山东华聚能源东滩电厂DCS改造工程

1、工程概述 山东华聚能源东滩分公司装机容量42MW,三炉三机，即三台75T\h煤泥循环流化床锅炉，一台12MW,二台15MW抽凝式汽轮发电机组，第一台机组于97年12月投入运行，与其配套的机、炉DCS系统也随着三台机组的投运而相继投入运行。东滩分公司原DCS系统控制装置采用美国L＆N公司的MicroMax2控制器，按设备分岗位控制方式，具有上、下两级计算机控制结构。上位机采用以计算机为基础的图形工作站，用于过程监测、显示多幅控制操作画面、参数记录，按照一对一的配置，每台锅炉、汽机和热网除氧部分各配备一台上位机和一台下位机，上下位机以及下位机之间通讯采用RS485串口，下位机之间形成一个485网络。原锅炉、汽机控制室分别布置在两个控制室（热网除氧控制与汽机控制为一室），汽机上下位机、锅炉上下位机及各自电源柜分别布置在各自控制室内。由于该系统投运近8个年头，考虑到该系统的安全、稳定运行问题我公司决定对上述DCS系统进行技术改造。机组运行12年来，控制系统逐渐暴露出诸多问题：控制程序不透明，部分系统故障诊断能力差，部分DCS系统卡件故障率渐高，修改控制组态困难；核心备品配件长期依靠进口，价格昂贵且采购周期长，美国L＆N公司公司已明确将逐步淘汰该系统。尤其是近几年来，汽机控制系统、模拟量控制系统频繁出现故障，造成机组多次跳闸事故，使电厂机组安全、经济运行受到严重威胁。因此，决定对东滩分公司原DCS控制系统进行全面改造。改造工程采用了浙大中控公司的ECS－100分散控制系统，该系统无论软、硬件及运行管理等方面都具有成熟的经验，而且进一步发扬了DCS控制器物理位置分散、控制控能分散、管理功能集中等优点，并且借助当今世界先进的微处理器技术、高速通讯技术、先进和现代控制技术，形成更加完善的、先进的、可靠的、开放式的新型控制系统。 2 改造原则、范围和系统配置 2．1改造原则和改造范围 针对机组的客观情况，在DCS改造初期就明确了DCS改造遵循的基本原则：确保机组改造后的安全运行、经济运行，体现当代DCS的先进水平，并在上述前提下实现投资省、见效快的目标。根据这一原则，认真了解国内机组改造情况，调查DCS发展和运用情况，分析机组实际现状，最终确定了如下具体目标和改造范围。 1）改造实现的所有功能应充分遵循主设备制造商浙大中控公司的技术规范，并根据东滩电厂生产实际进行优化和完善。 2）改造范围包括1#、2#、3#锅炉和1#、2#、3#汽机所有控制部分，敷设动力电缆、控制电缆和补偿导线，引进中外合资型给水调节阀、减温水调节阀共计6只和带蒸汽罩双室平衡容器6台。保留原系统中运行情况较好的阀门驱动回路装置、汽机机械量测量系统、及转换装置等。 3）改造后新系统在控制台上仅设置9个必要的事故手动操作按钮：锅炉MFT打闸按钮、汽轮机打闸按钮、发电机打闸按钮、；原控制盘台重要显示仪表、报警光字牌全部取消，只保留汽包电接点水位表、汽包水位、压力工业电视、煤泥给料工业电视。 2．2 网络结构 该工程的ECS－100系统采用了典型的多层网络系统结构。系统配置了一个冗余的控制网络Cnet（Control Network）作为系统中心环，现场控制单元HCU（Harmony Control Unit）、人系统接口HSI（HumanSystemInterface）等作为系统的ECS－100节点挂在控制网络Cnet上。控制网络Cnet上采用以太网协议，符合IEEE802委员会颁布的802．2标准。网络速度10 MHz，最多可容纳250个节点。两相邻节点间距离可达到2000 m。Cnet通讯系统采用了面向字节的存储转发协议，以及安全校验措施保证通讯系统的安全，同时提高控制系统信息响应速度，减少信息通讯延迟。 过程控制层的控制网络CW（Control Way）是Cnet通讯系统的子系统，它是一个1M波特的串行通讯系统。最多支持30个控制器模件及网络处理模件之间的高速通讯。 过程I／O与多功能处理器之间的数据通讯通过并行子扩展总线XB（Expander Bus）完成。XB是一个高速8位高速并行通道，传送速率500 kHz。 2．3 现场控制单元HSU 该系统配置了二种处理模块：FW243多功能处理器、顺序事件记录服务器INSOE01。系统配置了八种I／O模件：模拟量输入模件（8点RTD）FW353、模拟量输入模件（8点TC）FW352、模拟量输入模件（8点AI）FW351模拟量输出模件（8点AO）FW372、常规信号输入模件FW357、数字量输入模件（8点DI）FW366、数字量输出模件（8点DO）FW367、、脉冲量输FW368入模件（8点PI）.模件功能强、种类少，可为电厂备品配件储备节约大量资金。 2．4 人机界面平台 该系统提供了4台Conductor NT工作站作为操作员站，1台Composer工程师工作站。操作员站、工程师站均采用中文Windows NT4．0平台，DELL公司工作站，基本配置为：Intel Pentium4、主频1．4GHz处理器、内存容256Mbytes、硬盘容量40Gbytes、标准PC键盘、鼠标，工程师工作站配置可读写光驱作为备份工具。以人为本，采用了环保型、高分辨率的21”液晶显示器。 2．5 电源系统 ECS-100P系统配置了专用的电源分配柜，接受2路外部220 V电源，电源分配柜内安装了自动切换电路。两路电源均来自不间断电源UPS，一路来自单元机组UPS，另一路来自机组公用系统UPS，两路电源分别经15 kVA的变压器隔离、二次侧接地后送至电源分配柜。2路电源经无扰自动切换电路切换后送至现场控制单元HSU、人系统接口HSI等。电磁阀220VDC驱动电源由电厂原有220VDC电源系统提供。 3 系统功能 改造工程充分遵循原浙大中控公司对控制系统的划分原则和规律，改造后ECS-100P系统将控制系统分为SCS（包括BMS、ECS）、MCS、DEH、DAS四个子系统。四大子系统I／O初步总点数3970多点，其中SCS（包括BMS、ECS）共2500余点、MCS共350余点、DEH共210余点、DAS共810余点。 3．1 顺控系统SCS（包括BMS、ECS） SCS是现代高参数、大容量火电机组必备的控制系统，原MicroMax2公司设计了功能完善、逻辑严密的逻辑控制回路，对保证机组安全运行起到了重要保证，本次改造充分遵循了原制造商的设计思路。改造后SCS（包括BMS、ECS）由5个模件柜、9个端子柜组成，共有4对FW243多功能处理器，系统余量大，FW243负荷率适当。锅炉保护系统FSSS、热工控制系统ECS分别由一对冗余的FW243主控卡实现控制。 3．2 模拟量调节系统MCS MCS共使用1个模件柜，2个端子柜。MCS与SCS、DEH协调配合，由4对冗余FW243处理器完成了各项控制功能，包括机炉协调控制系统、燃料量调节系统、给水全程控制系统、一次风压力调节系统、炉膛压力调节系统、燃烧空气调节系统、气温调节系统、制粉系统控制等。主要配置是：1）协调控制、燃料控制、高旁、低旁、空预器保护（1对FW243）；2）制粉系统、一次风压、风量控制、炉膛压力（1对）；3）FW243给水控制、过热减温、再热减温（1对FW243）；4）凝汽器水位、除氧气压力、部分DAS点（1对FW243）。 3．3 汽轮机组控制系统DEH和ETS DEH由1个模件柜、1个端子柜组成，包含4对冗余的FW243，完成汽轮机组从挂闸、冲转、同期并网、应力计算、负荷调节、在线实验等全部控制功能。汽轮机保护系统没有使用常规的可编程控制器PLC，亦采用一对冗余的多功能处理器FW243完成机组保护和试验功能。具体配置：1）汽轮机组自动控制BTC（1对FW243）；2）汽轮机组超速保护OPC（1对）FW243；3）汽轮机组保护ETS（1对）FW243；4）汽轮机组自启停控制ATC（1对FW243）。 3．4 数据采集系统DAS DAS由1个模件柜、2个端子柜组成，共有3块FW243，其中一对冗余的FW243用于I／O采集（529点），1块FW243用于性能计算，部分DAS点通过MCS接入系统。考虑系统余量及原系统电缆走向等原因，将原常规仪表取消后需进入DCS的各点由MCS进入。性能计算不具备的参数预留了接口并采用人工置数方式完成，实现机组简易效率计算。 4 改造过程 2004年4月便开始热工控制系统改造前期工作。先后邀请浙大中控公司、济南设计院、博达公司来厂进行DCS技术交流。与国内DCS专家共同研讨DCS技术规范书编写要求，最终审定了DCS技术规范书。先后到浙江半山电厂、山东邹县电厂进行DCS改造前的考察。最后确定浙大中控有限公司为DCS改造工程供货商和工程设计单位。 2005年9月22日，改造工程拉开序幕。按照计划完成了原系统拆卸、新系统安装、接线工作，系统上电进入带电调试及系统静态调试工作。2005年11月16日，DCS改造后第一次点火成功，一次并网成功，带负荷12MW，标志着DCS改造工程进入系统精调阶段，预示改造取得阶段性成果。2005年11月28日机组完成72 h试运行，机组具备安全、稳定发电条件，DCS改造工程进入系统性能考核和完善阶段。至今，机组运行基本正常。 5 系统改造的特点和经验 3台机组DCS改造是对山东华聚能源东滩分公司装机容量42MW,三炉三机，即三台75T\h煤泥循环流化床锅炉，一台12MW,二台15MW抽凝式汽轮发电机组控制系统进行改造，在国内同类电厂中尚属首次，没有成功经验可借鉴；同时3台机组DCS改造工期短、改造范围大， 3台机组大修工期及DCS控制系统改造工期从计划的90天压缩至60天，使得DCS改造难度更大。但是，在60余天的时间内，保质保量地完成DCS安装、调试工作，并提前计划7天投入生产。 DCS选用了代表当代控制系统较高水平的ECS－100分散控制系统。该系统控制精度高，具有丰富实用的功能算法块。面向对象组态方式，编程简单又容易掌握。系统结构合理，I／O卡件种类少，易于储备备品配件。中文WINDOWSNT平台，人机界面友好。系统只保留9个必要的手动操作按钮，未设计任何后备手动操作装置和常规仪表，提高了机组自动化水平。设备选型以人为本，选择高清晰度、环保型的液晶显示装置。充分吸收现代DCS先进技术，增加了机组性能计算、设备运行时间统计和用电量累计等功.能，为分析机组经济运行状况提供准确数据。预留与MIS、ERP等系统的接口，为系统扩展为具有决策管理功能的新型系统提供了条件。 6 系统的不足和完善 经过DCS改造3台机组现已投入运行