大型火电机组DCS控制器配置及安全性研究.pdf

第3 0卷第 5期 湖南电力 HU N A N E I 正C T R I C P O WE R 2 0 1 0年 l 0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 0 ． 0 5 ． 0 0 7 大型火电机组 D C S控制器配置及安全性研究 倪宏伟 湖南省电力公司试验研究院，湖南 长沙 4 1 0 0 0 7 摘要 针对超超临界机组 D C S系统控制器的配置 实例 ，指 出 D C S控制器配置存在的 问题 、对机组的安全性影响，并提 出切 实可行的配置原则和解决方案。 关键词 超超临界机组；D C S ；控制器；火电机组 中图分类号T M 6 2 1 ． 3 文献标识码 B 文章编号1 0 0 8 - 0 1 9 8 2 0 1 0 0 5 -0 0 2 1 -03 Re s e a r c h o n d i s t r i b ut i o n a nd s e c ur i t y o f DCS c o n t r o l l e r f o r ul t r a s u pe r c r i t i c a l u n i t NI Ho n g- we i H u n a n E l e c t r i c P o w e r T e s t ＆R e s e a r c h I n s t i t u t e ，C h a n g s h a 4 1 0 0 0 7 ，C h i n a Ab s t r a r t B a s e d o n t h e e x a mp l e o f DCS c o n t r o l l e r d i s t r i b u t i o n f o r u l t r a s u p e r c r i t i c al u n i t s ，t h e f a u l t of DCS Co n t r o l l e r i s i n d i c a t ed a n d t h e i n flu e n c i n g f a c t o r of u n i t s s e c u rit y i s a n a l y z e d． Th e p r a c ti c al d i s t r i b u t i o n p rin c i p l e s a n d s o l u t i o n s o f DC S C o n t r o l l e r a r e p u t for wa r d． Ke y wo r d s u l t r a s u p e r e r i t ic al； d i s t r i b u t e d c o n t r o l s y s t e m D C S ； c o n t r o l l e r 随着火 电机组 向高参数、大容 量方 向发展 ， D C S系统 的安全性和可靠性对机组的安全稳定运行 愈来愈重要。D C S的选型和初步设计是保证 系统可 靠性的第一步，也是关键的一步。 由于各厂家的 D C S结构不同，分散控制单元 的处理能力也有所区别 ，即使对于同一台机组 ，采 用不同的 D C S系统 ，其控制器等 的配置数量也会 有所差异⋯。合理地确定控制器 的数量 和对控制 器功能进行优化配置，将切实解决当前大型火电机 组 D C S控制器配置的片面性和局限性 ，对提高机 组的安全稳定经济运行具有重要 的意义。目前， 1 0 0 0 M W 机组 中有 7 0 ％ ～8 0 ％ 的机 组 D C S采用 E ME R S O N公 司 的 O V A T I O N 系统 。文 中 以某 厂 1 0 0 0 M W超超I临界机组为对象，对其 D C S系统控 制器配置情况进行分析 ，指出目前配置中存在的问 题， 在此基础上提出切实可行的配置方案。 收稿 日期 2 0 1 0 -0 7 - 0 1 1 控制器配置 实例 某厂 1 0 0 0 MW 机组 D C S采用 E ME R S O N公司 的 O V A T I O N系统 ，D C S由过程站 、数据通讯 系统 和人一机接 口组成。整套系统包括数据采集系统 D A S 、模拟量控制系统 MC S 、顺序控制系统 s c s 、锅炉炉膛安全监控 系统 F S S S 、电气控 制系统 E C S 、机组 自启停 系统 A P S 等各项 控制功能。单元机组配置 2 8对冗余的控制器 ，控 制器分配采用工艺系统和功 能相 结合的原则，将 D A S 系统测点混合分配在各系统中，不设计独立 D A S 系统。此外，公用系统还配置 了3对冗余控 制器 。D E H和 ME H系统为上汽配套提供，采用西 门子 S P P A T 3 0 0 0分散控制系统 ，其 中 D E H配置 3对冗余控制器 ，ME H配置 2对冗余控制器。表 1 列出了单元机组的控制器分配的详细情况 不包 括 D E H和 M E H系统 。 2l 第 3 0卷第5期 湖南电力 2 0 1 0年 1 0月 2 控制器分配的主要问题及对机组安 全的影响 2 ． 1 按功能划分或按工艺划分 在进行 D C S控制器分配时，传统的划分原则 是按 照控制 系统 的功 能来 划分 ，如 D A S ，F S S S ， 汽机 S C S ，锅炉 S C S ，M C S ，E C S等。在这种划分 原 则下 ， D A S 系 统专 门划分 了控制 器 ， 测点 相 当 表 1 D C S控制器配置方案 控 制 器 号 控 制 器 分 配 鬃 曩点I／数O { ； 黪 D r o p 0 1 协调控制 、 高低旁控制 M C S 2 7 0 1 3 D r o p 0 2 给水控制 、 锅炉启动系统 M C S 3 5 7 2 5 D r o p 0 3 过热汽温控制 MC S 3 8 8 2 4 D rop 0 4 曩 蓊 藉 j 囊 风 控 制 、一 次 风M c s s z 13 D r o p 0 5 二 次风 门控制 MC S 3 8 5 7 D ro p 0 6 锅炉疏水 、 减温水 、 锅炉排渣系统 B S C S 5 2 9 4 7 D r o p 0 7 A侧风烟 系统 B S C S 3 5 2 3 1 D r o p 0 8 B侧风烟系统 B S C S 3 5 7 2 9 D r o p 0 9 F S S S公用系统 ， 主保护 F S S S 2 0 4 9 D r o p l 0 脱硝控制 、 锅炉壁温 B S C S 1 1 9 9 1 4 D r o p l 1 制粉系统 A、 A B油层 F S S S 4 2 2 3 3 D r o p 1 2 制粉系统 B 、 等离子点火 F S S S 3 2 9 2 2 D r o p l 3 制粉系统 C 、 C D油层 F S S S 4 2 2 3 3 D r o p l 4 制粉系统 D F S S S 2 3 9 1 7 D r o p l 5 制粉系统 E 、 E F油层 F S S S 4 2 2 3 3 D mp l 6 制粉系统 F F S S S 2 4 2 1 7 D r o p l 7 吹灰程控 B S C S 6 0 7 4 4 D r o p l 8 吹灰程控 B S C S 6 5 8 4 2 D m p l9 袅 桑 锰 i 号 段 抽 汽 盛 ’ s s 2 2 D r o p 2 0 鼢 ⋯z 2 2 除氧器 系统 、 低加给水 、 低加水位控 r D r o p 2 1 、 环水 泵 c、 4～6号段抽 汽及 ’ 3 8 9 2 8 域 L ， 凡 D ro 2 2 纂 系 统 A 、 真 空 泵 是 ’ 4 0 5 3 1 D rop 2 3 鬟 秉 蘩 曩 ’ 4 6 7 32 D rop 2 4 ； ； 枭 瞻至 綦 冷 水 系 T sc s甜 z ， D rop 2 5 裹 沓 螽 箬 、 润 滑 油 系 统 、 顶 轴 油T SC S 3 4 2 25 D r o p 2 6 发变组 、 高厂变、 同期、 励磁 E C S 2 7 8 5 D o p 2 7 厂用变、 保安段 E C S 1 9 6 1 3 D r o p 2 8 APS AP S 0 1 9 D r o p 3 1 公用电气 A C O M 1 2 5 9 D r o p 3 2 公用电气 B C O M 8 6 7 D r o p 3 3 空压机及燃 油泵房 C O M 5 5 1 3 6 2 2 集中 】 。所有的回路调节也都集中在 MC S控制器 中，而与相应 的工艺系统需要通过硬接线或网络通 讯来实现连锁保护功能，增加 了可能存 在的故障 点。自动回路的集 中也导致 了 MC S系统 的控制器 负荷率偏高 ，在某些繁忙 的工况 机组启／ 停或事 故状态 下 ，可能会导致控制器异常等现象。 随着 D C S的发展和电厂工程应用经验的积累， 越来越多的机组在 D C S设计 时开始按照工艺特点 来划分控制器。如表 1中所列机组的配置，汽机侧 的 MC S多为单 回路控制 ，可以按 照工艺和相应的 设备驱动级放在 同一个控 制器中。D A S系统也不 在单独设置 ，而是混合分配在各系统 中。 2 ． 2 DC S控制器的数量 不同厂家的D C S 系统其控制器处理能力不同， 大致可分为大控制器和小控制器两类。即使对于同 一 台机组 ，采用不同的 D C S系统 ，其控 制器 等的 配置数量也会有差异。部分 D C S供货商采取压缩 系统配置数量的办法来取得价格的竞争力 ，为以后 的安全运行留下了隐患。 2 ． 3 D CS控制器的负荷率 对采用小控制器 的系统 ，如 A B B的 S y m p h o n y 系统 ，负荷率应 严格 满足 D C S的技术 规范要 求 如控制器负荷率 6 0 ％ 。而采用大控制器 的系 统 ，如 E ME R S O N的 O V A T I O N系统 ，负荷率表现 为控制器内存 的占用率 ，与所带的 I ／ O点数和中间 点数有关系。同时控制器处理周期的不合理设置也 会导致控制器负荷率偏高。有试验数据表明，控制 器处理 周期提 高 1倍 ，负荷 率至 少提 高 1 5 ％ 一 2 0％ 。 2 ． 4 控制功能的不合理配置 由于 D C S功能分配 的不合理 ，致使 机组 主要 系统的监视、控制和保护功能全部集中在 1 对控制 器中。如果该对控制器同时故障，将会导致机组非 停甚至主设备损坏。 3 控 制器优化 配置原则 3 ． 1 以工艺结合功能的方式配置 控制器的分配采用工艺结合功能的方式 ，以工 艺系统为基础 ，按照 F S S S ，S C S ，MC S ，E C S等功 能进行合理分配。汽机侧 的单 回路调节 ，如高低加 水位调节、轴封蒸 汽压力调节 等，同相应 的 S C S 系统分配在同一个控制器 中。这样可以将回路调节 第3 O卷第5 期 倪宏伟 大型火电机组 D E S控制器配置及安全性研究 2 0 1 0 年 1 O月 和顺控联锁结合在一起 ，减少了控制器之间的网络 通讯量，也有效地降低了系统的网络负荷率。 3 ． 2 保证控制功能的可靠性 为保证 D C S控制功能的可靠，防止 1 对控制 器故障导致机组非停事故的发生， 冗余配置或并列 运行的重要辅机应分别配置在不同的控制器中。从 表 1中可以看出，送风机、引风机、一次风机、凝 结水泵、汽泵系统、磨煤机系统等 2台或多台并列 运行的设备，均分配在不同的控制器中。 重要的模拟量控制系统 ，特别是影响同一个主 要参数的控制 回路应配置在不同的控制器 中。如表 1 所示 ，过热汽温控制和再热汽温控制分别配置在 D r o p 0 3和 D r o p 0 4控制器中。 重要 的 I ／ O信号 ，应采用双重冗余甚至三重冗 余配置，且必须配置在不同的I ／ 0模件上。为保证 影响机组安全的重要参数在控制器故障时的监视， 可在不同对控制器中配置 1 路。 3 ． 3 负荷率原则 在进行控制器配置时，负荷率应满足 D L 6 5 9 2 0 0 6 火力发电厂分散控制系统验收测试规程 等相关规程的要求。所有控制站 的 C P U恶劣工 况 下的负荷率均不得超过 6 0 ％， 数据通信总线的负 荷率不得 超 过 3 0 ％，对 于 以太 网，则 不 得 超 过 2 O ％ 。 在运用负荷率原则时，应结合控制器处理周期 的设置来考虑，处理周期的改变将直接影响控制器 的负荷率。按照 D L 7 7 4 2 0 0 4 火力发电厂热工 自 动化系统检修运行维护规程 的要求，应满足模 拟量控制系统不大于 2 5 0 ms ，开关量控制系统不 大于 1 0 0 m s 。快速处理 回路 中，模拟量控制 系统 不大于 1 2 5 m s ，开关量控制系统不大于 5 0 m s 。因 此 ，对于 E 1 s系统可设 为 5 0 n l s ，D E H系统可设为 1 0 0 m s ，其余系统一般设为 2 5 0 m s 。 3 ． 4 系统的独立性 随着越来越多的系统纳入 D C S系统，对于一 些功能独立的系统，如吹灰程控 S B C 、机组 自 启停 A P S 等系统，应单独分配控制器。对于主 机厂单独供货的系统，如 D E H，M E H等，也单独 配置控制器。 4 结 语 D C S 控制器的合理配置关系到整个系统的安全 性和可靠性。通过对 D C S系统控制器配置实例 的 分析，指出 目前控制器配置 中存在 的问题。在此基 础上提出控制器的优化配置原则 ，对以后同类型机 组的设计和选型具有一定的指导意义。 参考文献 [ 1 ]陈春雷．试论 D C S控制 器配 置准 则 [ J ] ．西 北 电建 ，2 0 0 4， 3 2 9 - 3 0 ． 2 ]贺贤峰．1 0 0 0MW 超超 临界机组控 制系统设 计优化 [ J ] ．浙 江电力 ， 2 0 0 9，2 8 2 2 3 - 2 5 ． [ 3 ]国家发展和改革委员会．D I MT 6 5 9 - 2 0 0 6火力发电厂分散控 制 系统验收测试规程 s ] ．北京中国电力出版社， 2 0 0 6 ． [ 4 ]国家发展和改革委员会．D IJT 7 7 4 - 2 0 0 4火力发电厂热工 自动 化系统检修 运行 维 护 规 程 [ S ] ． 北 京 中 国电 力 出 版社 ， 2 0 4 ． 作者简介 倪宏伟 1 9 7 8 一 ，男，汉族 ，湖南湘潭人，硕士研究生，工程 师，从事大型发电机组热工控制技术的应用研究和调试工 作。 2 3