火力发电厂主控系统优化控制的几点体会

(内蒙古京科发电有限公司 工程管理部，内蒙古 兴安盟 029400)
摘 要：文章针对内蒙古地区火力发电厂控制系统相对落 后的情况，从节能降耗方面讨论了新上机组和老机组改造中DCS控制系统的优化方案。
关键词：DEH；MEH；DCS；优化控制；实施方案
中图分类号：TM73  文献标识码：B  文章编号：1007—6921(2008)24—0153—02

如今的火力发电企业中新上机组都采用先进的DCS控制系统，实现机组管理与监控高度集中 化，使风险放散、设备分散，但设计优化方面还需继续提高。节省投资，降低工程造价、提 高设备利用率是摆在发电厂、设计院和电厂运行维护工作者面前的一大难题。笔者结合目前 火力发电厂节能降耗、提高机组运行的可靠性、维护方便等各个环节，从机组设计、改造方 面提出机组主控系统优化说明。

在我国北方地区新上的单机容量为30万、60万的机组中，还有大部分采用3台电泵作为 锅炉补水系统，没有采用小汽轮机给水泵系统，而且大汽轮机控制系统的DEH也大多采用和 主系统DCS非同一个品牌的产品。这样给机组的运行维护、设备降造等方面带来很大压力。 下面将结合电厂设计优化和我对南方火力发电厂采用主系统一体化控制成功电厂的调研学习 和国外一体化火电厂运行成功经验，浅谈DCS、DEH、MEH采用一体化控制的一些特点。
1 对DEH、MEH与DCS采用一体控制的分析

①DEH、MEH与DCS采用非一体化控制时，DEH、MEH与DCS两系统通过通讯接口连接，通讯点 数较少，无法在DCS上实现对DEH、MEH系统的全部操作与监视功能。事故状态时，只能使用 少数几个硬手操进行操控，对系统的安全稳定运行存在风险。②DEH、MEH与DCS采用非一体化控制时，MEH与DEH共用一套系统和操作员站，一旦DEH死机 或故障，将无法对MEH进行监视与控制，可能产生不可预计的事故。③DEH、MEH与DCS采用非一体化控制时，MEH与DEH常共用一套系统和操作员站，MEH输入DCS 系统点数有限，要实现控制逻辑优化比较困难，难以实现全部信息共享。④DEH、MEH与DCS采用非一体化控制时，在设计小机时只考虑小机本身的保护，而未充分考 虑系统保护(因为两个系统是两个厂商去设计，都只注重自身系统结构和逻辑优化，没有作 为一个有机体进行优化，控制的协调性较差)，因而设计缺乏完整性。⑤DEH、MEH与DCS采用非一体化控制时，除小汽机本身保护信号外还有部分保护逻辑是在DC S系统内完成，还有一部分是TSI完成，然后再送入一路信号至METS机柜跳闸，其他系统送至 METS机柜的信号都没考虑冗余，所以小汽轮机危急遮断保护的可靠性比较差，存在误动作的 几率比较高。当DEH、MEH与DCS采用一体化控制时，MEH做于DCS中且属于其中的一部分时， 可以直接将METS保护引入DCS(MEH系统) ，由于每台小机都有一对单独控制器，利用现有的 硬件冗余配置，不但降低成本，而且提高系统的可靠性和运行稳定性，同时给维护带来方便 。此外DCS系统的控制电源、通讯都已考虑了冗余，其可靠程度相对MEH与DCS采用非一体化 控制更高，同时小机的所有保护信号DCS系统可以完全共性，这样就可以实现小机的软件和 硬件的冗余控制，可大大提高小机的可控性和保护动作性。⑥DEH、MEH与DCS采用一体化控制时，整个机组的控制系统得到统一,所有信息共享,机组的 自动化水平将大大提高,有利于电厂生产管理和维护。⑦DEH、 MEH与DCS采用一体化控制时，减少了DCS与DEH之间通过硬接线和通讯接口来进行 信息交换的故障点，增加了安全性，提高了信息共享的可靠性，减少了备品备件，降低了运 行维修费用，方便运行和管理。

针对上述分析结果，内蒙古京科发电有限公司工程管理部一行两人于2008年6月28日，对国 信淮阴发电厂DCS、DEH、MEH一体化控制进行调研。
2 对DCS、DEH、MEH一体化控制进行调研

淮阴发电公司隶属于江苏国信集团，在原有两台50MW机组基础上新扩建一台300MW机组，三 大主机均产自哈尔滨，于今年3月初建成投产发电。主机DCS、DEH、MEH采用一体化配置，均 为和利时产品，从调试一直运行至目前，未出现与控制系统有关的问题。它的配置如下：
2.1 DCS系统配置情况

整台300MW机组设了19台控制站，其中10、11、12、13、14、15、16 、17号站为锅炉侧控制站；18、19号站为电气控制站；20、21、22、23、24号站为汽机侧控 制站；25、26、27为大汽轮机DEH控制站；28号站为2台小汽轮机MEH控制站。整个网络通过 双冗余服务器(兼作历史站)结合成一个有机的总线型结构，通过双网与8台服务器相连接 ，其中50、57号为工程师站，56号服务器为值长站，其余5台服务器为操作员站(调试期间 按2台炉、2台机、1台电气配置)，168h移交生产后由于运行人员的熟练程度提高，现在 只有3台操作员在运行，即1台炉、1台机、1台电气，而且三台操作员的权限设置也取消(不 分机、炉、电操作员权限)，三台操作员站权限等同，均可完成机、炉、电的整个系统的监 控功能。具体网络结构见淮阴电厂300MW机组网络图。

与淮阴电厂专家讨论结果：采用一体化控制系统，可以节省投资，减少维护费用，给运行带 来诸多方便。在安装期间多铺设几条从服务器机柜到操作台的网线，为后期调试用，一旦16 8h移交生产后运行人员熟练后，将不用的服务器取掉，用时直接连上，很方便。
2.2 汽包水位逻辑控制

汽包水位单冲量控制、三冲量调节系统及给水 全程自动控制系统在 锅炉侧DCS系统完成，只有汽包水位直接进MEH系统，完成机组启动及小负荷的汽包水位监视 ，达到控制小汽轮机的进汽阀开度，实现控制汽轮机转速。电动给水泵只作为机组启动上水 和汽泵故障时使用，它没有自动投、退功能，也没有与汽泵的连锁功能。汽泵在机组负荷达 到要求时可以投入自动程控、连锁，从2008年2月底完成168h后投入商业运行至今水位自 动投入运行较好，机组稳定后实现无运行人员干预，运行效果良好。

与淮阴电厂专家讨论结果：采用一体化，如果不采用一体化将有以下不良反应：①运行 速度有所下降；②故障源增加；③传递的量值有限(必须指定有限的几个或数个)。他们 的锅炉火检采用的是南京大陆的系统，以通讯方式进DCS系统，上述三种不良反应均有，而 且火检的参数在DCS画面的刷新较慢。他们前期也调研过MEH与DCS不是一体化的控制系统， 上述三种不良反应均有发生过，故最终将DCS、DEH、MEH采用和利时的一体化控制系统。希 望我们DCS、MEH采用和利时的一体化控制系统。
2.3 淮阴电厂的评价

国信淮阴电厂300MW机组的DCS、DEH、MEH一体化控制系统，从2007年底调试到2008年2月份 顺利通过168h运行到今，没有卡件发生过故障、没有出现过网络故障、没出现过死机现象、 没发生过因DCS问题导致机组停用事故，一体化控制性能优良、系统可靠、维护量极小。
3 DCS、MEH、DEH一体化配置与非一体化配置比有如下特点
3.1 采用一体化控制可以节省设备投资

如果DCS、MEH、DEH采用非一体化控制系统，常规都按照主机操作员站六台配置，其中 一台为DEH、MEH专用，工程师站配置两台，其中一台为DEH、MEH专用；而采用DCS、MEH、DE H一体化配置后，操作员站减为五台，工程师站减为一台，不用单独设置DEH、MEH专用操作 员站和工程师站，从而少配置一台操作员站和一台工程师站，直接降低了设备造价。操作员 站平行配置(不分机、炉、电操作员权限)，对MEH的操作运行人员可以通过任何一台操作 员站都可完成监控调整任务，而不是只局限于一台专用操作员站，从系统优化上直接减轻了 运行人员的劳动负担及检修人员的维护工作量，也为今后运行人员的减人增效和高集控度运 行奠定了设备基础。
3.2 采用一体化控制可以降低了运行风险

MEH与DCS采用非一体化控制时，MEH与DEH共用一套系统和操作员站，一旦DEH死机或故障， 将无法对MEH进行监视与控制，只能通过有限的几个硬接线操作，可能产生不可预计的事故 。采用DCS、MEH一体化配置后，减少DEH操作员站的运行负荷，MEH的全部操作可以在任何一 台操作员站完成，不用单独设置MEH专用操作员站，同时降低了DEH与DCS通讯的负荷，当MEH 与DCS采用一体化控制时，MEH做在DCS中且属于其中的一部分时，可以直接将METS保护引入D CS(MEH系统) ，由于每台小机都有一对单独控制器，利用现有的硬件冗余配置，提高系统的 可靠性和运行稳定性，同时给维护带来方便。即使DEH操作员站出现故障，MEH的操作和监视 可以由别的站替代，因而能避免操作员站死机而不能操作MEH的问题。

此外DCS系统的控制电源、通讯都已考虑了冗余，其可靠程度相对MEH与DCS采用非一体化控 制更高，同时小机的所有保护信号DCS系统可以完全共性，这样就可以实现小机的软件和硬 件的冗余控制，可大大提高小机的可控性和保护动作性。

经核实，江苏国信淮阴发电公司一台300MW机组从2007年底调试到2008年2月份顺利通过168 h运行到今，没有卡件发生过故障、没有出现过网络故障、没出现过死机现象、没发生过 因DCS问题导致机组停用事故。
3.3 采用一体化控制可以降低了系统延迟

MEH与DCS采用非一体化配置时，MEH与DCS系统用3对硬接线连接，分别为遥控请求、MEH允许 请求、水位指令，除此之外其他数据全部采用通讯接口连接，与DCS、MEH一体化配置相比， 系统运行速度有所下降，不明故障源增加，系统传递的量值有限(必须指定有限的几个或数 个)。

经了解，江苏国信淮阴发电公司300MW机组汽泵在机组负荷达到设计要求时可以投入自动程 控和连锁，从投入商业运行至今水位自动跟踪较好，水位稳定，不需要运行人员干预，运行 效果良好。
3.4 采用非一体化注定的缺憾

由于MEH与DCS采用非一体化配置，除做硬接线外其他MEH数据全部采用通讯接口连接，为控 制通讯点数，减少交换数据量，所以进入DCS的通讯点数较少，所以导致无法在DCS上实现对 MEH系统的全部操作与监视功能，运行中运行人员要两头忙，奔走不停；尤其在事故状态时， 只能使用少数几个硬手操进行操控，对系统的安全稳定运行存在很大风险；同时因为MEH 输入DCS系统点数有限，要实现控制逻辑优化比较困难，难以实现全部信息共享。

对主控系统采用非一体化的湖南创元电厂调研，该厂2×300MW机组的DEH、MEH为FOXBRO的 一体化，主机DCS为和利时MACS V控制系统，通过硬接线和网络通信与DCS系统连接，在调试 与运行中，#1机出现了一些问题，#2机现在正在调试中。

湖南创元电厂 2×300MW机组的#1机从调试运行到现在出现的问题有：①操作“挂闸”后， 小机挂闸油压建立缓慢；②保护动作复归不能在MEH画面完成，只能在DCS操作员站进行；③ 小机水位自动功能不能在MEH画面投退，只能在DCS操作员进行；④当手动调节汽包水位时， 小机实际转速反应延迟严重，短时间内难以跟踪操作员输入的转速指令，在事故处理时，这 种表现尤为突出，水位低时加不上来，水位高时减不下来，水位波动较大，给安全运行带来 很大威胁。汽包水位自动调节投不上，即使投上自动系统，由于水位波动较大，常导致自动 出问题，存在酿成事故的风险较大。

根据上述的调研和用户反馈意见得出：DCS、DEH、MEH一体化控制系统的可靠性较高且宜于 扩展，功能比较齐全，操作容易，维护方便，能够满足大型汽轮机控制的需要。并且给我们 带来了许多先进的设计思想，如：一体化的措施，硬件冗余配制的原则，完善的系统功能， 安全的保护回路等，都值得我们学习。DCS、DEH、MEH一体化控制系统必将成为中国火力发 电的必然趋势。