王關(guān)木

紹興縣興亞熱電有限公司，浙江紹興 312000

0 引言

DCS 是電力市場競爭中非常重要的因素之一，火電機組分散控制系統(tǒng)的可靠性能受到人們的重視。并且伴隨競爭愈發(fā)高漲，它的重要性也不斷地顯示出來。分散控制系統(tǒng)的安全功能不單單要求質(zhì)量過硬的DCS 設(shè)備，更加需要合理化的系統(tǒng)配置來擔(dān)此重任，對于一個各項指標(biāo)過硬，性能結(jié)構(gòu)最優(yōu)化的DCS，如果他的應(yīng)用設(shè)計沒有實現(xiàn)盡善盡美，那么還是不可避免的會產(chǎn)生系統(tǒng)的錯誤運行，可能會對機組的安全起到破壞的作用。DCS 的應(yīng)用設(shè)計不是單一的一個環(huán)節(jié)，而是一項系統(tǒng)工程，它既包括了整體的設(shè)計理念，如何能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計方法可靠性提升的多種辦法，還包括如何操控的思維邏輯、網(wǎng)絡(luò)的硬件設(shè)施、電源及其如何接地。本文基于這一背景，對如何應(yīng)用分散控制系統(tǒng)提升火電站的安全性能進(jìn)行了分析，這一研究對于推廣DCS 在火電站的應(yīng)用具有一定的意義。

1 DCS 應(yīng)用設(shè)計原則

創(chuàng)建一套 DCS 為核心的全自動控制的體系，實現(xiàn)對機組進(jìn)行達(dá)到分散性的控制和集中監(jiān)視，要與電網(wǎng)的調(diào)度相結(jié)合，滿足它的要求，努力實現(xiàn)對全自動控制系統(tǒng)的輔助系統(tǒng)和機組的全方面的積極保護是DCS 應(yīng)用設(shè)計的目的中最至關(guān)重要的一個?？煽啃缘脑瓌t是DCS 在應(yīng)用設(shè)計中最應(yīng)該遵循的原則，并且應(yīng)該放到最重要的位置，極力表達(dá)分散性， 大力使用 DCS原有的作用， 邏輯設(shè)計的可實現(xiàn)性和全面思考系統(tǒng)配置的合理性，避免發(fā)生故障集中點。DCS 應(yīng)用設(shè)計時最先要考慮的是：DCS 中無論哪個控制設(shè)備發(fā)生阻礙，均不能使整套 DCS 的收到影響，必須正常運行。

2 系統(tǒng)配置的改進(jìn)安全性能的設(shè)計

2.1 電源系統(tǒng)

我們一定要按照系統(tǒng)安全運行的法則進(jìn)行保守設(shè)計，以此來保證電源系統(tǒng)在所有情況下都不會出現(xiàn)差錯。DCS 源自電氣保安段及U P S，其總電源通常設(shè)置為雙電源供電。DCS 總電源柜至各DCS 機柜的雙路電源使用電纜必須分離，使因電纜故障引發(fā)的DCS 機柜失去電源得到避免。電源額定容量設(shè)置必須根據(jù)各 DCS 機柜實際耗電量總和的2 倍來算計，與電源系統(tǒng)配套的輔助材料、設(shè)備、如導(dǎo)線、空氣、熔斷器開關(guān)等。在選型時必須使用可靠質(zhì)優(yōu)的物品，它的容量應(yīng)該按照DCS機柜實際耗電量總和的2～3 倍來加以設(shè)置。

2.2 DCS 網(wǎng)絡(luò)

DCS 已經(jīng)決定，它的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一經(jīng)制造出廠，在一般的情況下是不會改變的，所以網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是否合理，是否安全可靠，能否滿足成熟度等要求就成為DCS 設(shè)備在選擇時應(yīng)該多加注意的。DCS 的制造工藝非常的復(fù)雜，沒有一定經(jīng)濟和技術(shù)實力的公司是不可能制造的，它的機件多采用國外進(jìn)口，這是一筆相當(dāng)大的制造成本，公司未來降低成本，只能退而求其次選擇普通的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。然而這些普通的設(shè)備不能抵抗一般的環(huán)境溫度，電磁干擾對其作用也很強，就不能夠達(dá)到DCS 的安全可靠，所以工業(yè)級的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備在設(shè)計時是很值得推崇的。信號干擾常常出現(xiàn)在電纜的敷設(shè)中，為了避免此現(xiàn)象我們必須在電纜敷設(shè)的過程中采用穿鍍鋅管，再加以高質(zhì)量的屏蔽電纜進(jìn)行屏蔽，絕對可以實現(xiàn)信號的零干擾。通信電纜的要求比較嚴(yán)格，在使用光纜是，必須將采用不同光纜的A、B 網(wǎng)進(jìn)行分離，以免發(fā)生故障影響整個系統(tǒng)。

2.3 分散處理單元的配置

火電機組控制系統(tǒng)設(shè)計最中心的部分就是分散處理單元的組成，在產(chǎn)品的設(shè)計工程中要明確控制單元的負(fù)荷率等數(shù)值的時候，要充分考慮如何實行分散化。工藝系統(tǒng)布置分散控制單元是分散處理單元的靈魂，在設(shè)置過程中應(yīng)該遵循以下原則：

1）爐膛安全保護 系統(tǒng) (FSSS)、 模擬量閉環(huán)控制 (MCS) 、實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集 (DAS)和順序控制 (SCS)的分散控制單元均冗余配置；

2）輔機設(shè)備， 如給水泵、 磨煤機、送風(fēng)機等均應(yīng)該保證不能出現(xiàn)停機的現(xiàn)象，那么就要采取不一樣的冗余分散控制單元，即使一對出現(xiàn)了問題，也只是引起單側(cè)設(shè)備的控制故障；

3）在一個冗余分散控制單元不能夠包含一對相互之間為備用工藝設(shè)備的連鎖保護，從而確保整個機組運行工作的順利進(jìn)行。

2.4 I/O 的分配

對于分散處理單元的可信賴程度進(jìn)行設(shè)置后，I/O 的可靠性分配對于實現(xiàn)整個系統(tǒng)的安全可靠也起著重要的作用。與I/Q 分析進(jìn)行對比，需要滿足以下的分配要求：

1）分散控制單元和源自其它分散控制單元的高速數(shù)據(jù)公路可以發(fā)射出測量信號，來自機器本身的分散處理單元的控制系統(tǒng)的信號，大大的提升了控制系統(tǒng)的可靠性，這部機器的控制系統(tǒng)的常規(guī)運作單單受制于該部機器的分散控制單元的常規(guī)運作，而與其它分散控制單元是否正常是無關(guān)緊要的，以此確保系統(tǒng)的自律性；

2）協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)可以與燃料、溫度、風(fēng)力、給水系統(tǒng)實現(xiàn)信息共享。為了實現(xiàn)主控制系統(tǒng)的正常運行，那么子系統(tǒng)的正常運行是起著決定性的作用的。所以在測點分配時，為了充分強調(diào)子系統(tǒng)的可靠性，我們一定要保證主控制系統(tǒng)的信息來自其他的分散控制單元，并且是以高速數(shù)據(jù)公路為途徑；子系統(tǒng)的信息最好來源于本機組的分散控制單元；

3）盡最大的限度保證數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS) 中兩側(cè)的測點信號與A、B 測控制系統(tǒng)不再相同的分散控制單元，最低要求在不同的I/O 卡件上；

4）使用具有差異性的I/O 模件來處置冗余輸入的變送器信號、熱電偶、熱電阻之間的問題。嚴(yán)格避免因為一個I/Q 模件的原因，導(dǎo)致整個控制回路的故障亦或是外部跳閘；

5）為了提高鍋爐的安全性能，防止因為一個模件損壞而導(dǎo)致燃料運輸故障，我們對于鍋爐的燃料兩塊模件進(jìn)行速度控制調(diào)試。

3 控制邏輯的安全性能改進(jìn)應(yīng)用設(shè)計

3.1 閉環(huán)控制系統(tǒng)

從科學(xué)理論的角度來講，所謂的控制算法是通過對主要機爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計來實現(xiàn)的，相對實際系統(tǒng)，我們更需要周密細(xì)致的從安全的角度考慮所有的事項。因此，對于控制系統(tǒng)的設(shè)計我們要從如何實現(xiàn)報警、怎么進(jìn)行調(diào)節(jié)、提高保護措施、連鎖的方式及實現(xiàn)有效的監(jiān)控管理，必須把汽機和鍋爐想象成為一個有效的整體來進(jìn)行有效的控制、操作。操作的宗旨是能夠有效的接收經(jīng)過電網(wǎng)調(diào)度的ADS 信號，必須在燃煤有效的負(fù)荷范疇之內(nèi)，經(jīng)過適宜的變化率確保夜間的低負(fù)荷運作。實現(xiàn)汽機和鍋爐這個統(tǒng)一體的協(xié)調(diào)有效的控制，通過直接能量(DEB) 平衡控制原理，這個理論體系，確保機器壓力平穩(wěn)運行。要把機器如何進(jìn)行受壓控制與設(shè)備做到充分的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，開發(fā)和完善方向閉鎖，充分發(fā)揮辨別的能力，將能力的利用發(fā)揮到最大的限度。

3.2 重要保護系統(tǒng)

我們大體上運用三取二的方式對那些重中之重需要保護信號的可靠性進(jìn)行設(shè)計，在相同的時間內(nèi)把三個信號分別引人到不同的 I/O 模件中。這在很大程度上能夠確保保護系統(tǒng)的正常運作，不會因為一個測點或一個I/O 模件故障而受影響，不過牽一發(fā)而動全身，一個處理單元發(fā)生錯誤就會使整個保護系統(tǒng)受到影響。要想提高系統(tǒng)保護的可信賴程度，我們必須將三取二信號經(jīng)過各自使用的電纜輸送到其各自的處理單元，并對其保護邏輯的設(shè)置進(jìn)行有效的區(qū)分，保證其輸出信號來源于不同的處理單元，通過繼電器的處理，實現(xiàn)三取二的方式輸出。如此運作的優(yōu)點有：充分實現(xiàn)了單一的信號、 I/O 模件、一個處理單元、單獨的電纜等發(fā)生故障時，不會中斷整個保護系統(tǒng)的正常運行。我們通過開關(guān)量的方式對于那些信號達(dá)不到三個，也可以說對沒有實現(xiàn)三取二信號，我們將以模擬量證實得的渠道，最大力度提高保護系統(tǒng)的可靠性能。

3.3 汽機跳閘保護系統(tǒng)(ETS)

汽車能夠?qū)崿F(xiàn)其安全性是因為擁有汽機跳閘保護系統(tǒng)， 它也滿足三取二的要求， 為了防止整個DCS 在發(fā)生故障時，可以保證它能正常的蹦控制操作甚至是停機，我們采用硬接線來取代DCS，并在操作臺上安裝了手動停機雙按鈕。當(dāng)保護系統(tǒng)也發(fā)生故障，不能正常運作時，ETS 就會在此時發(fā)揮作用，它的超強模擬能力，可以輸入一切信息，并通過燈光來檢查弱電部分正常與否。安全監(jiān)控裝置可以有效的預(yù)防因為電路問題，如：突然的斷裂、恢復(fù)、剎那的斷開，而不產(chǎn)生任何行動。為了防止因為低轉(zhuǎn)速、啟動、凝汽器真空低而引起誤停機，我們引進(jìn)了汽機轉(zhuǎn)速不小于1500 轉(zhuǎn)每分為限額的凝汽器真空停機保護回路。在停機的命令里，可以通過汽門散文調(diào)節(jié)實現(xiàn)自動清除故障停機的指令。輸出動作繼電器運用雙位置繼電器的方法，防止因DCS 失電導(dǎo)致所有的運作依靠持續(xù)的自動復(fù)位導(dǎo)致的操作失誤這種問題的發(fā)生。

3.4 爐膛安全保護系統(tǒng)（FSSS）

其主要得控制設(shè)施是兩對分散控制單元，冗余配置進(jìn)行模間的處理。FSSS 與電廠DCS 系統(tǒng)如MC S、DAS 和SCS 可以實現(xiàn)信號的交流。把FSSS 按鈕設(shè)置為緊急情況下或者啟動的跳閘的裝置。首先導(dǎo)致跳閘的原因及火檢信號通過硬接線的直接輸出，顯示在CRT 上。主燃料跳閘( Mb " I ' ) 信號必須單獨由三塊 I/0 模件傳出，并且要符合以上三種中的兩種。

4 結(jié)論

火電機組全部控制系統(tǒng)安全性能改進(jìn)設(shè)計項目也作為一項系統(tǒng)工程，在上述安全性能設(shè)計改進(jìn)里，有些想法、方法都是依照實踐落實提起的，部分是現(xiàn)存理論的使用。在理論里， 以上的可靠性設(shè)計方法和理念是矗立于既是一個控制設(shè)備不能正常工作，但卻不影響整個控制系統(tǒng)的正常運行，這是火電機組應(yīng)該嚴(yán)格執(zhí)行的理念，實施控制系統(tǒng)設(shè)計并不是空中樓閣。事實說明，因為采取了許多的科學(xué)的，合理的、健全的設(shè)計方法和理論，大大的提升了系統(tǒng)性能，也在最大的程度上降低了因為控制系統(tǒng)的原因而導(dǎo)致的停機事故。安全性能改進(jìn)設(shè)計是一個繁雜的課目，必定會跟隨技術(shù)前進(jìn)的步伐，實現(xiàn)創(chuàng)新與改進(jìn)。當(dāng)下的火電機組的 DCS 應(yīng)該遵循以上的設(shè)計方案，雖然我們需要完備的課目仍然有許多，這一切都需要我們進(jìn)一步改進(jìn)并研究。

[1]周元仁.用于火電站的現(xiàn)代分散控制系統(tǒng)[J].東方電氣評論，1993，1：16-28.

[2]周元仁.用于火電站的現(xiàn)代分散控制系統(tǒng)(續(xù))[J].東方電氣評論，1993，2：100-111.

[3]章旋，茆榮，季程煜.依靠現(xiàn)場總線提高火電站控制系統(tǒng)可靠性[J].江蘇電機工程，2005，3：1-3.

[4]汪秀麗.中國電力系統(tǒng)自動化綜述[J].水利電力科技，2005，2：6-26.

[5]鄔菲，龔雪麗.火電廠熱工自動化的發(fā)展、現(xiàn)狀與展望[J].可編程控制器與工廠自動化，2005，8：12-16.

[6]肖伯樂.我國火力發(fā)電廠自動化技術(shù)的發(fā)展以及前景展望[J].動力工程，1997，5：47-60+94-95.

[7]唐世明.火電站自動化綜述(上)[J].四川電力技術(shù)，1997，4：18-20.

[8]唐世明.火電站自動化綜述(下)[J].四川電力技術(shù)，1997，5：14-17.