潘勇進(jìn)，潘 艷

（杭州華電半山發(fā)電有限公司，杭州 310015）

GE 9F級(jí)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組主要設(shè)備分燃機(jī)、汽機(jī)、余熱鍋爐、GIS 4部分，機(jī)島設(shè)備（燃機(jī)、汽機(jī)、發(fā)電機(jī)）選用美國GE公司生產(chǎn)的STAG109FA SS機(jī)型，單軸布置。采用GE公司開發(fā)的MARK VI控制系統(tǒng)。

作為國家“西氣東輸”工程的首批重點(diǎn)項(xiàng)目，杭州華電半山發(fā)電有限公司的3臺(tái)GE 9F級(jí)大型燃?xì)廨啓C(jī)從2005年末至今已運(yùn)行4年，對(duì)于MARK VI控制系統(tǒng)積累了一定的運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)。通過對(duì)MARK VI控制系統(tǒng)中典型硬件故障的分析及對(duì)軟件優(yōu)化案例的介紹，可為同類型機(jī)組運(yùn)行提供參考。

1 MARK VI控制系統(tǒng)簡介

1.1 MARK VI控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

MARK VI控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示，整個(gè)控制系統(tǒng)具有2層網(wǎng)絡(luò)：廠級(jí)數(shù)據(jù)總線（Plant Data Highway，PDH）負(fù)責(zé)機(jī)組之間的數(shù)據(jù)交換，運(yùn)行監(jiān)控與操作和機(jī)組數(shù)據(jù)總線（Unit Data Highway，UDH）負(fù)責(zé)機(jī)組級(jí)的數(shù)據(jù)交換?？刂葡到y(tǒng)的控制器通過UDH與HMI數(shù)據(jù)服務(wù)器連接，在PDH上掛接著操作員站、打印機(jī)、歷史數(shù)據(jù)站等各種外部設(shè)備，通過路由器等相關(guān)設(shè)備還可與其他控制系統(tǒng)通訊，以組成一個(gè)更大更完整的系統(tǒng)。PDH和UDH均支持以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)。

圖1 MARK VI控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

1.2 硬件配置

MARK VI控制系統(tǒng)的硬件配置為三冗余模式，控制柜中布置有R，S，T控制器機(jī)架，分別帶有VCMI通訊控制卡，通過IO Net與I/O柜相連，同時(shí)分別與X，Y，Z保護(hù)模塊通訊，每塊I/O卡都會(huì)送一個(gè)ID信號(hào)至VCMI卡，該ID信號(hào)包括硬件系列號(hào)、版本、代碼、固化數(shù)字和固化版本；UCVX控制器位于VCMI通訊卡件右側(cè)，為控制系統(tǒng)核心卡件，負(fù)責(zé)運(yùn)算處理數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)調(diào)用控制邏輯、算法，以及通過以太網(wǎng)接口與UDH相接；I/O控制卡采集并處理從端子板輸入的各類模擬量、開關(guān)量信號(hào)，每一類I/O卡件都有其特殊的端子板；I/O端子柜中布置有端子板及電源分配模塊，端子板通過預(yù)制電纜與控制柜中的I/O控制卡相連。

1.3 軟件功能

MARK VI控制系統(tǒng)的所有操作員站、通訊服務(wù)器及工程師站都使用基于Microsoft Windows NT的操作系統(tǒng)，在操作員站、通訊服務(wù)器上裝有CIMPLICITY圖形顯示系統(tǒng)，為操作員提供實(shí)時(shí)環(huán)境中的控制和可視化處理，工程師站運(yùn)行控制系統(tǒng)的TOOLBOX軟件，用于系統(tǒng)組態(tài)。MARK VI的控制器采用QNX操作系統(tǒng)，這是一個(gè)適用于燃機(jī)控制保護(hù)等高速自動(dòng)場合的實(shí)時(shí)系統(tǒng)。

實(shí)現(xiàn)功能包括：

（1）報(bào)警顯示記錄功能。操作顯示、成組顯示、棒狀圖顯示，報(bào)警顯示及定期記錄、事故追憶記錄、SOE記錄等。

（2）調(diào)節(jié)控制功能。啟動(dòng)控制、轉(zhuǎn)速/負(fù)荷的設(shè)定和調(diào)節(jié)、燃機(jī)溫度控制、進(jìn)氣導(dǎo)葉控制、燃料控制、排汽溫度控制、軸封蒸汽系統(tǒng)控制、油系統(tǒng)控制等。

（3）順序控制功能。燃機(jī)輔助系統(tǒng)順控、啟動(dòng)運(yùn)行和停機(jī)順控、吹掃和點(diǎn)火順控等。

（4）保護(hù)功能。超速保護(hù)、超溫保護(hù)、振動(dòng)保護(hù)、滅火保護(hù)、燃燒器監(jiān)測(cè)保護(hù)、CO2火災(zāi)保護(hù)、潤滑油壓低保護(hù)、冷凝器真空低保護(hù)、汽輪機(jī)排汽溫度高保護(hù)等。

2 硬件故障案例

2.1 端子板及卡件故障

對(duì)于模擬量端子板的故障通常比較好判斷，通過TOOLBOX軟件打開組態(tài)軟件后可以查看診斷報(bào)警，而且模擬量通道故障時(shí)采集到的數(shù)據(jù)是壞點(diǎn)的，維護(hù)人員比較容易判斷出是外部信號(hào)的問題還是通道的問題，但是對(duì)于開關(guān)量端子板的故障判斷相對(duì)就要困難一些。

3號(hào)機(jī)組某次開缸檢修期間，發(fā)現(xiàn)汽機(jī)再熱冷卻閥不能操作，該閥門為二位式的氣動(dòng)閥門，由電磁閥控制。在MARK VI內(nèi)發(fā)指令后通道無輸出，進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)通道對(duì)應(yīng)的熔絲已經(jīng)熔斷，而測(cè)量現(xiàn)場回路電阻接近于0，判斷為電纜或就地電磁閥線圈問題，經(jīng)就地檢查發(fā)現(xiàn)由于在長期的高溫環(huán)境下電纜老化脫皮，線芯接觸導(dǎo)通，更換電纜及熔絲后正常，開關(guān)量卡件通道故障多由于此種原因引起。

又如某日3號(hào)機(jī)組停運(yùn)時(shí)真空破壞門不能操作，該閥門為380VAC電源的開關(guān)型閥門，由汽機(jī)MARK VI控制。維護(hù)人員到現(xiàn)場 檢查，就地操作正常，通過組態(tài)軟件查得該閥門的DO通道位置，由MARK VI內(nèi)發(fā)指令DO觸點(diǎn)未能動(dòng)作，更換繼電器仍就不能正常工作。此時(shí)考慮同一塊板的其它通道是否正常，經(jīng)試驗(yàn)也未能動(dòng)作，說明整塊板都有故障。緊固強(qiáng)電插頭后，對(duì)控制器進(jìn)行斷電重啟操作，試驗(yàn)通道正常，對(duì)閥門遠(yuǎn)操，開關(guān)也正常了。后經(jīng)過進(jìn)一步的檢查，發(fā)現(xiàn)控制器機(jī)架及其卡件積灰比較嚴(yán)重，導(dǎo)致卡件不能正常工作，因此需加強(qiáng)定期清灰工作。

2.2 電源故障

可靠的電源是控制系統(tǒng)穩(wěn)定工作的重要保障?？刂葡到y(tǒng)的電源通常是由兩路冗余提供，一路是UPS（220VAC）經(jīng)過變壓整流產(chǎn)生110VDC，另一路為電氣直流柜提供的110VDC，這兩路電源進(jìn)入電源分配模塊PDM處理后送出多路不同等級(jí)的電壓供控制機(jī)架、端子板和就地設(shè)備使用。

某日1號(hào)燃機(jī)汽機(jī)MARK VI控制器R溫度高報(bào)警?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)該控制器頂部風(fēng)扇停止運(yùn)行，機(jī)架的電源故障紅燈常亮。MARK VI控制系統(tǒng)的每個(gè)控制器都有1個(gè)對(duì)應(yīng)的機(jī)架，整個(gè)機(jī)架由1個(gè)電源模塊供電，其輸入為由PDM來的110VDC，輸出為多路不同電壓等級(jí)的直流電，其中風(fēng)扇由1路28 V供電，拔下風(fēng)扇的供電插頭測(cè)量沒有電壓，通過組態(tài)文件連線控制器查看電源狀態(tài)，確實(shí)有1路28 V顯示為0，確定電源故障。但是因?yàn)槠渌鼛茁冯娫凑?，所以沒有影響控制器的正常工作。

停機(jī)后，通過控制機(jī)架左下角的供電電壓測(cè)試柱，測(cè)試各路電源的電壓情況，并進(jìn)行斷通電試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)又有2路電源失去，說明該電源模塊已經(jīng)很不穩(wěn)定，必須進(jìn)行更換。對(duì)拆下的電源模塊進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)其中的多個(gè)DC-DC（直流轉(zhuǎn)直流）模塊已經(jīng)損壞，可能存在輸入電壓受到干擾或電壓不穩(wěn)定等因素，降低了其使用壽命。

2.3 網(wǎng)絡(luò)故障

某日機(jī)組運(yùn)行期間，LCI畫面（LCI為燃機(jī)的靜態(tài)啟動(dòng)裝置，2臺(tái)LCI通過切換可供3臺(tái)燃機(jī)啟停操作）數(shù)據(jù)變黑無顯示，MARK VI報(bào)警網(wǎng)絡(luò)故障。

根據(jù)報(bào)警檢查網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)現(xiàn)用于掛接操作員站的1只交換機(jī)指示燈無顯示，測(cè)其電源正常，判斷為交換機(jī)故障，機(jī)組停運(yùn)后，用預(yù)先配置的交換機(jī)更換。經(jīng)檢查，拆下的交換機(jī)電源部分有元件燒損跡象。該交換機(jī)是在機(jī)柜的最底層，散熱較差，雖然交換機(jī)是自帶風(fēng)扇的，但積灰加上本身產(chǎn)生的熱量較大，設(shè)備長期工作在較高溫度下影響了其使用壽命，現(xiàn)已經(jīng)更改了安裝位置使其能有效散熱，并做好定期清灰工作。

3 軟件優(yōu)化案例

MARK VI控制系統(tǒng)的控制保護(hù)邏輯比較完善，特別是啟停順控、燃燒監(jiān)測(cè)保護(hù)等經(jīng)過幾代MARK系統(tǒng)的演變，如今已是非常成熟的邏輯。但是為了適應(yīng)實(shí)際設(shè)備及運(yùn)行情況的要求，修改部分控制邏輯也是必不可少的。下面是根據(jù)實(shí)際進(jìn)行邏輯修改的幾個(gè)典型例子。

3.1 排氣框架冷卻風(fēng)機(jī)邏輯

88TK風(fēng)機(jī)用于燃機(jī)排氣框架的冷卻，共有2臺(tái)，正常運(yùn)行時(shí)一用一備，風(fēng)機(jī)出口各配有1個(gè)壓力開關(guān)。當(dāng)運(yùn)行風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓低時(shí)控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換到另一臺(tái)風(fēng)機(jī)運(yùn)行，但是如果遇到壓力開關(guān)定值不準(zhǔn)、風(fēng)機(jī)出力下降、出口擋板不能正常切換時(shí)，即使備用風(fēng)機(jī)啟動(dòng)也不能保證出口壓力開關(guān)正確動(dòng)作，此時(shí)系統(tǒng)會(huì)認(rèn)為風(fēng)壓低將采取自動(dòng)減負(fù)荷的措施。由于壓力開關(guān)安裝在風(fēng)機(jī)出口的位置（擋板之前），在風(fēng)機(jī)工作正常時(shí)，如果擋板不能切換到位，其部分風(fēng)量通過備用風(fēng)機(jī)排出，同時(shí)也導(dǎo)致備用風(fēng)機(jī)倒轉(zhuǎn)，既不利于框架冷卻，也有損于備用風(fēng)機(jī)。而此時(shí)由于運(yùn)行風(fēng)機(jī)出口壓力正常，系統(tǒng)不會(huì)去切換風(fēng)機(jī)，也不會(huì)發(fā)出報(bào)警，長期運(yùn)行定將降低設(shè)備的壽命。為此在風(fēng)機(jī)出口母管上加裝了變送器，以檢測(cè)母管上的風(fēng)壓，保留原來的2個(gè)壓力開關(guān)，壓力開關(guān)只用于壓力低時(shí)切換風(fēng)機(jī)，變送器送出的模擬量信號(hào)作為監(jiān)視、報(bào)警和減負(fù)荷功能，即當(dāng)母管壓力（3個(gè)變送器取中間值）低于一定值時(shí)（經(jīng)過適當(dāng)延時(shí)）機(jī)組自動(dòng)減負(fù)荷。

這樣，當(dāng)母管壓力有降低趨勢(shì)時(shí)，運(yùn)行人員能及時(shí)檢查就地設(shè)備，如風(fēng)機(jī)、擋板的狀況，對(duì)設(shè)備故障提前預(yù)判，大大增加了運(yùn)行的可靠性。

3.2 離線水洗邏輯的修改

目前9F燃機(jī)主要以離線水洗為主，而離線水洗時(shí)其轉(zhuǎn)速不會(huì)超過700 r/min，但是因?yàn)樗磿r(shí)必須滿足開機(jī)條件，才能執(zhí)行啟動(dòng)順控程序，這就涉及到系統(tǒng)上必須要投軸封，并建立真空，同時(shí)要確保余熱鍋爐側(cè)沒有跳機(jī)信號(hào)存在（主要是汽包水位高低）。起初在執(zhí)行離線水洗時(shí)都是實(shí)際投軸封建立真空的，余熱鍋爐也要將水位控制在正常范圍內(nèi)。由于水洗過程通常要8～12 h，而在這段時(shí)間內(nèi)由于軸封和真空將損失大量的能量，從節(jié)能方面考慮，這是很不經(jīng)濟(jì)的。

因此，考慮采用將相關(guān)信號(hào)自動(dòng)屏蔽的方法，這樣無需真正建立真空、保持水位正常，離線水洗程序也能正常執(zhí)行，邏輯完成后運(yùn)行人員可通過點(diǎn)擊離線水洗強(qiáng)制按鈕對(duì)真空及余熱鍋爐的跳機(jī)信號(hào)進(jìn)行屏蔽。為了避免在水洗結(jié)束后運(yùn)行人員未能及時(shí)退出屏蔽信號(hào)，在邏輯中增加了CRANK信號(hào)，只有在離線水洗或冷拖時(shí)選中，正常開機(jī)時(shí)該信號(hào)為 “0”，此時(shí)強(qiáng)制信號(hào)自動(dòng)失效，不影響機(jī)組保護(hù)功能的正常執(zhí)行，同時(shí)在燃機(jī)的啟動(dòng)檢查頁面中對(duì)運(yùn)行人員進(jìn)行提醒，若有強(qiáng)制信號(hào)存在時(shí)顯示 “PLEASE HOLD ON There are override signals”字樣，不能啟動(dòng)機(jī)組。

3.3 增加AGC功能

根據(jù)浙江電網(wǎng)要求，機(jī)組增加了自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）功能。調(diào)度控制指令與機(jī)組控制系統(tǒng)的接口有二種方式：一種方式是將DCS作為與電網(wǎng)調(diào)度的接口，邏輯在DCS內(nèi)完成后將指令傳給MARK VI，MARK VI的輸出信號(hào)也是通過DCS再上傳給電網(wǎng)調(diào)度，這種方式的好處是DCS的通道比較富裕，而且由于對(duì)DCS掌握比較透徹，實(shí)施的難度相對(duì)較小，但是考慮它經(jīng)過了一道轉(zhuǎn)換，響應(yīng)的速度會(huì)稍微偏慢一點(diǎn)，而且占用了DCS側(cè)的IO通道。另一種方式是電網(wǎng)調(diào)度遠(yuǎn)傳的信號(hào)直接進(jìn)入MARK VI控制系統(tǒng)，這樣減少了中間環(huán)節(jié)后既加快了響應(yīng)速度也減少卡件通道的數(shù)量，邏輯只需稍加補(bǔ)充修改。顯然，后一種方式更具優(yōu)勢(shì)而已被采用。

4 提高控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的幾點(diǎn)建議

（1）要細(xì)化巡檢工作的內(nèi)容，如查看控制器、電源的指示燈，有條件的還應(yīng)測(cè)量其溫度并記錄，通過軟件檢查各路電源的狀態(tài)、各類診斷報(bào)警等。

（2）做好定期的清灰工作，清灰時(shí)做好必要的防護(hù)措施，如帶好防靜電手套、控制器斷電。

（3）機(jī)組大小修期間做好控制器冗余切換試驗(yàn)工作，確?？刂破鞣€(wěn)定可靠運(yùn)行，同時(shí)做好重要設(shè)備的電纜絕緣檢查工作。

（4）定期做好軟件備份。由于長時(shí)間運(yùn)行，操作員站的硬盤損壞是比較常見的，因此做好系統(tǒng)的軟件備份顯得尤為重要，組態(tài)文件在修改之前也需做好備份。

（5）防止病毒侵入，實(shí)行專人專管，嚴(yán)格控制外部設(shè)備（如U盤、移動(dòng)硬盤等）接入控制系統(tǒng)。

[1]GE.Inspection and Maintenance Manual燃機(jī)檢修與維護(hù)手冊(cè)[G].

[2]吳革新.大型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)叢書（控制系統(tǒng)分冊(cè)）[M].北京：中國電力出版社，2009.

[3]焦樹建.燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)的理論基礎(chǔ)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2003.