机组 DCS 系统工程设计

1、发电厂 1000MW 机组 DCS 系统工程设计韩 翔，赵志祥（国电谏壁发电厂，江苏 镇江 212006）摘 要：介绍谏壁发电厂 1000MW 机组 DCS 控制系统在工程设计中涉及安全的几个重要 引言国电谏壁发电厂首台 1000MW 超超临界机组于2011 年 5 月 21 日通过 168 试运行， 作为国电智深公司自主研发的 EDPF-NT+系统首次在百万机组上的应用，从工程设计到施工、调试都受到高度重视。1 DCS 系统配置及网络结构的设计谏壁发电厂 DCS 控制系统采用了以千兆工业级以太网交换机构建的全交换式工业控制以太网络，见图 1。整个网络通信系统采用了冗余配置设计，双网冗余。 为

2、了确保通信网络稳定，所有的通信线缆走专用的桥架，与其他电缆桥架独立。 整个 DCS 系统的实际配置情况：（1）接入的全部测点 14139 点，其中单元机组硬接线点 11693 点、公用系统硬接线点 1649 点、通信接口接入测点 797 点。（2）控制的设备总数量 1176 台，其中单元机组控制 1084 台、公用系统控制 92 台。（3）上位机站总共 12 台，其中操作员站 5 台、工程师站 3 台、历史站 1 台、多功能接口站 1 台、SIS 接口站 1 台、大屏幕站 1 台。（4）控制站总共 49 对（不含 DEH 及 MEH 系统），其中单元机组冗余控制器站 43 对、 公用系统冗余控

3、制器 6 对。（5）主干网网络交换机总共 14 台，构建总线型、冗余结构网络系统，其中单元机组 12 台、公用系统 2 台。2 控制器及 I/O 模件测点分配的设计为了确保国产控制系统在百万级火电机组上的成功应用， 谏壁发电厂 1000MW 机组的 DCS 控制系统在工程初期就围绕系统配置的设计进行深入的探讨， 并最终确定了控制器分配原则及 I/O 模件的测点分配原则。谏壁电厂单元机组的 DCS 控制系统最终配置了 43 对控制器，公用系统配置了 6 对控制器。2.1 控制器分配原则控制器分配采用工艺系统结合功能的方式，并综合考虑工艺系统独立性、物理分散性和运行安全可靠性：发电厂 1000MW

4、 机组 DCS 系统工程设计韩 翔，赵志祥（国电谏壁发电厂，江苏 镇江 212006）摘 要：介绍谏壁发电厂 1000MW 机组 DCS 控制系统在工程设计中涉及安全的几个重要部分，并结合谏壁发电厂工程的具体实施进行总结。关键词：控制系统；网络结构；控制器；DCSEngineering Design of 1000MW Unit DCS System of Power PlantHAN Xiang, ZHAO Zhi-xiang(China Power Jianbi Power Plant, Zhenjiang 212006, China)Abstract：Engineering design

5、 of 1000MW unit DCS control system of Jianbi Power Plant involving several importantparts of the safety are introduced. Combined with the engineering practice of Jianbi power plant, the important design partswere summarized.Keywords：control system；network structure；controller；summary作者简介：韩翔（1975-），工

6、程硕士，工程师，从事自动化设计及工业设备控制维护工作。收稿日期：2011-07-08DPU51DPU55DPU111DPU115公用系统A 网B 网A 网B 网B 网A 网工程师站 3 台 操作员站 5 台 大幕站屏 多接功口能站 历站史 接S口I站SDPU1DPU43DPU61DPU103MEHDPU45DPU46DPU105DPU106DCS 控制系统图1 DCS 系统网络结构56（1）严格遵循机组重要保护和控制分开配置的独立性原则。（2）主设备保护采用独立控制器，并按故障安全原则配置。（3）FSS 控制器采用故障安全原则配置， 当 FSS控制器失电或故障时锅炉自动 MFT， 以保证机组安

7、全。（4）电气独立、MEH 独立和公用系统独立。（5）循环水泵房通过远程 I/O 控制柜接入单元控制系统。（6）锅炉系统和汽机系统分开，但根据超临界直流炉的特性，协调控制主控、给水主控和燃料主控调节放在同一控制器。（7）多台冗余或多台组合的重要辅机设备分到不同控制器， 以确保一对控制器故障不会造成机组停运， 如 A 和 B 侧风烟设备、6 套制粉系统和对应的油燃烧器、2 台汽动给水泵、2 台凝结水泵、4 台循环水泵的每 2 台、3 台真空泵等。（8）对于重要安全参数，在不同控制器中同时予以配置，确保其中一对控制器故障后的恢复期间机组能安全运行，如主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热蒸汽温度和炉膛压力等

8、重要安全参数，在两对控制器中同时予以配置。（9）控制器测点分配考虑负荷均衡性。 在控制器测点分配时，同时考虑测点分配和控制逻辑数量的均衡性，尽量使得控制器负荷水平接近，各控制器 I/O 测点数量在 300400 点之间， 控制器负荷基本在 1020之间。（10） 同类系统测点在不同控制器分配时讲求对称性、一致性，提高维护检修方便性。（11）6 套制粉系统和对应油燃烧器分配到 6 对控制器中时， 做到同样测点位置完全一致，AB 风烟、2台汽动给水泵等在不同控制器中相同测点尽量做到位置一致，给检修维护带来较大方便，也有助于系统的安全。2.2 谏壁电厂 DCS 控制器分配方案（1）FSSS 7 对。

9、DPU1: 机炉 SOE、锅炉保护、炉前油系统、密封风、火检冷却风系统、微油点火。DPU2: 制粉系统 A 及其火检、A 层燃油及其火检。DPU3: 制粉系统 B 及其火检、B 层燃油及其火检。DPU4: 制粉系统 C 及其火检、C 层燃油及其火检。DPU5: 制粉系统 D 及其火检、D 层燃油及其火检。DPU6: 制粉系统 E 及其火检、E 层燃油及其火检。DPU7: 制粉系统 F 及其火检、F 层燃油及其火检。（2）炉侧 MCS 6 对。DPU8: 协调、给水主控、锅炉启动给水、燃烧主控、一次风。DPU9: 送风、过热汽温。DPU10: 引风、再热汽温、制粉控制 DEF。DPU11: 辅助

10、风 A、B， 燃料风 A、B， 疏水放气MCS，制粉控制 A、B、C。DPU12: 辅助风 C、D，燃料风 C、D，锅炉侧 MCS 其他，脱硫联络。DPU13: 辅助风 E、F，燃料风 E、F，过燃风。（3）BSCS 11 对。DPU14: 风烟系统 A、风烟联络。DPU15: 风烟系统 B。DPU16:汽水系统、锅炉启动给水、锅炉疏水放气、暖风器。DPU17: 过热减温、再热减温系统、锅炉服务水、锅炉其他。DPU18: 吹灰系统 A。DPU19: 吹灰系统 B。DPU20: 吹灰系统 C。DPU21: 炉顶过热器（远程 IO）。DPU22: 炉顶再热器（远程 IO）。DPU23: 脱硝系统。

11、DPU24: APS。（4）TSCS 13 对。DPU25：给水泵 A。DPU26：给水泵 B。DPU27：防进水、高低压疏水扩容器、汽机本体。DPU28：高压旁路、低压旁路、排污装置、轴封系统。DPU29：高加系统及抽汽。DPU30：低加系统及抽汽、四段抽汽。DPU31：凝结水泵 A、真空泵 A、凝补水系统。DUP32：凝结水泵 B、真空泵 B、凝结水输送泵、开式循环水 A 侧、闭式循环水 A 侧。DPU33：真空泵 C、辅助蒸汽、汽机其他、开式循环水 B 侧、闭式循环水 B 侧。DPU34：发电机氢气、密封油、定子冷却水。DPU35：润滑油系统、顶轴油、EH 油(小部分)、除氧器。DPU3

12、6：循环水泵 41、43（远程 IO）。DUP37：循环水泵 42、44（远程 IO）。（5）ECS 6 对。DPU38：发变组、厂用电电气 SOE、励磁系统。DPU39：13 机组发变组电气 SOE。DPU40：13 机组厂用电 A 系统。DPU41：13 机组厂用电 A 系统。DPU42：13 机组厂用电 B 系统。DPU43：13 机组厂用电 B 系统。（6）公用 6 对。DPU51：仪用/厂用空压机系统 A。DPU52：仪用/厂用空压机系统 B、辅助蒸汽系统。DPU53：主厂房公用厂用电 A 系统。DPU54：主厂房公用厂用电 A 系统、厂区高低压配电间 A 系统、碎煤机室旁配电间 A

13、 系统、水处理配电间 A 系统。DPU55：主厂房公用厂用电 B 系统、厂区高低压配电间 B 系统、碎煤机室旁配电间 B 系统、水处理配电间 B 系统。2.3 I/O 模件的测点分配设计I/O 模件的测点分配遵循故障分散的原则：（1） 冗余 I/O 测点分配到不同卡件上。 冗余 I/O测点都是重要的控制和保护测点，如主汽压力、炉膛压力、 主蒸汽温度等有 23 个测点的模拟量信号，以及炉膛压力低二值、 炉膛压力高二值、MFT 跳闸指令信号等有多个测点的开关量信号。 将这些测点分配到不同卡件上，减小一块卡件故障所带来的危险性。（2） 互为冗余设备的 I/O 测点分配到不同卡件上。 同一设备的 2

14、台润滑油泵、冷却风机等互为冗余设备的 I/O 测点（包括状态信号和控制指令信号）分别分配到不同卡件上。（3）控制同一参数的多个执行机构的位置反馈和指令信号分配到不同卡件上。 典型的如 2 台送风机动叶的位置反馈和指令、2 台引风机动叶的位置反馈和指令、2 台一次风机动叶的位反和指令、不同给煤机的给煤量和指令等，这些控制同一参数的多个执行机构的位反和指令信号都分配在不同卡件上， 避免由于 1块卡件故障导致整个控制回路失控。（4） 涉及到同一参数的不同限值开关量信号，尤其是涉及到联锁保护的，分配到不同卡件上。 典型的如高低加水位高一值、高二值和高三值，尤其是参与联锁保护的高二值和高三值，分配到不同

15、 DI 卡件上，避免由于卡件故障造成联锁保护拒动。（5）同一设备（或子系统）的状态测点尽量分配在同一 DI 卡件上，控制指令测点分配在同一 DO 卡件上。（6）对于 FSSS，把同一油枪的不同设备的集合当作一个大设备，一个设备子系统如一台泵和它的出入口门也作为一个整体，将这些子系统（大设备）的测点相对集中放置，避免和同类的其它子系统（大设备）的状态指令测点交叉放置在一块卡件上，避免一块卡件故障影响到多个子系统（大设备）的监视操作。3 系统的电源设计（1）单元机组控制系统设计 2 个电源柜，由 2 路220V UPS 供电， 分别对控制柜的不同电源及工程师站、操作员站、打印机等供电，见图 2。公

16、用系统电源柜入口电源由电气单独提供 4 路（13 机组 2 路，14 机组 2 路）220V UPS 供电，见图 3。 220V 电源分零、火线进线。 远程 I/O 柜的电源由 DCS 电源柜统一提供。图 2 1 电源柜原理图图 3 公用系统电源柜原理图（2）各控制柜均设有 2 路电源变压装置，保证卡件的 24V 供电电压及 48V 查询电压的冗余可靠。（3）各控制柜控制器电源和查询电源全部设计有电源监视，电源监视接点从 DI 卡件接入，任一路电源故障发出报警。（4） 上位机采用 220VAC 电源切换装置进行供电，电源切换时间小于 20ms。RL2#46DPU电去源# 1柜去统公电源用柜系#

17、柜1电D源PU1 柜电源 1RL1L11UPS电 源N1L22UPS电 源N22电 源柜来双电源切换装置工程师站操作员站RL1#56DPU柜#51D电源PU1 柜电源 1SW1L1N1L1N1L1N1L1N1#2UPS电 源#13机 组#1UPS电 源#14机 组#2UPS电 源#14机 组#1UPS电 源#13机 组SW2双电源切换装置51DPU柜电源 2 柜56电D源P 2U操作员站工程师站RL24 系统的接地设计整个 DCS 控制系统在主厂房电子间安装的部分采用一点接地方式，谏壁电厂 1000MW 机组成套控制系统的机柜与安装槽钢绝缘，所有机柜分为多个组布置，各组机柜的安全地和屏蔽地连接

18、在一起，分别由一根接地线连接至接地汇流铜牌，汇流铜牌再引出一根接地线接入电气接地网。 远程 I/O 柜就近独立接入电气接地网。 操作员站和工程师站在本地就近接地。现场安装完毕后对接地系统进行严格测试，确保接地满足上述接地要求， 并且接地电阻不大于 1 。 DCS系统机柜接地如图 4 所示。图4 DCS 系统机柜接地示意图5 后备操作手段设计必要的后备操作手段是确保在 DCS 故障、厂用电源消失等严重事故情况下安全停机及恢复的重要措施（后备手操面板布置如图 5 所示）：（1）考虑到与其它紧急按钮以示区别，对停炉 MFT（双按钮）、停汽机（双按钮）、发变组紧急跳闸（双按钮）、发电机灭磁开关紧急灭磁（双按钮）、2 台小汽机停（双按钮）均采用带自保持的按钮。（2）其它的紧急按钮包括：2 台小机（交）直流润滑油泵开、真空破坏门开 2 只、主机（交）直流润滑油泵开、柴油发电机紧急启动、高旁快开、再热器安全门快开、脱硫旁路挡板快开。（3）考虑到全能值班的特点，采用紧急按钮集中布置，为杜绝误操作，根据功能进行区域划分，且各区域间有明显分隔带。6 结语整个 DCS 系统经过静态调试到 168 满负荷试运行的考验，系统精度、实时性等各项指标均达到设计要求；从机组运行情况看，系统设备可靠性高，抗干扰能力强；满足了机组安全运行的需要。参考文献1 孙奎明，时海刚