华能珞璜电厂二期DCS改造

1、华能珞璜电厂二期 DCS 改造作者： 黄 湘摘要： 本文针对珞璜电厂二期 DCS 改造的技术特点，进行了系统分析，对各系统改造情况逐层描述， 为相应机组改造施工提供了一定的借鉴经验。一、工程背景华能重庆珞璜电厂总装机容量 2640MW ，为西部最大火力发电厂。其中二期工程3#、4#机组装机为2X360MW ,采用法国CEGELEC公司提供的分散控制系统 ALSPA P320作为机组的主要控制系统和主 要监视系统，ALSPA P320包括数据采集 DAS，闭环控制CCS，顺序控制SCS,炉膛安全系统 BMS等 主要功能。此外，汽机控制系统采用法国 GEC ALSTOM STG 公司提供的 MIC

2、ROREC 控制系统，实现 了汽轮机数字电液调节系统的功能。机组投运十年来，随着部分就地设备升级改造，急需机组控制系统能升级扩能，但P320系统却因为扩展性不强等原因，不能满足机组开放式升级扩展需求。加之P320系统控制卡件老化严重，备品备件购置困难等一系列原因。为便于全厂统一管理，保障机组安全，减轻人员运行维护负担，决定对二期 DCS 进行统一改造。二、系统概述二期 DCS 改造选用美国西屋公司的 OVATION 控制系统。它的最大特点是， OVATION 采用了真正 的开放式计算机技术，数据网络均采用冗余方式连接 ,控制器及电源等冗余配置 ,控制系统内任一组件发 生故障 ,均不会影响到整个

3、系统工作。OVATION 具有丰富的算法模块及应用软件，采用相关数据库技术以及与当今流行软件设计接轨的 Powertools 工具使组态更加方便 ,它易于组态、易于扩展、易于使用。 OVATION 也提供有全面的数据监控功能，及历史数据、数据趋势信息，人机界面更加友好,可以为机组提供良好的运行控制。OVATION 集中完成 DAS、SCS、FSSS、MCS、ECS、DEH、ETS、MEH 等功能，两台单元机组的 控制分别由两套 DCS 实现，公用系统（循环水泵房、燃油泵房、空压机、公用厂用电系统、网控系统 等）的控制由 DCS 公用系统实现（其中在循环水泵房、网控楼和燃油泵房燃油输送系统还分别

4、设置了 远程 I/O 机柜）， DCS 公用系统分别连入两台单元机组 DCS 网络。单元机组系统包括 12台工作站，即 7台操作员站（其中 1台为大屏幕操作站）、 1台服务器 /工程师 站、1台历史站、1台OPC服务器、1台SIS通讯管理站，包括18个控制器柜、11个扩展柜、1个继电 器柜、 1 个 MFT 跳闸柜、 2 个电源柜、 1 个交换机柜以及保留机柜 5 个。公用系统包括 :1台电气操作员站 ,3个控制器柜、 2个扩展柜、 2个远程柜、 2个电源柜、 1个交换机柜。单元机组除汽包水位 CRT 和炉膛火焰 CRT 外，辅盘上只保留有的少量常规数显表计及光字牌， 同时 增加两台大屏幕。作

5、为后备手操，操作台及立盘还保留有锅炉 MFT 、汽机打闸、小机打闸、发变组紧急 打闸及汽机重要油泵硬启动按钮等。三、DCS 系统改造3.1 电源及接地系统由电气来的UPS 220V AC电源分别进入 DCS的2个电源分配柜，再由A，B电源柜各分配一路电源 至各控制器柜，实现电源冗余配置。各控制器柜电源模块具有保护报警功能，电源模块输出的24VDC用于模拟量回路供电及输出继电器的线圈回路驱动，输出的 48VDC 用于开关量回路信号的查询电压。 此外，根据现场设备特点，由电气直流室来的外供 48VDC 电源连接至相应机柜母排，再由母排并接分 配出外供 48VDC 电源到每个输出 DOC 卡对应的空

6、气开关，空开配供的 48VDC 电源经回路串接后，直 接驱动现场电磁阀等设备。 这样就实现了各个 DOC 卡之间 48VDC 驱动电源的相互隔离， 减少了单个回 路跳闸时引起的事故波及扩大。考虑到设备实际运行情况，对除氧器水位主调电磁阀、给水及炉水泵事 故冷却阀三个电磁阀驱动回路， 还进行了外供 48VDC 单独空开配电输出。 对每个外供 48VDC 母排回路， 每个数字输出 DOC 卡空开回路， 均设计配有监控继电器和辅助接点， 以提供出相应的 48VDC 电源有效 信号。根据系统要求，机柜单点对地电阻要求小于1Q。该套DCS系统只有一个统一的公用地，即电气地。电气地可区分为 DC COM和

7、AC COM，即直流地和交流地。 AC COM用于外部弱信号的屏蔽地，如： 热偶、热阻、电流信号等， AC COM 为故障电流和高频噪声提供了一个低阻抗的排泄通道，使设备外 壳与地处于等电位。而 DC COM 则作为内供 48VDC、24VDC 等直流电源的公共地负端，它为系统的数 字式过程控制建立了一个零电位参考点，同时它也可以有效地消除高频噪声。实际上，DC COM 和 ACCOM 在 DCS 控制器柜内已相互连通。 而在各系统控制器柜和扩展柜之间， DC COM 采用星形接法而互 连，采用这种连接方法可以避免连接线中间某一环节脱落而造成全系统瘫痪；而AC COM 由于只作为屏蔽地，故其连

8、接方式设计为盘间串连即可。3.2 TSI 系统改造TSI 系统原选用美国 BENTLY 公司的成套产品。 根据设计要求， 现统一选用菲立浦 MMS6000 系列产 品，同时对机柜卡件及现场 TSI 测量探头进行改造及更换。1）转速测量装置，原为 3只测速式发电机，现全部予以拆除更换。统一更换为 8 只磁阻式转速探头 PR9376,其中的3只转速探头用于TSI超速保护，3只探头用于DEH转速基准信号，1只探头用于零转 速启停盘车， 1 只探头用于机头转速表显示。2）轴向位移装置，原为单只涡流探头测量。为保证机组安全，现更换为三只涡流探头测量，探头型号为PR6423,三测量通道对现场轴向位移信号进

9、行处理后，通过硬回路进行3选2逻辑连接，其输出硬接点直接遮断汽机。3）原配的 TSI 系统其轴振信号只有 Y 方向轴承振动。这次改造在就地新加装了 X 方向轴振动探头， 探头型号为PR6423,其模拟量输出值可直接送到 DAS系统显示分析报警。这样就可以对任何一个汽机 轴瓦实现 X-Y 方向轴振及瓦振的在线监测，满足了机组全频分析的需要。4） 根据改造方案，对其它的胀差探头（3套），键相探头（ 1 套），振动探头（ 16套），偏心探头 （1 套）均进行了更换。对现场转接端子箱、探头安装支架、探头位移转换装置等也一并进行了部分更 换，并对部分转速电缆等进行了重新敷设。3.3 DEH 系统珞璜电厂

10、二期的 DEH 系统包括 OPC、BTC、ATC、TSI、ETS、VMDS 等一系列功能。改造前的主 汽机控制系统由以下几部分组成：1）GSE001AR柜 即汽机保安柜，含 ETS，调门活动实验等功能。2）GMA001AR 柜 即本体测量柜，含汽机本体的温度压力检测点等。3）GRE001AR，GRE002AR，GRE003AR柜 即AGC，调门控制，机组并网升荷等功能。这次DCS改造，已将其中的 AGC功能移至MCS，其余的系统准备全部拆除，纳入新 DEH。原DEH 控制件 MICROREC 的控制功能现由 OVATION 控制系统一体实现，但在实际模拟调整实验过程中，由于 OVATION 公

11、司提供的电液伺服驱动卡输出的调节阀电/ 液驱动电流最大只能够达到 40mA 左右，而原 ALSTOM 公司成套所配套的汽机高、中压调节阀的控制驱动电流需为600mA 左右， OVATION 配套的伺服卡件不能输出达到如此高的电 / 液伺服驱动电流。考虑在新 DEH 中再加入中间级驱动放大，因 系统安全性不保障而放弃。最终的连接方案为：保留原有的 RBP2 调门定位控制柜不动，即电液控制系 统中的机械测量系统、 阀位定位系统保留。 改由 DCS 提供标准的电流驱动控制信号， 经硬接线到 RBP2， 由原 RBP2 系统负责成比例放大，再用于输出以驱动汽机高、低压调门。原 DEH 的部分重要压力测

12、量变送器均设计为单测量，根据改造要求，现统一增加为三测量。主要增 加的参数有凝汽器真空、汽机润滑油压力、高压缸排汽压力、高压缸第一级蒸汽压力、汽机主汽门前蒸 汽压力、中压缸下部进汽压力等。三测量点由逻辑进行 3 取 2 后输出，保证了重要参数测量的可靠性。ETS 系统直接纳入 DEH ，而不是采用单独的 PLC 式的 ETS，ETS 的逻辑功能由 DEH 一体实现，汽 机主保护功能组态直观、简洁。盘内电磁阀回路由两个独立的 24VDC 电源转换模块供电，经硬回路控 制停机电磁阀，阀门活动实验电磁阀用 24VDC 电源由另一个电源转换模块单独供电，保证了实验回路 和控制回路的相对独立。3.4 顺

13、控及 MCS 系统为实现节能降耗，与 DCS 改造配套进行了凝结水泵变频改造，凝泵变频改造设备由北京利德华福电气技术公司成套提供，主要包含变频柜、协调控制柜等。其主控制器选用欧陆T2550，可方便用户进行现场组态和现场监控。远方启停调节及变频反馈信号等通过硬接线连接，顺控保护功能由DCS 控制系统来一体实现。风机振动检测此次选用的也是菲立浦的 MMS6000 系统，同步对机柜卡件及现场测量元件进行改造及 更换。风机振动测量，由集成的一体化模块 EPRO MMS3120 及测量探头 PR9268 构成，送风机、一次 风机、引风机瓦振探头原来只有单一 X 向测量，现全部增加 Y 向瓦振测量，实现振

14、动全频谱监测。乏 气风机、排粉风机原振动测量元件为振动开关，监测不直观，现取消振动开关后统一更换为PR9268 速度传感器。风机振动柜输出振动连续值用于 DAS 显示，其继电器输出振动高信号用于风机保护。制粉优化系统主要包括磨煤机噪音检测装置及相应转换放大控制器。噪音检测装置原一台磨一套， 现每台磨组增加一套，实现了磨组噪音的前后侧同步监控，保证了给煤量、配风比等的合理配置，使整个 磨组的性能得以优化提高。为保护机组安全，减少误动。对主蒸汽电动头再增加了一个开完信号，保证其开完信号为2 取 2 逻辑，以保证信号的准确性。送风机出口、一次风机出口 、引风机出口、空域器出口二次风挡板、空预 器烟气

15、挡板， 除原内部行程开关开完信号外， 还单独在外部挡板机械传动连杆部分增加了一个开完信号， 作为开信号的保护双选信号。此外还对部分电动头增加了阀门电气有效信号等。由于 3#机组 1#给水泵同步进行了电泵改汽泵工作。故相应DCS 部分增加了伺服卡及 LVDT 阀位回路，增加了 MEH 汽动给水泵控制系统。为满足全面监控要求，还增加了部分测点的检测。如除盐水母管压力、乏气风流量等。 对部分重要的模拟量参数，为防止信号干扰，还对其增加了信号隔离装置。3.5 FSSS 系统与此次 DCS 改造配套进行的有小油枪节油改造项目， 其完成的微油燃烧功能将由 DCS 控制系统来一 体实现。小油枪改造项目分 C

16、、 G 层，共 4 只油枪，就地配套安装 4 套控制箱，小油枪火检采用可见光 火焰检测。小油枪组硬回路功能由就地控制箱实现， DCS 完成远方组控及投入保护逻辑等。为监控锅炉炉膛温度，系统原安装有 4只光电高温计，此次改造增加 4 只，使锅炉左右侧墙各为 4 只，以满足运行对燃烧工况的全面监控要求，以便实现锅炉安全稳定燃烧。空预器转速低信号， 原就地只安装有转速接近开关一只， 为保证该信号的有效性， 现统一增加为两只 接近开关再 2 取 2 输出，这样可有效防止由于接近开关产生漏报、误报而造成的空预器停车。此外，空 预器支持轴承、导向轴承油温是温度开关，由于温度开关时延大，校验时误差不易掌控，

17、灵敏度差等原 因，对这些油温开关也同步进行了热偶改造。原磨煤机低压润滑油温度极高，磨组润滑油箱温度低等监测点是3个温度开关。现将 A、B 磨的上述测点全部更改为热电阻进行检测，再由软逻辑实现油温的高低限输出，这样就实现了油温的全程连续检 测，保护了磨组安全。3.6 IDAS 及一次元件改造IDAS 原采用 ALSTOM 配供的冷端补偿器， 现场热电偶经补偿箱后统一转换为 4-20mA 标准信号送到P320进行显示。现根据改造要求，取消就地冷端补偿器，改用上海电力学院生产的QD系列智能前端，锅炉侧布置有 11个数据采集前端，汽机侧布置有 13个数据采集前端。锅炉侧数据采集前端用双路双绞 通讯线将

18、 11个前端并接，最后从炉侧 1#前端引出数据通讯线连到 DCS 7#控制器相应通讯卡件 LC 和 DCS 实现通讯。汽机侧 IDAS 数据通讯线则连至 DCS 9#控制器。对部分重要温度测点，单台机组共计 131 点，则采取直接从 DCS 敷设补偿电缆到就地的方式实现温度的直接监视。给水泵工作油出口油温， 原设计安装的是 GEORGIN 的温度开关， 在一次元件校验时发现有 3只温度 开关由于泵体振动原因已损坏，考虑到温度开关的不可靠性，现将泵工作油温度开关全部更换为热电阻 进行监测。一次风， 二次风测量装置原为文丘里管和机翼。 这次改造予以取消更换。 同时对取样管段进行了直段 改造，减小取

19、样阻力和取样堵塞。提高了风量测量可靠性。对部分调节挡板， 原为机械式定位器， 由于已运行多年， 定位器灵敏度大为降低， 零点等需反复调节， 容易发生阀位漂移。改造时部分定位器进行了更换，统一改装为智能ABB 定位器，保证了调节的灵活可靠性。原现场基地式调节阀，密封油真空油箱油位调节阀、定冷水温度调节阀、燃油雾化蒸汽压力调节阀、 连排阀等，一并进入 DCS 控制系统，取消了就地基地式调节器，实现了远方调节。燃油流量计改造。将回油及进油流量计更换为为爱默生质量流量计，使燃油流量计量更加准确可靠。3.7 其它系统改造二期循环泵房48VDC供电原采用柜内双路220VAC经EWS600交直流转换开关电源

20、供电，输出使用 两个二极管热备用。 48VDC 经 DO 通道输出控制启动继电器， 进而驱动电磁阀等相关设备。 由于机组直 流室距泵房距离较远， 48VDC 不能直接由电缆供给，改造时考虑到电源转换卡件出现故障的几率大， 电源可靠性不高， 2008 年曾因泵房 48VDC 电源丢失引起机组联跳。为此对二期泵房 48VDC 电源进行 了改进，控制输出用的 48VDC 双路还是通过电源转换卡提供，但增加了一路 09LCC48VDC （泵房直流 盘）直接供电，三路电源用二极管隔离热备用，同时接入 48VDC 有效状态以便监控。四、DCS 改造施工的几点体会4.1 本次 DCS 改造大量采用通讯卡件与

21、辅助系统进行连接。连接的系统包括部分电气量、 吹灰、 炉管泄 露、制粉优化、 IDAS 、除灰等。辅助系统通过与通讯卡 LC 模件连接，取消了相应连接电缆，减少了电 缆量，节约了成本。对远程 I/O 站，如循环水泵房、网控楼等，则通过光缆连接，光缆连接能确保远程 数据长距离传输的可靠和通讯速率。4.2 对保留机柜，如高低旁柜、 RBP2 、制粉优化柜、 TDM 等，其与 DCS 之间的数据连接全部采用硬接 线，保证了控制信号的可靠性。此外还增加了脱硫增压风机系统在集控室的显示功能，还有其它脱硫信 号等。4.3 原 P320 系统设计有一个中间继电器柜， 至现场设备如电磁阀等的转接口均在中间继电

22、器柜， 输出继 电器由P320实现控制。此次改造， OVATION系统DOC卡自带继电器输出，故对连到现场的电磁阀等 电缆现已悉数接至各控制器柜，基本不需要中间继电器柜转接。只有少数到现场电磁阀的电缆，由于电 缆长度太短等原因，可以把中间继电器柜作为这部分电缆的中间转接端子箱，再通过连盘电缆连接。4.4 中间端子箱问题。由于新旧盘柜位置分布不同以及电缆走向的差异，造成部分原电缆到新盘柜位置后长度不够等情况。鉴于此，对 20芯以下电缆，原则上采用锡焊方式进行加长连接。对 20芯及以上电 缆，则采取了电缆进中间转接端子箱的形式来连接。对大部分20芯以上电缆来说，均存在一根电缆到多个不同控制器柜的分线，所以对到不同的控制器柜可敷设相应芯数的电缆，使盘柜间不再次分线。4.5 此次 DCS 改造统一用 Microsft Visio 绘制施工接线图， Visio 操作方便，组件功