朱又生

(江蘇省國信集團，江蘇南京210005)

江蘇國信揚州第二發(fā)電有限公司1號機為國外引進亞臨界630 MW機組，鍋爐、汽輪發(fā)電機組分別由美國巴威和西屋公司制造，于1998年11月建成投入商業(yè)運行。鍋爐和汽輪機輔助系統(tǒng)采用Siemens公司的TXP分散控制系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集DAS、協(xié)調(diào)控制CCS、順序控制SCS、燃燒器管理BMS等功能；汽輪機采用Westinghouse公司的WDPF控制系統(tǒng)，實現(xiàn)操作員自動OA、緊急跳機ETS、超速度保護控制OPC、汽輪機自動控制ATC、熱應(yīng)力監(jiān)測RSM、旁路與軸封控制BP/GS、給水泵汽輪機控制MEH/METS等功能。

現(xiàn)有WDPF和TXP系統(tǒng)為上世紀九十年代中期產(chǎn)品，十多年運行已到壽命末期，系統(tǒng)和卡件嚴重老化，系統(tǒng)故障率大幅上升，維護費用持續(xù)增加的問題日趨突出，已嚴重影響著機組的安全、穩(wěn)定運行；DCS落后的控制軟件，其有限的可擴展性，制約了機組運行優(yōu)化等先進技術(shù)應(yīng)用，限制了脫硝等新增控制要求的加入。經(jīng)廣泛調(diào)研、全面的改造方案設(shè)計與論證和優(yōu)化選型，確定對機組控制系統(tǒng)作一體化改造，選用EMERSON公司全新的專家控制系統(tǒng)Ovation替換現(xiàn)有的TXP和WDPF。改造工程于2012年4月到6月1號機組大修期間進行。

1方案設(shè)計

1.1存在問題

江蘇國信揚州第二發(fā)電有限公司亞臨界630 MW機組的現(xiàn)有DCS和DEH均為15年前產(chǎn)品，原制造廠對系統(tǒng)的硬件和軟件已做全面的技術(shù)升級，功能和性能有了質(zhì)的上升，但新硬件與老系統(tǒng)不兼容，不能作為老系統(tǒng)的備件。隨著TXP和WDPF退市，備品、備件的供應(yīng)變得困難，制造廠雖然還生產(chǎn)一定備件，但量少成本高，因此老系統(tǒng)的維修面臨成本逐年升高的嚴峻局面。現(xiàn)有DCS預制線纜通道已被基本用完，且無增加新的控制對象的可能，脫硝控制系統(tǒng)的接入、AGC性能優(yōu)化，DCS已成為機組改造和控制技術(shù)升級的瓶頸。WDPF的80486處理器運算速度很慢，文本填表式組態(tài)軟件使用極為繁瑣，DEH中增加一次調(diào)頻試驗邏輯，就需占用系統(tǒng)20個點、19個文本算法。WDPF歷經(jīng)多次異動、邏輯修改，DPU基本處于臨界負荷運行。因此迫切需要對DCS和DEH進行技術(shù)升級改造。機組DCS和DEH分設(shè)2套不同的控制系統(tǒng)，給集控運行帶來不便。機組13套基地式調(diào)節(jié)儀表、電動給水泵就地PLC、勵磁系統(tǒng)硬手操裝置控制、6個磨煤機沖惰就地控制盤等均需要集成到DCS，汽輪機TSI、鍋爐四管泄漏檢測、吹灰PLC、膠球清洗等信息均需納入DCS監(jiān)視范圍。為滿足脫硝等新增控制要求和改善集控運行環(huán)境，并為機組控制功能升級創(chuàng)建擴展空間，對DCS和DEH進行一體化改造是必要和迫切的?，F(xiàn)役機組DCS和DEH的升級改造，有基于現(xiàn)有系統(tǒng)的局部升級改造和全新系統(tǒng)整體升級改造兩種不同的選擇。

1.2局部改造

基于現(xiàn)有系統(tǒng)的局部改造，僅對控制器、網(wǎng)絡(luò)和上位機等升級，可充分利用現(xiàn)有機柜、接線端子和IO卡件，有基于TXP或基于WDPF的2個可選方案。Siemens公司的TXP系統(tǒng)已升級為T3000，Westinghouse公司的WDPF系統(tǒng)已升級為Ovation，所以，局部升級即用T3000或Ovation系統(tǒng)改造。選用T3000改造控制系統(tǒng)，可保持DCS的技術(shù)風格不變，由于DCS的控制器和運行監(jiān)控畫面遠多于DEH，控制軟件轉(zhuǎn)化和新的HMI升級開發(fā)相對容易。DEH改用T3000，因Siemens公司的汽輪機控制策略與Westinghouse公司有較大不同，特別在汽輪機自動控制ATC和熱應(yīng)力監(jiān)視RSM方面，故DEH的軟件轉(zhuǎn)換有些難度。選用Ovation改造控制系統(tǒng)，可保持DEH的技術(shù)風格不變，現(xiàn)有DCS的DUP改為Ovation的控制器。盡管DCS的控制器和監(jiān)控畫面較多，但控制策略主要為通用算法，控制軟件的轉(zhuǎn)換相對較方便。局部改造解決了監(jiān)控級網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的技術(shù)升級，且DCS和DEH集成在同一平臺上，具有投入最少、工期最短、風險最低的優(yōu)點，但IO卡件故障率高、系統(tǒng)可擴展性差等問題沒得到根本解決，后續(xù)投資成本還會不斷增大。

1.3整體改造

基于現(xiàn)有過程電纜的DCS和DEH升級改造，用一套包括IO卡件在內(nèi)的全新分散控制系統(tǒng)替代現(xiàn)有系統(tǒng)，使機組控制系統(tǒng)整體達到當前先進水平?，F(xiàn)有DCS和DEH系統(tǒng)的壽命分析和風險評估顯示：現(xiàn)有IO卡件大多已達到壽期末端，盡管還有一定剩余壽命可以利用，但故障風險很大，由此產(chǎn)生的機組安全風險，有可能產(chǎn)生很大的經(jīng)濟損失。電子產(chǎn)品的生命周期較短，升級換代很快，適時地對機組控制系統(tǒng)進行整體改造，跟上控制系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的時代步伐，保持機組運行技術(shù)可持續(xù)進步是十分必要的。

江蘇國信揚州第二發(fā)電有限公司亞臨界630 MW機組DCS和DEH整體集成改造，考慮技術(shù)的繼承性，可選T3000或Ovation 2個不同方案。T3000和Ovation均為技術(shù)成熟度很高的產(chǎn)品，都能滿足改造的所有技術(shù)要求，且其技術(shù)風格已被熱工專業(yè)和運行人員廣為熟知。經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟和后續(xù)技術(shù)支持與服務(wù)等綜合比較，特別考慮汽輪機DEH中控制算法的完整繼承性，確定1號機組的DCS和DEH一體化升級改造選用Ovation系統(tǒng)。整體改造不再受原有系統(tǒng)的限制，新增脫硝控制和原有基地式調(diào)節(jié)儀表、就地PLC等全部擴展需求納入系統(tǒng)整體設(shè)計。

2硬件改造方案

2.1上位工作站點配置

將現(xiàn)有TXP及WDPF系統(tǒng)的所有工作站點，更換成Ovation基于Windows系統(tǒng)的工作站。Windows平臺具有維護方便，操作靈活，軟硬件支持強大，功能豐富，簡單易學的特點，其工作站點配置如表1所示。

表1 Ovation系統(tǒng)上位站點配置表 臺

2.2網(wǎng)絡(luò)配置

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用Ovation系統(tǒng)的單層快速以太網(wǎng)，本項目共配置3對冗余Cisco交換機。改造后DCS與DEH系統(tǒng)控制器均通過以太網(wǎng)口接入交換機，使其形成一個整體網(wǎng)絡(luò)。Ovation系統(tǒng)為單層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)型式，每個站點(如工作站、控制器等)在網(wǎng)絡(luò)中均作為獨立的節(jié)點，相互間不存在任何依賴關(guān)系，任何一個站點的故障均不會影響其他站點的正常運行。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

圖1 Ovation專家控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

2.3控制器

本項目將現(xiàn)有的TXP系統(tǒng)控制單元和WDPF系統(tǒng)的DPU全部更換為Ovation系統(tǒng)OCR400控制器。為合理分配控制器的負荷率，提高系統(tǒng)的容錯性，便于系統(tǒng)故障時隔離處理，改造中將原16對DUP擴展為22對，按熱力對象將控制功能更加分散。改造后Ovation系統(tǒng)控制器的配置情況如表2所示。

表2 Ovation系統(tǒng)控制器配置表

2.4 I/O卡件配置與機柜及電纜布置

改造中，將所有I/O卡件更換為Ovation的R 系列模件。為了最大限度地利用現(xiàn)有電纜，減少重新敷設(shè)電纜的工作量，采取如下措施：

（1）原TXP系統(tǒng)的電纜接入機柜位置保持不變，其中間端子柜變換為Ovation系統(tǒng)的中間端子柜。就地I/O信號電纜先接入中間端子柜，然后連接至Ovation的I/O卡件。

（2）原WDPF系統(tǒng)采用背靠背的接線方式，前面是卡件，后面是接線端子。新的Ovation系統(tǒng)的機柜為雙開門結(jié)構(gòu)，采用前后進線方式，前后均可安裝卡件。Ovation卡件按原與WDPF卡件對應(yīng)布置。

2.5繼電器柜

更新原TXP系統(tǒng)的繼電器柜，柜內(nèi)繼電器、接線端子以及繼電器柜至DO控制卡件連接電纜一并更新。原WDPF系統(tǒng)配置自身帶有繼電器輸出的FormC和FormX卡件，無需另外配置繼電器和繼電器柜；MFT柜按照當前主流設(shè)計方法，配置了新的MFT柜。

2.6電源柜和網(wǎng)絡(luò)柜

Ovation系統(tǒng)配置了一面電源柜：為控制器、上位機、網(wǎng)絡(luò)柜供電。電源柜為2路進線（1路UPS，1路保安段）；同時，配置一面網(wǎng)絡(luò)柜，安裝3對互為冗余的CISCO 2960交換機、1臺IP交換機、1臺與對外通信交換機、1臺路由器及1套冗余電源切換裝置。

3軟件改造方案

本項目采用艾默生公司基于Windows開發(fā)的Ovation3.3軟件。Ovation3.3功能強大，應(yīng)用靈活，人機界面友好，控制邏輯靈活，可讀性強。

（1）監(jiān)控畫面設(shè)計以保持現(xiàn)有TXP畫面顯示內(nèi)容不變?yōu)樵瓌t，且風格與現(xiàn)有系統(tǒng)盡可能一致，艾默生公司根據(jù)TXP原始圖紙進行畫面組態(tài)。對于WDPF系統(tǒng)，改造后Ovation系統(tǒng)所有操作畫面，包括過程圖，彈出窗口等均與原系統(tǒng)保持一致。

（2）為確保DCS改造后的控制功能與原系統(tǒng)保持一致，在充分消化SIEMENS的控制思想和設(shè)計理念基礎(chǔ)上，依據(jù)原TXP系統(tǒng)的控制邏輯圖，進行了一對一的轉(zhuǎn)換；對于DEH系統(tǒng)，直接升級成了Ovation系統(tǒng)的控制邏輯。

4實施與效果

4.1 I/O接線

基于現(xiàn)有系統(tǒng)的DCS與DEH的一體化升級改造，突出的問題是如何保證數(shù)萬個過程接線與改造前保持一致。本項目在改造前準備、停機后拆線和上電后測試等三個環(huán)節(jié)上編制工作程序和校核、檢測技術(shù)規(guī)范。為充分保證改造中接線正確和優(yōu)化布置新增接線，在改造大修的前半年，從TXP和WDPF中導出完整的I/O清單，并按控制邏輯圖逐點核對具體用途，確定改造中是保留還是取消，且現(xiàn)場逐點核查、確認和歸檔。對暫時不確定的點，列為疑問點匯總。依據(jù)改造中新增控制要求，對新增的6 558個I/O點按控制功能分配硬件通道和接線位置。根據(jù)停機后熱力系統(tǒng)停運順序，制訂DCS退出運行與接線校核、拆線及標識的工作程序。每天分組核對I/O接線清單，拆線后對每對接線套上新系統(tǒng)的I/O號頭并包裹標識。對疑問點，在此過程中逐一查清。由于前期準備工作充分，一次核對正確率達到98.5%。

4.2工廠驗收與仿真測試

工廠驗收除檢查、確認設(shè)備供貨完整性、安裝質(zhì)量和接線的規(guī)范性外，全面檢查控制邏輯及組態(tài)與TXP，WDPF的一致性和完整性，檢測電源柜、MFT柜、ETS柜的功能和驗證控制與保護邏輯。在工廠仿真中心，對新系統(tǒng)進行上水、鍋爐點火、汽機沖轉(zhuǎn)、機組并網(wǎng)帶負荷等動態(tài)仿真試驗，完整檢測系統(tǒng)的各項功能，評估控制品質(zhì)，優(yōu)化控制參數(shù)。

4.3現(xiàn)場調(diào)試與控制優(yōu)化

新系統(tǒng)上電、I/O檢測完成后，按熱工聯(lián)鎖保護試驗清單要求逐項進行試驗驗證，同步檢查保護動作結(jié)果和報警信息；對于汽機電液控制（DEH/MEH）系統(tǒng)，通過外部仿真使調(diào)門動作，對閥門特性、保護功能、調(diào)節(jié)功能進行全面的測試。從機側(cè)水系統(tǒng)投運開始，分項進行閉環(huán)調(diào)試、參數(shù)整定和試運行。機組點火前，完成大部分單回路自動的調(diào)試工作，汽輪機沖轉(zhuǎn)前完成除CCS以外的全部自動調(diào)試工作?；跈C組多年積累的運行數(shù)據(jù)，優(yōu)化設(shè)計CCS和RB等控制參數(shù)，并網(wǎng)后一周內(nèi)進行的RB試驗，取得了一次性成功，CCS控制性能優(yōu)良。控制系統(tǒng)改造投產(chǎn)一個月后，進行了汽溫控制和AGC性能優(yōu)化試驗，在300～630 MW區(qū)間內(nèi)，AGC能以7 MW/min速率連續(xù)運行，主蒸汽壓力與溫度控制精度和平穩(wěn)性均較原系統(tǒng)有了顯著提高，達到了行業(yè)標準的優(yōu)良水平。

5結(jié)束語

江蘇國信揚州第二發(fā)電有限公司1號機的DCS和DEH經(jīng)10多年運行，系統(tǒng)和卡件嚴重老化，系統(tǒng)故障率大幅上升，嚴重影響著機組的安全、穩(wěn)定運行，適時地進行整體集成升級改造，對消除機組安全隱患、改善集控運行環(huán)境、滿足新增控制要求、支持AGC等先進控制應(yīng)用是非常必要的。江蘇國信揚州第二發(fā)電有限公司1號機采用EMERSON公司專家控制系統(tǒng)Ovation，基于現(xiàn)有過程電纜，實施了替代原TXP和WDPF的DCS與DEH一體化升級改造，完整地轉(zhuǎn)換了原系統(tǒng)的控制與保護邏輯，實現(xiàn)了與原系統(tǒng)完全一致的聯(lián)鎖保護和順序控制，改造后機組于2012年6月底正式并網(wǎng)運行，控制系統(tǒng)運行平穩(wěn)，AGC等控制性能大有提高。實踐表明，改造方案完全可行，提高了全廠自動化水平，達到機組的安全、穩(wěn)定運行要求。本項目成功案例，對現(xiàn)役控制系統(tǒng)改造有較強的借鑒意義。

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