和利时MACS系统在黔北火电厂新建工程中的应用

1、引言和利时公司作为国内在 DCS 控制领域的领军企业，在 300MW 以上的单元火电机组控制领域实现突破，先后承接了黔北、鸭溪、黔西、鹤壁电厂等多个300MW 机组以及陕西国华锦界 4X600MW 煤电工程DCS 控制系统项目， 为电力企业实现规模经济效益、 降低运营成本、 提高火电工程技术的自动化水平作出 贡献。贵州黔北电厂 300MW 新建机组是西部大开发 西电东输的重要项目之一。和利时派出了具有丰富现场实施经验的工程团队和专家组，用专业化的解决方案，先进、可靠、经济的系统和产品，放心、满 意的服务，保证了两台机组顺利投运，并实现了国内 300MW 机组试运期最短记录。项目概述黔北电厂（4

2、 300MW）新建工程#3、#4 机组汽轮机、锅炉、发电机分别由东方汽轮机厂、东方锅炉厂、东方电机厂制造，热控系统采用和利时公司 HOLLiAS MACS 大型集散控制系统。黔北电厂 #3、 #4 机组锅炉是由东方锅炉（集团）股份有限公司根据美国 Forter Wheeler 型 300MW机组“W 火焰锅炉生产，型号：DG1025/18.2-HI5。锅炉型式：亚临界、中间一次再热自然循环、双拱型单炉膛，倒“ I 型布置，燃烧器布置于拱上、烟气挡板调温、“W 型火焰固态排渣。汽轮机：东方汽轮机厂型号： N300-16.7/537/537 型式：亚临界、单轴、双缸双排汽、再热凝汽式汽轮机，抽汽级

3、数： 8 级（ 3 高加+1 除氧器 +4 低加）。项目规模系统配置黔北电厂（4X300MW ） #3、#4 机工程 DCS 系统采用和利时公司的第四代DCS 系统 HOLLiAS MACS系统。工程共分为 3 个域，其中 #3 机组为 1#域， #4 机组为 2#域， #3、 #4 机公用系统和循环水泵房远程 I/O 为0#域。工程操作界面考虑 #3、 #4 分开， #3 机操作 1#域， #4 机操作 2#域，公用系统 0#域可以在#3 级 操作也可以在 #4 机操作。黔北#3、#4 机组及公用 DCS 系统共提供现场控制机柜 28 台，端子柜 28 台，服务器柜 6 个，配电 柜 2 个

4、，继电器柜 3 个，接地柜 1 个，操作台 10 个，打印台 4 个。HMI 设备：操作员站 10 台；历史站 2 台；系统服务器 6 台；工程师站 2 台；72”大屏幕站 2 套；通信站 8 台；SIS 网关机 2 台；24 口网络交换 机 16 台；GPS 设备 1 套。控制规模每个单元机组配置 13 对冗余控制器，采用 Profibus-DP 总线挂接 525 个 I/O 模块及中断设备。接受DCS 系统控制的设备数量为：电动机 88 台，各类阀门、加热器等设备 441 个,调节设备 165 个，断路器、快切装置等电气设备 67 个，并可通过通信控制 88 个吹灰器和 7 个电动门。公用

5、系统配置 2 对冗余控制器带 46 个 I/O 模块，分别用于监控两台机组的电气公用部分和机、炉公用部分；DCS 总计控制设备为 1754 台。其中 3#机组及公用系统的物理点数和配置点数如下表:类型配置点数实际点数冗余率420mA（对外供电型）46437519.18%AI420mA/010mA47242210.59%Pt100/Cu5032827815.24%热偶23218221.55%AO420mA24820915.73%PITTL16943.75%DI干接点3008267211.17%220VAC1612140113.09%SOE24018213.09%合计6620573024.17%整

6、个工程（#3、#4、公用系统）实际的物理点数为：11016 点，总配置点数为 12664 点。第三方设备的双向冗余通信、远程采集点及单向通信点数总计为：1300 点。控制组态产生的变量约 8500 点，显示、报警、趋势标签总计：27000 点。分站原则测点按功能分站如下表:站号实现功能说明10FSSS公用逻辑、A 油组、A 煤组11FSSSB/C/D 油组12FSSSB/C/D 煤组13MCS协调、燃烧14MCS送、引风，给水，过热器减温15MCS+DAS再热器减温，汽机单回路，锅炉部分DAS16MCS+TBC二次风门，旁路，小汽机单回路 SCS17SCS/B锅炉 SCS18SCS/B锅炉 S

7、CS19SCS/T汽机 SCS20SCS/T汽机 SCS21DAS汽机 DAS22SCS/GA电气 SCS，SOE23SCS/GA公用系统电气 SCS、DAS24SCS循环泵房 SCS其中综合考虑测点分配均匀，各控制站负荷率 10%的备用率；*系统间的重要信号，如：MFT、连锁保护等，采用硬接线不同站、模件多路输岀；* DCS 系统与其他系统（如：DEH ）的模拟信号采用有源型隔离器进行隔离。系统设计采用 Client/Server 体系结构，控制管理网络采用两层结构，星型连接，控制网络双冗余配置。控制 网络和管理网络的分离有利于将交换机设备故障风险分散，同时大大减少了数据处理量和网络上的拥塞

8、。远程控制站（循环水泵房）采用 100M 以太光纤连入系统，网络实际结构如图:碍Itst电厂弘，Ap-kLT) )CS WLf+ii:rSW島口口采用 HOLLiAS MACS 系统作为监控软件平台，其中：ConMaker 部分完成算法的组态与下装，而31 Unu 1 4HHIWils W*IM frdYHI 3k w mu- mr上Mfiili.1:1如鼻li冈二口口PlantView 完成人机监控和与控制器的通信。每个ConMaker 工程用于单个 I/O 控制站的控制方案，共有 28 个ConMaker 工程对应 28 个 I/O 控制站。* COMM42 : #4 机组#2 通信站工程

9、，用于 DEH、厂用电、发变组系统通讯接入;是:PlantView 工程用于建立通信连接及人机交互界面，按照功能的不同，系统包括12 个子工程，分别* QBDB1 :#3 机组数据库工程，用于#3 机组监控数据接入;* QBDB2 :公用系统数据库工程，用于公用系统监控数据接入;*QBDB4:#4 机组数据库工程，用于#4 机组监控数据接入;* QBDB3 :趋势、报警服务器工程，用于整个DCS 系统的趋势记录、报警检测、时间服务等;* QBDC4 :#4 机组操作员站图形工程，用于操作员对 #4 机组及公用系统进行监控;* QBDC : #3 机组操作员站图形工程，用于操作员对#3 机组及公

10、用系统进行监控;* COMM1 :#3机组#1 通信站工程,用于吹灰、炉管泄漏、CEMS、空调系统通讯接入;* COMM2 :#3机组#2 通信站工程,用于 DEH、厂用电、发变组系统通讯接入;* COMM3 :#3机组#3 通信站工程,用于 IDAS、发电机励磁系统通讯接入;* COMM41 :#4机组#1 通信站工程,用于吹灰、炉管泄漏、CEMS、空调系统通讯接入;* COMM43 : #4 机组#3 通信站工程，用于 IDAS、发电机励磁系统通讯接入服务配置本工程的 PlantView 完成五种服务、一种客户请求，即：* I/O 服务：负责收集数据并根据请求发送；*趋势服务：负责历史数据

11、的采集与存储；*报警服务：负责处理数据异常报告；*报表服务：负责完成数据的纪录与报告生成；*时间服务：负责系统的校对，保持数据的同一性。客户请求：人机界面接口，负责数据、报警、趋势等显示，提供给操作人员直观的操作界面。这五种服务通过计算机设置功能分散配置，参照网络结构图，设置服务功能为：I/O 服务报警服务趋势服务时间服图形服务主从主从主从SERVER1SERVER2VSERVER3VSERVER4VSERVER5VVVV ISERVER6VVVSERVER7卜SERVER8V各操作站VDCS 系统对时设计#3、#4 机组统一对时，其中：控制器、服务器和客户端采用网络对时，每60 分钟以广播方

12、式发布时钟服务器基准时间，时钟服务器时间由 GPS 校准；SOE 模件(FM161E_SOE_A01 )第 16 路接受 FM197 集线器每间隔 60 秒发一次的脉冲对时信号，保证秒和毫秒精度。校时流程* GPS 天线收到时间信号;*从串口上发到 FM197 校时集线器中;FM197 校时集线器发到系统时间服务器中； 时间服务器定时或在本机时间改变时在网内广播校时包； 设置同时间服务器同步的客户机收到校时包后改变本机系统时间； 客户机开始运行系统时向时间服务器请求校时。校时特点 控制系统校时收发以网络传递为主；*SOE 关键快速时钟校对以硬接线发秒脉冲为主，保证站间SOE 时钟误差 1ms,

13、; 采用校时集线器接受 GPS 时钟信号，给 DCS 时钟服务器、 SIS 系统及其他设备同时进行校时；*网络校时时钟服务器唯一设置。实现的控制功能和利时 HOLLiAS MACS 系统实现数据采集处理（ DAS ）、事件顺序记录（ SOE ）、历史数据存储和 检索（HSR ）、辅机顺序控制（SCS ）、模拟量控制（MCS ）、电气控制（ECS ）、锅炉炉膛安全监控（FSSS） 及机炉协调控制（ CCS） 、自动发电控制（ AGC ）等控制功能。该系统以其良好的开放性、 扩展性顺利实现了与其他 7 个系统的通讯任务， 分别为 DEH/MEN 监控系统、 炉管泄漏报警装置、锅炉吹灰控制系统、发电

14、机励磁装置、厂用电监控系统、温度数据采集前端（IDAS）及厂级监控系统（SIS）等。并与大屏幕 EOS 主机配合，实现了两个大屏幕独立于操作员之外即可双屏分 别显示又可合为一屏显示的功能。SCS 功能主要完成机组辅机、加热器及各种阀门的操作、联锁、保护及程控等控制功能。FSSS 功能主要包括锅炉自动吹扫逻辑、 油检漏试验程控逻辑、 MFT 动作及首出逻辑、 OFT 动作及首 出逻辑、冷却风系统的保护联锁 24 个油角的点火程控启、停等等，各功能均有专用的操作、指示面板。ECS 功能除了完成对 60 个断路器的控制外，还对厂用电切换装置、机组励磁装置及同期装置等电气 设备进行操作控制。MCS 功

15、能主要完成对 165 个调节设备的控制和 50 多套自动调节回路。其中主汽温度采用3 级 PID控制，为使阀门开度与流量线性化特增加了一级流量控制PID ;送风风量设定单独采用了一个PID，通过参数设置实现风煤交叉功能；给水设计为全程控制，低负荷(v14%ECR )时用给水旁路阀调节汽包水位同时给水泵调节给水压力，负荷1420%ECR 时采用给水泵进行单冲量控制，高负荷(20%ECR )时采用给水泵进行三冲量控制。对于自动调节功能系统不仅给运行人员提供了清晰明了的操作界面，也为热工维护人员绘制了类似 SAMA 图式的调试界面，见下图(给水全程控制调试画面)后记在项目相关各方单位的共同努力下，黔

16、北电厂4X300MW 工程#3 机组的分部试运和整套启动工作紧张有序，机组整个试运过程仅用时不到4 个月。自于 2004 年 2 月 13 日进入整套启动试运行，2 月 23 日16 : 00 达到满负荷试运条件并进入168 小时试运行，至 3 月 1 日 16 : 00 圆满完成 168 小时试运，历时仅 17 天。在 168 小时试运行期间，机组连续带满负荷运行时间为136 小时，机组连续平均负荷为 300.3MW，平均负荷率为 100.1%，平均厂用电率 5.28%，热控自动投入率 95%，热工保护投入率 100%，热控、电 气仪表投入率为 100%，电气自动投入率 100%，汽机各轴振、瓦振均达到优良标准，汽机真空严密性试 验优良(48Pa/min )，发电机漏氢量 7.08Nm3/d，补水率 10.6%，汽水品质各项指标合格。#4 机组于 2004 年 9 月 19 日进入整套启动试运行， 9 月 22 日 14 : 00 点达到满负荷试运条件， 9 月 29 日 14 : 00点圆满完成 168 小时满负荷试运，历时 10 天