朱能飛，林大忠，宋麗紅

(1．國電南京自動化股份有限公司，江蘇 南京 210031;2．四川華電珙縣發(fā)電有限公司，四川 宜賓 644600)

1 項(xiàng)目概況

四川華電珙縣發(fā)電有限公司(以下簡稱珙電公司)一期建設(shè)工程為2臺600MW超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組。鍋爐為東方鍋爐股份有限公司生產(chǎn)的600 MW、超臨界參數(shù)、W形火焰燃燒、垂直管圈水冷壁變壓直流鍋爐，采用一次再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼架結(jié)構(gòu)單爐膛露天島式布置，燃用無煙煤。最大連續(xù)蒸發(fā)量為1 900 t/h，額定工況下過熱器出口蒸汽壓力為25．4MPa，溫度為571℃。汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)的600MW、超臨界、中間一次再熱、三缸四排汽、單軸、雙背壓、凝汽式、8級回?zé)崞啓C(jī)。發(fā)電機(jī)為東方電氣集團(tuán)生產(chǎn)的QFSN－600－2－22D型水氫冷發(fā)電機(jī)。

該項(xiàng)目是5·12汶川特大地震后，國家發(fā)改委核準(zhǔn)開工建設(shè)的四川省第1個(gè)重點(diǎn)工程，是國產(chǎn)首臺600MW超臨界W形火焰爐燃煤發(fā)電機(jī)組。該項(xiàng)目分散控制系統(tǒng)(DCS)的合同于2009年5月8日簽署，2010年3月通過出廠驗(yàn)收測試(FAT)，2010年6月DCS受電，2011年2月#1機(jī)組順利通過168h試運(yùn)行。#1機(jī)組實(shí)現(xiàn)了倒送廠用電、鍋爐水壓試驗(yàn)、鍋爐點(diǎn)火、吹管、汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)、機(jī)組并網(wǎng)、168 h試運(yùn)行“七個(gè)一次”成功，與環(huán)保工程、外圍工程及主體工程建設(shè)“三同時(shí)”。#2機(jī)組也于2011年8月順利通過168 h試運(yùn)行。

2 機(jī)組DCS配置

珙電公司DCS采用國電南京自動化股份有限公司TCS 3000儀電一體化分散控制系統(tǒng)，DCS實(shí)現(xiàn)了十大功能，包括單元機(jī)組的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)、模擬量控制系統(tǒng)(MCS)、順序控制系統(tǒng)(SCS)、鍋爐爐膛安全監(jiān)視保護(hù)系統(tǒng)(FSSS)、旁路控制系統(tǒng)(TBC)、電氣監(jiān)控系統(tǒng)(ECS)、煙氣脫硝控制系統(tǒng)(SCR)、給水泵汽機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)(MEH)、廠用電管理系統(tǒng)(ECMS)以及脫硫DCS等。

2．1 網(wǎng)絡(luò)配置

TCS 3000分散控制系統(tǒng)硬件由操作層、控制層、執(zhí)行層3個(gè)主要部分構(gòu)成，并通過網(wǎng)絡(luò)相互連接［1］。全廠DCS網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

單元機(jī)組DCS配置具體包括35對冗余控制器、2套服務(wù)器、4套操作員站、1套工程師站、1套值長站、1套歷史站、1套廠級實(shí)時(shí)信息監(jiān)控系統(tǒng)(SIS)接口機(jī)以及3套用于與80臺智能溫度采集前端通信的通信管理機(jī)。

ECMS配置了10套通信管理機(jī)，2臺單元機(jī)組各3套，與80套6 kV綜合保護(hù)裝置通信;公用系統(tǒng)4臺，與100臺6 kV綜合保護(hù)裝置通信。

2．2 I/O測點(diǎn)和卡件配置

單元機(jī)組I/O點(diǎn)數(shù)為10 520，實(shí)際配置13 034點(diǎn)，余量24%;公用系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)為854，實(shí)際配置1112點(diǎn)，余量30%;脫硫DCS I/O點(diǎn)數(shù)為3756，實(shí)際配置4452點(diǎn)，余量19%。全廠I/O點(diǎn)數(shù)為25650，實(shí)際配置31632點(diǎn)，余量23%;I/O卡件共2399塊。

2．3 DPU及機(jī)柜配置

機(jī)組DCS控制范圍覆蓋了鍋爐島、汽輪機(jī)島、發(fā)電機(jī)、電氣系統(tǒng)、脫硝系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)等，DCS機(jī)柜分布在全廠11個(gè)電子設(shè)備間。DPU按照電廠熱力系統(tǒng)分配的原則，盡量減少不同控制器之間的通信，降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷。單元機(jī)組配置35對冗余DPU，其中單元機(jī)組鍋爐配置17對、汽輪機(jī)配置15對、電氣系統(tǒng)配置3對;公用系統(tǒng)配置6對DPU，分別為電氣公用、機(jī)組公用、氨區(qū)、燃油泵房和空氣壓縮機(jī)房;脫硫系統(tǒng)配置14對 DPU。全廠配置90對 DPU，機(jī)柜125面，其中主控制柜90面、端子柜/繼電器柜23面、電源柜6面、網(wǎng)絡(luò)柜6面。

圖1 珙電公司全廠DCS網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

2．4 軟件配置

TCS 3000的軟件系統(tǒng)由支撐軟件和應(yīng)用軟件2部分組成。支撐軟件由性能穩(wěn)定的中文Windows Server 2003操作系統(tǒng)和MSOffice 2003等構(gòu)成。應(yīng)用軟件分為下位組態(tài)軟件和上位監(jiān)控軟件。下位組態(tài)軟件符合IEC 61131－3標(biāo)準(zhǔn)，支持多種組態(tài)語言(包括FBD)，編譯效率高、執(zhí)行速度快、便于完成各種算法及控制策略，并可根據(jù)功能需求進(jìn)行二次開發(fā)。在進(jìn)行控制邏輯程序編制時(shí)可根據(jù)邏輯圖應(yīng)用功能塊以及基本算法搭建，便于錄入、保存和拷貝。程序經(jīng)編譯、下裝后自動生成控制器的控制邏輯，并可以在線調(diào)閱、修改和監(jiān)視。上位監(jiān)控軟件分為離線組態(tài)工具和在線運(yùn)行程序2部分。組態(tài)工具可以完成數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)畫面、圖表、報(bào)表、設(shè)備操作端等組態(tài)。在線運(yùn)行軟件包括機(jī)組設(shè)備狀態(tài)、參數(shù)顯示、報(bào)警顯示、事件順序(SOE)記錄、事故追憶、設(shè)備操作和打印等必備功能。

3 系統(tǒng)應(yīng)用特點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)

TCS 3000系統(tǒng)在珙電公司機(jī)組的應(yīng)用中，針對國產(chǎn)600MW超臨界W形火焰爐首次應(yīng)用的具體情況，在確保機(jī)組運(yùn)行安全、穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，大膽拓展新思路、啟用新技術(shù)。其在系統(tǒng)配置及應(yīng)用中的特點(diǎn)和涉及的關(guān)鍵技術(shù)主要有:

(1)針對超大規(guī)?；痣姀S控制系統(tǒng)的應(yīng)用，對工程進(jìn)行合理配置。系統(tǒng)不僅完成常規(guī)鍋爐、汽輪機(jī)和脫硫系統(tǒng)的控制功能，而且實(shí)現(xiàn)了電氣監(jiān)控、廠用電控制等一體化控制。全廠共計(jì)配置I/O點(diǎn)31632點(diǎn)，I/O卡件2399塊，DPU 90對，通信管理機(jī)17套、計(jì)算機(jī)30套、智能前端136臺，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)視控制功能的合理劃分和系統(tǒng)負(fù)荷(包括DPU，I/O服務(wù)器，報(bào)警服務(wù)器，趨勢服務(wù)器等)的均衡。

(2)600MW超臨界機(jī)組的自動控制與保護(hù)方案。該項(xiàng)目采用600MW超臨界W形火焰鍋爐機(jī)組，同類型國產(chǎn)鍋爐還沒有投產(chǎn)的先例，在國際上也屬鮮見，對于此種鍋爐控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、運(yùn)行等都是新課題。該類型鍋爐的部分控制方案與傳統(tǒng)切圓燃燒鍋爐有很多不同，具有自身的特殊性和要求，由于W形火焰鍋爐的燃燒方式及采用雙進(jìn)雙出球式磨煤機(jī)，在燃燒控制及磨煤機(jī)控制上與傳統(tǒng)的切圓燃燒鍋爐不同，二次風(fēng)系統(tǒng)、一次風(fēng)系統(tǒng)、磨煤機(jī)煤位控制系統(tǒng)、過熱汽溫及再熱汽溫控制系統(tǒng)與切圓燃燒鍋爐均有所區(qū)別。TCS 3000系統(tǒng)提供的鍋爐控制系統(tǒng)包含針對鍋爐特點(diǎn)特別設(shè)計(jì)的若干子系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)行并具有前饋?zhàn)饔?設(shè)計(jì)并實(shí)施靈敏、安全、快速與穩(wěn)定的控制策略，在不同工況下均能高質(zhì)量地滿足機(jī)組負(fù)荷指令的需求并保證機(jī)組運(yùn)行的安全及穩(wěn)定性。

(3)大量智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(IDAS)的應(yīng)用。由于該機(jī)組是首臺國產(chǎn)600MW W形火焰鍋爐，為了更好地檢測鍋爐溫度場的分布，并為鍋爐廠進(jìn)一步的開發(fā)及科研工作提供必要的數(shù)據(jù)支持和依據(jù)，該工程使用的IDAS除常規(guī)功能外，還充分考慮設(shè)備深層次管理的需要。

1)根據(jù)機(jī)組的實(shí)時(shí)負(fù)荷計(jì)算出不同負(fù)荷下管壁溫度的報(bào)警值，并對壁溫進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測和超溫報(bào)警。

2)將壁溫寫入歷史站，便于查詢其歷史數(shù)據(jù)，對異常情況的分析提供可靠的依據(jù)，也為這部分設(shè)備的檢修提供必要的信息。

3)精確定位超限報(bào)警點(diǎn)的位置，提高了設(shè)備的安全、管理水平，也可以使運(yùn)行人員對其操作水平不斷進(jìn)行自我評價(jià)。

(4)采用了先進(jìn)的SOE對時(shí)技術(shù)，確保不同控制器之間乃至分布于不同電子間不同DPU的事件分辨率達(dá)到1ms，為機(jī)組的故障分析提供可靠的平臺和保障。

(5)采用數(shù)字電液控制系統(tǒng)(DEH)專用卡件(位置反饋?zhàn)兯推?LVDT)，用于過程控制的對象連接與嵌入(OPC)卡，伺服回路控制卡(VCC)和裝置(危急遮斷系統(tǒng)(ETS))，實(shí)現(xiàn)了對給水泵汽輪機(jī)的一體化控制。

(6)采用具有預(yù)測控制屬性和特征的預(yù)加煤控制技術(shù)，對鍋爐主控指令進(jìn)行智能超調(diào)，加強(qiáng)、加快鍋爐主控的輸出，及時(shí)改變?nèi)剂虾徒o水量，以補(bǔ)償鍋爐的大滯后特性，增強(qiáng)了控制系統(tǒng)的自適應(yīng)能力，提高了機(jī)組的負(fù)荷響應(yīng)速率。

(7)采用增量式函數(shù)觀測器及其狀態(tài)反饋技術(shù)，根據(jù)過熱器各中間點(diǎn)溫度的變化，預(yù)測過熱器出口汽溫的變化趨勢，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)提前動作，加快調(diào)節(jié)速度，同時(shí)減少汽溫對象的超調(diào)，有效解決了W形火焰直流鍋爐過熱汽溫大慣性、大遲延的問題。

4 系統(tǒng)性能評價(jià)及問題分析

TCS 3000分散控制系統(tǒng)目前已經(jīng)成功應(yīng)用于多個(gè)600 MW及以下等級機(jī)組，成功實(shí)現(xiàn)了機(jī)組DCS，ECMS及升壓站網(wǎng)控(NCS)等3 S一體化控制。目前，珙電公司#1機(jī)組已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)運(yùn)行階段，系統(tǒng)運(yùn)行安全、可靠，各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到DCS規(guī)范書要求。同時(shí)，機(jī)組自動化控制水平較高，對機(jī)組的優(yōu)化調(diào)整、經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行有著重要的意義，也為珙電公司自動發(fā)電控制(AGC)功能的成功實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造了條件。

在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)了系統(tǒng)的不足之處并給出了針對性解決方案，現(xiàn)列舉如下:

(1)系統(tǒng)容量龐大，單元機(jī)組控制器35對，I/O點(diǎn)有10520點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)變量達(dá)到50 000點(diǎn)，造成切換監(jiān)控畫面時(shí)偶爾出現(xiàn)2～5 s的遲滯現(xiàn)象。經(jīng)分析，優(yōu)化了4個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信參數(shù)，包括服務(wù)器從DPU、客戶機(jī)從服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)的等待時(shí)間和重試次數(shù)等，問題得以解決。

(2)DELL服務(wù)器曾出現(xiàn)重啟現(xiàn)象。現(xiàn)場分析查看系統(tǒng)日志及系統(tǒng)dump文件，確定服務(wù)器重啟是由于DELL服務(wù)器標(biāo)配的broadcom網(wǎng)卡驅(qū)動程序(baspxp32．sys)缺陷所致。升級了服務(wù)器網(wǎng)卡驅(qū)動程序，此類現(xiàn)象得以杜絕，另需注意內(nèi)存卡的最佳槽位安裝。

(3)智能前端IDAS數(shù)值出現(xiàn)過不精確現(xiàn)象。經(jīng)同批次裝置的高溫模擬試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)裝置上所使用的光耦器件在高溫時(shí)導(dǎo)通斜率發(fā)生變化，導(dǎo)通延遲時(shí)間超出原設(shè)計(jì)指標(biāo)，導(dǎo)致裝置內(nèi)部的采樣時(shí)序被破壞。之后采用適當(dāng)延長光耦導(dǎo)通采樣周期方法，以保證足夠的采樣時(shí)間，通過升級裝置軟件程序使問題得以順利解決。

(4)#2機(jī)組點(diǎn)火試運(yùn)期間發(fā)生主汽溫度測量不精確，存在測量擾動現(xiàn)象，導(dǎo)致主汽溫減溫調(diào)節(jié)自動不能投入。經(jīng)過反復(fù)測試檢查，發(fā)現(xiàn)熱電偶的部分信號有抖動，測量信號變化0．5mV左右。在對每個(gè)通道進(jìn)行絕緣檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)6個(gè)熱電偶絕緣不合格。更換現(xiàn)場熱電偶，問題得以解決。

5 結(jié)束語

為進(jìn)一步提高TCS 3000系統(tǒng)的安全、可靠性，改善控制效果，使其在火電廠乃至整個(gè)工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用達(dá)到新的水平，作者認(rèn)為還有以下工作亟待展開:

(1)開拓與其他類似工業(yè)產(chǎn)品的交流平臺，廣泛學(xué)習(xí)并加快對國內(nèi)外先進(jìn)DCS優(yōu)點(diǎn)的消化和吸收，不斷汲取國內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，盡快消除與先進(jìn)系統(tǒng)的差距。

(2)果斷、及時(shí)地引入新技術(shù)。例如，將自適應(yīng)控制、預(yù)測控制、模糊控制等國際上先進(jìn)的控制技術(shù)應(yīng)用到火電機(jī)組的控制中來，在提高系統(tǒng)控制性能的同時(shí)使其控制水平上一個(gè)臺階。

(3)抓緊對該系統(tǒng)的研發(fā)工作。例如，對組態(tài)模塊及監(jiān)控畫面進(jìn)行更深入的開發(fā)和改進(jìn)，并在此基礎(chǔ)上形成自己的特色，為客戶提供更加安全、可靠、穩(wěn)定的產(chǎn)品，最終在大容量火電機(jī)組的控制方面走在全國乃至世界前列。

［1］郭同書，趙明，朱能飛，等．600MW超臨界W形火焰鍋爐機(jī)組給水控制策略分析［J］．華電技術(shù)，2011，33(12):4 －7．