6.1功能介绍
　　 本机组设计了较高的自动化水平,主要包括以下模拟量控制系统:协调控制系统、全程给水控制系统、给水泵密封水差压控制系统、送风控制系统、氧量校正控制系统、一级、二级过热器温度控制系统、再热器温度控制系统、燃油压力控制系统、炉膛压力控制系统、连排水箱水位控制系统、除氧器水位控制系统、凝汽器水位控制系统、轴封压力控制系统、除氧器压力控制系统、高低压加热器水位控制系统。
　　6.2解决措施
　　 (1)给水控制系统、氧量校正控制系统、两侧一级、二级减温水系统、再热器减温水控制系统、送风控制系统PID跟踪错误,造成手/自动切换时有扰动、严重时会有停炉停机的危险,这些问题是由于进行组态时被遗漏所造成的,重新进行组态后使这类问题得到解决。
　　 (2)控制系统手动时,被控量的设定值不跟踪实际值,这是不同的控制设计思想所致。为保证手/自动无扰动切换,将所有控制系统改为手动时,被控量的设定值跟踪实际值。
　　 (3)大量的控制变量的测量,如汽包水位、给水流量、送风量、除氧器水位以及其他水位,组态设计与现场实际不相符,这主要是由于设计变更以及资料不准确所造成。为此做了大量工作,包括实际就地测量以及收集相关资料等等,在此基础上修改组态。
　　 (4)由于DCS系统的8输入平衡模块运算经常发生错误,导致锅炉燃料控制中的三个层操间的手/自动切换及每一层给粉机间的手/自动切换有扰动。后将平衡模块去掉,换成主要由纯积分模块组成的锅炉燃料控制,效果非常理想。
　　 (5)在一二级减温控制系统中,由于温度测点一直抖动,所以在温度测点中加入了很小的滤波,使得温度的控制效果非常理想。所有系统均在相应的调试阶段按计划准时投入自动运行,有效地满足了机组运行要求,负荷摆动实验证明控制效果令人满意。
　　7.汽轮机危急遮断系统(ETS)
　　7.1功能介绍
　　 为了防止汽轮机在运行中因部分设备工作失常可能导致发生重大危害,在机组上装有危急遮断系统。该系统监视某些运行参数,当这些参数超过其运行限制值时,该系统就送出遮断信号关闭全部进汽阀门。
　　 被监视的参数有以下各项:超速、轴向位移大、润滑油压力低、冷凝器真空低、EH油压力低。另外,还提供一个接所有外部遮断信号的遥控遮断接口,外部遥控跳闸条件包括MFT,发变组内部故障,汽轮机振动大,手动跳闸,DEH遥控停机,DEH110超速停机,轴承金属温度高。该系统还实现机炉电大联锁功能。
　　7.2解决措施
　　 (1)原设计中汽轮机跳闸条件无发DEH遥控停机信号,现根据规定将该信号加入遥控停机条件中。
　　 (2)从TSI系统接入的振动信号中有干扰,引起机组误跳闸。对此我们更换了屏蔽电缆消除干扰,保证机组正常运行。

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