莱城发电厂DCS系统改造及应用

宋晶华

华电国际莱城发电厂 山东 莱芜 271100

1 工程概况

1.1 原DCS系统控制系统简介

1.1.1 工程概况

华电国际电力股份有限公司莱城发电厂#3机组为上锅生产的SG-1025/17.44-M844锅炉配套上汽生产的300MW汽轮机机组，于2002年投产发电。

1.1.2 控制系统总体概况

华电国际莱城发电厂#3机组（300MW）热控系统，原设计：DCS控制系统为西门子T-XP分散控制系统；汽机调节系统为数字电液调节系统，DEH控制系统为新华XDPS系统，DCS与DEH通过硬接线及通讯方式联接。#3机组的控制室卧盘设有DCS操作员站5个、DEH操作员站1个，运行人员通过DCS、DEH系统的操作员站，实现对机、炉热力系统及设备的监视和操作。6kV/220kV系统、直流系统、UPS系统、柴油发电机等电气控制和监视测量已全部纳入DCS系统。

#3机组TXP分散控制系统覆盖DAS、MCS、SCS、FSSS四个子系统，整个系统采用冗余数据高速公路，有9个处理单元AP、APF，AP柜与端子柜采用分立布置，系统共布置6台操作员站，4台过程处理单元、2台冗余的服务单元、1台工程师站。

2 实施背景

1）DCS系统经过11年运行，系统内CPU负荷率太高，网络运行不稳定，系统容量不能满足新增项目需求，而且设备维护费用高。

2）通过改造后方便DCS系统升级和扩充，且能充分保证电厂设备的长期安全、稳定和经济运行。

3）改造后机组采用机、炉、电集中控制方式，换型后设备维护费用降低，整个系统控制性能和自动化水平都将得到进一步提升。

3 总体改造方案

为确保改造项目顺利完成，以热控专业作为核心改造施工组，负责完成设备监造、安装、调试。热控队根据人员状况，制定施工组织方案：大修开始7天内完成电子间机柜拆除、机柜进入基础制作、固定；33天时间完成DCS、DEH等改造机柜安装、端子柜接线，达到上电条件。

1）新系统改造后具有原西门子TXP系统的所有控制功能，新DCS系统基本按原控制系统功能逻辑进行配置，尽量避免了逻辑功能的改变。

2）根据#3机组现状及设备可靠性，此次改造主要完成了以下工作：

将原电子间进行扩建改造，满足新加机柜安装要求；拆除原TXP系统AP柜及电源柜，保留原系统端子柜和继电器柜；根据新DCS系统电源的实际情况在原电源柜基础上进行了设计改造；将原PLC吹灰程控系统纳入DCS系统控制，在DCS系统内增加相应的画面及控制柜；新增锅炉低NOX燃烧和脱销控制；改造集控室操作台与立屏报警、显示；DEH/MEH控制系统进行改造并与DCS系统采用统一的硬件，连接成同一个网络；将电气发变组、励磁调节系统、发电机自同期系统、高压厂用电快切系统、中央信号系统、电气厂用系统（6kV/400V）主要设备操作及监控按原设置纳入DCS系统控制。

表1中给出了原系统I/O数量统计 ，从中可以详细了解原系统的硬件配置。

4 系统设计和调试

4.1 系统配置

本次改造后DCS系统改为上海新华XDC800系统，XDC800系统以32位CPU组成的新华控制器XCU为核心，配置标准的以太网和现场总线，构成环型网络结构或星型网络结构的通讯网络，运行新华集团公司开发的OnXDC可视化图形组态软件。整台机组控制系统采用了24对冗余XCU和6对DP控制器及12台人机接口站（7台安放在控制室内控制台上，其中5台带普通CRT操作员站，1台带大屏操作员站，1台带4/6画面分割器的主机，并与DCS系统联网，接收DCS系统信号；工程师站3台、历史站1台，1台SIS接口机）。

系统功能分配如下：

表1 原＃3机组I／O数量

DAS系统：2对 XCU；CCS系统：2对 XCU；MCS系统：3对 XCU；SCS系统：6对 XCU；FSSS系统：2对 XCU；ECS系统：2对 XCU；DEH 系统：2对XCU；MEH 系统：2 对 XCU （A、B 小机各一对）；吹灰系统：1对XCU；脱销系统：1对XCU；循环水远程站：1对 XCU；400V SIMOCODE 通讯控制：6对DP控制器。

XCU和HMI的高速数据网络冗余配置结构如图1。

图1 网络结构配置

4.2 控制系统设计

1）新DCS系统的设计组态是根据原系统设备情况进行配置的，保证控制系统的安全、可靠，同时新系统具有与其它的外部控制系统很好的接口性能。

2）系统控制逻辑、设备改造范围及原则

保留原控制运行操作界面基本不变，适应运行习惯；控制逻辑以目前机组实际控制逻辑为蓝本，进行逻辑组态；自动控制回路在原设计的基础上，增加了一些新的控制策略；对主要辅机的一些辅助设备进行了逻辑完善；DCS系统实现双电源自动切换，对操作源站、历史站工程师站、网络交换机配置双电源；远程数据全部使用光缆进行连接；ECS系统操作界面按运行习惯进行设计，其控制逻辑设计及组态满足现场实际需求；厂用电系统切换通过快切装置实现联锁和软手操来控制。

3）设计在操作员盘台的紧急停炉、紧急停机等按钮具有独立的硬接线回路，且紧急按钮信号同时接入DCS作为SOE点和跳闸首出的条件之一。

4）系统电源

XDC800控制站和HMI站的供电电源均由厂用电和UPS电源切换后供电。XDC800控制站供电分为内电源供电、外电源供电，内外电源都采用24VDC冗余电源。24V内电源供给I/O模件 （卡件），24V外电源供给端子板或外部仪表的查询电压，内外电源的容量都为150W。

5）系统接地

整个XDC800系统根据规模大小，可以分成若干个控制站组，每个控制站组内实行单点接地，站组内各控制柜接地点分别汇接到站组接地点（>=10 mm2）。一般放在站组中间的控制柜以使接地电缆尽量短，由图2可以看出每个控制站组的接地点分别汇接到XDC800系统的铜板上，从接地铜板接至厂用接地网（电缆>=90 mm2两端焊接）。

图2 系统接地

4.3 系统调试

由于要求新DCS系统保留原有的控制策略和逻辑组态。因此在调试中遇到了一些问题：

1）电缆接线问题。原TXP系统控制器与现场接线是分柜布置的，如果用新的机柜一体式接线方式，将会产生大量的断点，留下很多隐患，最终确定了保留原端子柜，采用预制电缆连接方式，前期需要设计好卡件配置，同时还需要将部分信号接线进行移位。

2）SIMECODE通讯问题。SIMECODE是西门子公司专用设备，我厂#3、4机组电气400V设备全部用此方式进行控制。为此新华公司经过长时间摸索才完成通讯连接，并且在后续调试过程中仍然遇到一些问题，尤其是在系统投运后发现所有DP控制器会定期切换，后经生产厂家进行硬件升级才得以解决。

3）软件不兼容，模块时序问题。既使采用同样的组态方式，很多复杂逻辑仍然无法实现，为此在引风机、一次风机变频逻辑实现上耗费了大量的精力和时间。

4）热阻卡件抗干扰性差。 DCS抗干扰问题是关系到整台机组能否安全稳定运行的大问题。在施工中，所有模拟量信号电缆的屏蔽芯在控制机柜侧进行了单端接地，温度信号在组态中设置了慢速率保护。但在用对讲机进行抗干扰测试时发现PT100卡件抗干扰性太差，由图3可以看出温度信号受到干扰后跳变比较剧烈。后经过生产厂家改进，把全部PT100卡件更换后试验正常。

图3 PT100卡件干扰试验

5 性能评价

1）本次改造历时80天，整个施工过程有序，组织严密，DCS系统一次投运成功。莱城电厂热控专业做到了从逻辑设计、流程图绘制、到设备安装调试的全过程参与，确保了改造效果的可靠性。此次改造还将循环水远程站、壁温远程站、以及DEH系统一并采用统一的硬件，连接成同一个网络进行控制，提高了机组的集成功能。

2）＃3机组DCS系统改造完成后，系统容纳单点量增加了3600多点，控制器负荷由原来的30～50%降低到10～20%，操作员站调用画面操作模块速度是老系统的两倍，DCS系统的可靠性明显提升。开放性的工业以太网技术、普通工控机的使用，也使DCS的开放性大幅提升。控制系统经完善后性能得到提升，自动调节投入情况良好。

3）由于是改造项目，难免在施工中遗留了一些问题。例如逻辑组态中品质传递、站间通讯问题在改造中由于考虑不足，在运行中逐渐暴露出来。在随后机组的检修中我们都逐一进行了完善，增加了相应品质判断报警功能，增加硬接线减少通讯点，这些也都随后应用到了后续机组的改造中，从而提高了控制系统的可靠性。

6 结束语

#3机组热控系统改造后使系统控制、联锁、保护、报警功能得到了完善，保护信号动作准确可靠，也便于监控管理。而且该系统结构简单，组态软件、调试整定也较方便；正是有了#3机组DCS改造的成功经验，随后我们又成功完成了#4、2、1机组DCS系统同类型改造，系统各项功能指标都符合要求，系统运行稳定。

［1］周黎辉，孙海蓉，王峰，等.分散控制系统的原理及运行案例［J］.北京：中国水利水电出版社，2009.

［2］赵燕平.火电厂分散控制系统检修运行维护手册［M］.北京：中国电力出版社，2002.