吳秉澤

中國電建集團上海電力建設有限責任公司，上海，200031

0 引言

印度尼西亞某電廠建設規(guī)模為2×50MW（凈出力）高溫高壓燃煤機組，同步建設海水脫硫裝置。采用分散控制系統(tǒng)（DCS）滿足機組任何工況下的監(jiān)控要求（包括緊急故障處理），控制站及人機接口站的中央處理器（CPU）負荷率、系統(tǒng)網(wǎng)絡負荷率、分散控制系統(tǒng)與其他相關系統(tǒng)的通信負荷率、控制處理器周期、系統(tǒng)響應時間、事件順序記錄（SOE）分辨率、抗干擾性能、控制電源質量、GPS時鐘裝置等指標均需滿足相關標準的要求。

在分散控制系統(tǒng)中，從控制器到通信網(wǎng)絡，從供電I/0模件的電源到系統(tǒng)電源所采用的冗余配置都是完全獨立的，且能做到無擾切換；若分散控制系統(tǒng)配設的服務器采用的結構模式為B/S或是C/S，選取的為冗余配置，那么無論是服務器切換，還是供電電源切換，同樣應做到無擾化。分散控制系統(tǒng)與全廠信息系統(tǒng)大區(qū)之間設置橫向單向安全隔離裝置[1]。

自功能層面上劃分DCS系統(tǒng)為如下子系統(tǒng)：DAS（數(shù)據(jù)采集）、MCS（模擬量管控）、FSSS（爐膛安全監(jiān)控）、ECS（用電監(jiān)控）、BPC（旁路控制）、SCS（順序控制）、FGD_DCS（脫硫控制）、ETS（汽機急跳閘）、DEH（汽機電液控制）、循環(huán)水泵房、化學加藥、汽水分析、除渣子系統(tǒng)、燃油泵房控制子系統(tǒng)等等，除了上述子系統(tǒng)外，DCS系統(tǒng)的組成部件還包括各種控制接口、組態(tài)及畫面編制軟件與編制工具等。

1 數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)為系統(tǒng)的高效通信提供了有力的保障，它將系統(tǒng)外設、系統(tǒng)的處理單元（分散在系統(tǒng)各個角落中）與處理系統(tǒng)有效地連接在一起。DCS控制網(wǎng)絡應安全、可靠、高效，在網(wǎng)絡里為任意兩個設備間的通信創(chuàng)設豐富的路徑，這樣即便發(fā)生單點故障，乃至是多點故障，也不會影響到通信的穩(wěn)定進行；采用全光纖或UTP通信線纜，以提高系統(tǒng)通信中的抗電磁干擾能力，且網(wǎng)絡設備采用管理型交換機；工作站或控制器與交換機間通信速率不低于100Mbps，交換機與交換機間通信速率不低于100Mbps。

1.1 DCS通信接口

DCS若想和其他控制系統(tǒng)進行便捷、高效的通信，就必須有通信接口。全部通信接口被內置到DPU（分散處理單元）中，或是將通信接口獨立掛于數(shù)據(jù)高速公路上，讓其擔負起多功能網(wǎng)關的功能。如果通信接口被用來監(jiān)控通信過程，就應是雙向的冗余配置。無論何種情形，冗余接口都應一起運行，任一接口發(fā)生通信故障均不應對過程監(jiān)控產(chǎn)生影響。經(jīng)通信接口接收的全部數(shù)據(jù)都應能在控制系統(tǒng)里被捕獲到，而且不限制捕獲的具體位置，同時還應能顯示在操作員站與報表記錄中，能進行自動報警。DCS和其他控制系統(tǒng)進行通信時，同樣要做到可靠、快速[2]。

DCS通信接口對所連設備的工作狀態(tài)還負有監(jiān)視報告的責任，也即過程監(jiān)管。DCS應經(jīng)通信接口捕獲與其相連的其他控制系統(tǒng)中發(fā)生的故障信息、采取的診斷信息，診斷信息產(chǎn)生于標準自診程序，存在于微機控制系統(tǒng)里。一旦相連的控制系統(tǒng)出現(xiàn)了故障，操作人員就能經(jīng)操作員站顯示的工況信息獲知。通信接口還應具備計算功能、邏輯功能，并能為DCS實現(xiàn)所有功能提供所需的數(shù)據(jù)。需要指出的是，傳輸控制系統(tǒng)信號不但可借助通信接口實現(xiàn)，還可經(jīng)硬接線直接傳輸。

1.2 DCS與全廠信息系統(tǒng)（IMS）通信接口

DCS和IMS之間布設著一套完整的接口，含接口站、通信電纜、接口卡、軟件包、數(shù)據(jù)庫、驅動程序以及操作系統(tǒng)。

IMS接口站需要單獨設置，可將全部的DCS數(shù)據(jù)點發(fā)送到IMS系統(tǒng)中。和IMS系統(tǒng)相接，不會造成DCS性能的下降，也不會因為IMS故障影響到DCS的正常運轉。以傳輸速率作為參數(shù)指標，IMS接口模擬量每秒最低應能傳輸12000個點的數(shù)據(jù)、25000個點的數(shù)字。單個點所應包含的信息必須有點的數(shù)值、標志號、時間標簽以及描述等等。IMS接口機不能直接接入DCS以太網(wǎng)，必須通過硬件防火墻才能和DCS以太網(wǎng)連接[3]。

日投喂量以吃飽、吃完、不留殘餌為原則，一般為池蝦、蟹體重的4.0%～5.0%，可根據(jù)蝦、蟹的吃食情況進行調整。每天投喂2次，早晨和傍晚各1次，晚上投喂量占日投喂量的70.0%～80.0%。

2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）

DAS要能對全部和機組相關的測點信號、設備的具體狀態(tài)信號進行連續(xù)采集、持續(xù)處理，這樣才能將運行信息及時提供給操作人員，保證機組運行的安全性和經(jīng)濟性。機組工況一旦出現(xiàn)異常，會馬上報警，借此讓機組對應的可利用率得以提升。

DAS必須具備如下四項基本功能：①顯示：含對模擬圖、操作、成組、棒狀圖以及報警等相關信息的顯示；②記錄：含定期記錄、跳閘、事故追溯與事故順序等相關信息的記錄；③存儲數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)檢索；④性能計算。

2.1 DAS顯示

顯示功能應能做到滾動顯示以及多窗口一起顯示，還能在菜單驅動下對外顯示、顯示縮放圖像等。原則上應按層顯示，比如按區(qū)域顯示、據(jù)概貌顯示、按功能組進行顯示等等。分層顯示是基于工藝過程、運行要求所確定的，分層顯示的目的在于方便查看細節(jié)信息，方便分析特定工況。經(jīng)由分層顯示中的快捷切換模式，運行人員就不需耗費大量的時間和精力用來記憶切換步驟[4]。

DAS能將DCS中的全部過程點顯示出來，從輸入輸出模擬量到輸入輸出數(shù)字量再到計算值以及中間變量等均能顯示出來。顯示的所有過程點都應包含如下信息：標志號、工程單位、數(shù)值、高低限值、說明、性質等等。在DCS模擬畫面或表格顯示中，可顯示電氣送入DCS系統(tǒng)的所有信號，包括保護動作、裝置報警、開關狀態(tài)、電流、電壓、電度量、功率等。

2.2 鍋爐超溫統(tǒng)計

按照運行規(guī)程與事故處理規(guī)程，對運行狀態(tài)下機組與設備的超溫狀況做好統(tǒng)計與編制，經(jīng)LED顯示器以圖像、文字形式對外顯示。超溫統(tǒng)計必須考慮的工況情形最少有如下三種：起動、機組跳閘、正常運行。

從功能上看，超溫統(tǒng)計需具備如下四點：①對鍋爐各點處的金屬溫度以及溫度和限值之間的偏差進行計算，在超溫狀況下還應對超溫時間進行累計；②對鍋爐各點處金屬的實際溫度值予以提供，顯示溫度偏差值，并具備打印功能；③對各班次的超溫次數(shù)進行統(tǒng)計，包含單次持續(xù)時長，同時提供顯示、打印功能；④對超溫統(tǒng)計進行全程在線計算，計算精度要在0.1%以上。另外，在LED上顯示熱工自動投入情況，自動計算投入率[5]。

3 模擬量控制系統(tǒng)（MCS）

MCS的主要組成部件為微處理器，由微處理器所組成的子系統(tǒng)調控各個單元機組和相關的輔機系統(tǒng)。其中的“鍋爐-汽輪機-發(fā)電機”被視作整體單元，對其予以一起管控，借此管控模式，鍋爐、汽輪機就能對控制要求作出同步態(tài)的響應，保證了機組的穩(wěn)定、高效運轉，即便負荷處于變化中，機組也能穩(wěn)定運轉。將控制系統(tǒng)劃分成數(shù)量不等的子系統(tǒng)，對子系統(tǒng)進行設計時，“獨立完整”是必須遵守的基本原則，借此保證信息在通信總線上以最少的量進行交換。經(jīng)由冗余控制系統(tǒng)，最小化局部故障給機組整體造成的影響。借助聯(lián)鎖保護，控制系統(tǒng)有效避免了危險動作、預防了系統(tǒng)性錯誤。安全工況條件下，聯(lián)鎖保護使得鍋爐及其輔機能夠高度靈活地進行運行維護、校正調驗、試驗驗證作業(yè)[6]。

3.1 鍋爐-汽機協(xié)調控制

（1）閥門開度固定。保持汽機閥門于特定位置，伴隨負荷的上升，蒸汽壓力隨之升高，一旦達到85%的額定值，系統(tǒng)就會處于定壓運行狀態(tài)，若想繼續(xù)加大負荷，汽機閥門也必須增大。

（2）閥門開度固定且調節(jié)空間處于±10%之間。壓力加大，負荷上升至85%時，若想讓機組能對負荷的波動做出繼續(xù)響應，并能保證頻率穩(wěn)定，汽機閥門應該有±10%的可調空間。

（3）程序處理。低負荷（負荷在25%及以下水平）運行情況下，通過對汽機閥門進行調節(jié)，滿足負荷要求。負荷需求再次升高時，就到達滑壓運行狀態(tài)。伴隨壓力的增加，負荷上升。汽機閥門在±10%的調整空間，對負荷的波動做出響應，保持頻率穩(wěn)定。負荷一旦達到85%，機組運行就會切換到定壓模式。

3.2 鍋爐控制

鍋爐控制系統(tǒng)同樣包含了數(shù)目不等的子系統(tǒng)，子系統(tǒng)要在協(xié)調狀態(tài)下運行，運行的主要特征可以概括為：前饋，并能讓鍋爐在安全、穩(wěn)定狀態(tài)下快速而且靈敏地運作，這樣無論什么樣的工況，都有負荷所需的電量產(chǎn)生。鍋爐控制系統(tǒng)也應和FSSS系統(tǒng)互為協(xié)調，借此為鍋爐的安全穩(wěn)定運行提供更好的保證。

設計鍋爐控制系統(tǒng)需要對高溫高壓鍋爐的動態(tài)特征、工藝流程予以充分認識，進行深入研究，在鍋爐生產(chǎn)商所提供的資料基礎上，與設計方的已有經(jīng)驗結合，而后展開設計。在協(xié)調轉化負荷指令的基礎上，控制燃料的量與進風量。

3.3 其他控制系統(tǒng)

其他控制系統(tǒng)大約有40多個，均為單回路管控，比如除氧器的壓力與水位管控系統(tǒng)、汽輪發(fā)電機中的油溫與潤滑控制系統(tǒng)、凝汽器中控制熱井水位的系統(tǒng)、汽機EH液溫度控制、液位控制等。

4 鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）

FSSS是DCS的重要組成，可被進一步分解為BCS（燃燒器管控系統(tǒng)）與FSS（燃料安全管控系統(tǒng)），此外還有和其他控制系統(tǒng)之間的接口，能對機組整體運行的工況信息、運行指令予以接收傳送。FSSS所有控制和連鎖應與鍋爐的控制和連鎖相協(xié)調。

4.1 BCS功能

①持續(xù)監(jiān)視油、煤燃燒器的點火、切除以及投運狀態(tài)。②選擇適合電廠的自動化設備，設備選擇的基本要求為操作靈活、最少有兩級水平，技術盡可能新。③于不同運行方式（高一級、次一級的自動運行和手操運行）下，對監(jiān)視以及聯(lián)鎖功能予以進一步的完善，含監(jiān)視燃燒器的火焰。④吹掃時、點燃燃燒器時、負荷條件下的運行中，對風箱擋板的具體位置進行管控，滿足二次風的分配要求。⑤具有磨煤機、給煤機、密封風機、火檢冷卻風機等設備相關控制功能。⑥FCB出現(xiàn)時，要將磨煤機馬上切除，待到鍋爐負荷下降到最低穩(wěn)燃狀態(tài)，事故發(fā)生的可能徹底消除時，再啟動運轉。

4.2 FSS功能

4.2.1 爐膛吹掃

MFT出現(xiàn)后，要充分吹掃爐膛里與煙道中的可燃混合物，為重新點燃燃料做好準備。程序中設定的吹掃時間應該可調，注意泄漏試驗是吹掃程序的一部分。

4.2.2 燃料油系統(tǒng)泄漏試驗

吹掃爐膛時，子系統(tǒng)應開始進行泄漏試驗，試驗目的為判定油系統(tǒng)不同組成部分間是否嚴密相接，比如：關斷閥是否處于密閉狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)了泄漏要馬上鎖定原因。吹掃完成前，泄漏試驗也必須成功完成。

4.2.3 燃料跳閘

燃料跳閘要設置多層管控，借此保證停運的設備盡可能地少，降低安全風險，最小化不安全工況問題的發(fā)生。燃料跳閘有如下三種具體的情形：MFT（總燃料）、磨煤機與油燃料三類跳閘。MFT情形下，要將所有輸送到鍋爐中的燃料切斷。

5 電氣監(jiān)控

電氣系統(tǒng)主要監(jiān)控如下子系統(tǒng)的運轉：發(fā)電機出口500kV斷路器、起備變斷路器及隔離開關、發(fā)電機與變壓器機組、用電系統(tǒng)（含6.3kV的高壓用電與400V的低壓用電）、勵磁系統(tǒng)、電源系統(tǒng)（保安部分的），以及如下組成部件：接觸器、變壓器以及短路、柴油發(fā)電機組以及ATS（廠用電自切換設備）等等。除了監(jiān)控上述子系統(tǒng)和組成部件，同時還監(jiān)測直流系統(tǒng)、UPS、主廠房所布設的離相封閉母線等等。監(jiān)控的主要內容含元器件的狀態(tài)與信號、聯(lián)鎖及部分設備的具體溫度等[7]。

5.1 發(fā)電機控制

“發(fā)電機與變壓器機組”的監(jiān)控同樣在DCS中進行，斷路器與AYR（即勵磁系統(tǒng)）也屬于本管控系統(tǒng)。啟動時，要一并做完自準同期合閘動作，借助LED顯示器以及鼠標操作進行控制。

發(fā)電機啟動的過程中，如果轉速超過了規(guī)定值，則參照如下程序進行：①投入勵磁系統(tǒng)，予以確認；②對AVR有無故障以及其運行方式進行確認；③經(jīng)AVR將發(fā)電機電壓調整到規(guī)定數(shù)值；④對勵磁電流以及空載電壓有無處于正常范圍進行核對確認；⑤對斷路器有無故障進行確認；⑥對自準同期設備有無故障進行確認，判定是否具備對應條件；⑦DCS將同期電壓命令發(fā)送給自準同期設備，收到命令后，自準同期設備和同期電壓相接，而后DCS將同期啟動命令發(fā)送給待發(fā)電機，命令經(jīng)待發(fā)點擊到達自準同期設備，設備因而帶電，并將自調頻、自調壓相關的信號發(fā)送給DEH和D-AVR，一旦頻率與電壓達到了同期和并網(wǎng)的條件，裝置就將接點傳送給斷路器，讓其合閘，通過DEH自動調節(jié)使發(fā)電機帶初負荷[8]。

5.2 斷路器控制

發(fā)電機并網(wǎng)停機時，要控制150kV斷路器。此外，機組停運時，要判定閉鎖條件（比如：無保護動作，無其他異常，能滿足安全聯(lián)鎖、防誤聯(lián)鎖的條件）后再對斷路器進行操作。

6 結語

本工程根據(jù)工藝設備情況，還設置了機組快速甩負荷（FCB）功能，具有成熟、先進、安全、可靠的FCB控制邏輯及人機界面。運行期間，DCS可利用率不低于99.9%，保證了電廠的可靠運行，后續(xù)還將對DCS進行升級，達到更好的運行性能。