• 關鍵詞： DCS DEH
• 摘要：清水川電廠是陜西省政府為緩解榆林地區日益嚴重的供電短缺形勢而決定建設的煤電一體化項目。電廠位于府谷縣境內清水川河下游東岸，規劃建設裝機容量為1800MW。與電廠配套的馮家塔煤礦位于清水川河下游西岸，一期礦井建設能力為300萬噸/年，煤礦與電廠相距1.5公里，燃煤通過管狀輸煤皮帶直接從煤礦傳送至電廠。

清水川電廠是陜西省政府為緩解榆林地區日益嚴重的供電短缺形勢而決定建設的煤電一體化項目。電廠位于府谷縣境內清水川河下游東岸，規劃建設裝機容量為1800MW。與電廠配套的馮家塔煤礦位于清水川河下游西岸，一期礦井建設能力為300萬噸/年，煤礦與電廠相距1.5公里，燃煤通過管狀輸煤皮帶直接從煤礦傳送至電廠。一期建設2×300MW亞臨界國產空氣冷燃煤機組采用低氮燃燒、等離子點火、廢水排放和灰渣綜合利用等新型節能降耗技術及措施，鍋爐、汽輪機和發電機三大主機均為上海三大主機廠家制造。同步建設先進高效的靜電除塵器和石灰石——石膏濕法脫硫裝置。該項目是集節水、節能、環保為一體的“綠色工程”。

#1、#2機組DCS、DEH一體化控制系統自2007年5月20 日帶電調試來，分別于2008年4月11日和2008年4月29日相繼順利通過168小時滿負荷試運行，這是和利時HOLLiAS-MACS控制系統繼貴州鴨溪電廠2×300MW機組、黔西電廠2×300MW機組，江蘇淮陰電廠2×300MW機組之后在300MW機組DCS&DEH一體化控制系統上又一成功案例。

控制系統概述

該DCS、DEH一體化控制系統單元機組控制站20個，公用系統控制站2個，脫硫系統控制站7個。單元機組網絡結構見圖1。

該工程DCS控制系統網絡建立在客戶/服務器模式體系結構通用的以太網上，控制管理網絡采用兩層結構，星型連接，控制網絡雙冗余配置；各個分散的控制系統控制層采用DP總線方式，便于連接不同的控制智能設備，支持遠程IO；各個子系統的系統層采用冗余星形結構，各個子系統的星形相互獨立，互不影響。

現場控制站中央處理單元DPU采用主頻為400MHz的Intel處理器，帶16MB 固態盤和128M DRAM，并提供10M 以太網雙機數據交換端口和雙DP通訊收發器，支持支持ProfiBus-DP主站協議。

控制系統軟件使用同一個數據庫，通過聯編自動生成控制站設備程序。上層采用 “域”連接技術，定義＃1機組為＃1域，＃2機組為＃2域，公用系統為＃3域，各域共享管理和操作數據，而每個域又是一個功能完整的DCS系統。

圖1：單元機組系統網絡圖

系統主要控制功能

整套系統監控功能包括數據采集系統（DAS）、順序控制系統（SCS）、爐膛安全監控系統（FSSS）、模擬量控制系統（MCS）、協調控制系統（CCS）、數字式電液控制系統（DEH）、旁路控制系統（BPS）、汽機空冷控制系統（ACC）、電氣控制系統（ECS），以及脫硫控制等系統。

l  FSSS控制功能

FSSS控制系統主要包括鍋爐自動吹掃邏輯、油檢漏試驗程控邏輯、MFT動作及首出邏輯、冷卻風系統的保護聯鎖和油角的點火程控啟、停等等，各功能均有專用的操作、指示面板。

l  CCS控制功能

CCS負荷管理中心對設定負荷指令進行限速、限幅、閉鎖增減等處理后得出實際負荷指令。同時也可實現RB、一次調頻、風煤交叉等功能。自動發電控制（AGC）以機爐協調控制方式為基礎，可接受電網發來的負荷指令，快速響應電網負荷的需要。

l  MCS控制功能

MCS功能主要完成對調節設備的控制和多套自動調節回路，主要模擬量控制包括了：送風機控制、爐膛壓力控制、一次風機控制、給水控制、主汽溫度控制、再熱汽溫控制、磨煤機負荷控制、球磨機出口溫度控制、除氧器水位、輔助系統控制等等。

l  SCS控制功能

      SCS功能主要完成機組輔機、加熱器及各種閥門的操作、聯鎖、保護及程控等控制功能。

l  ECS控制功能

      ECS功能除了完成對斷路器的控制外，還對廠用電切換裝置、機組勵磁裝置及同期裝置等電氣設備進行操作控制。

l  ACC控制功能

ACC功能主要完成機組空冷系統的監控，ACC可根據機組負荷、環境溫度控制汽機背壓在允許范圍內，通過控制空冷凝汽器的風機轉速實現汽機背壓的控制；空冷系統排汽背壓、凝結水溫度控制也由ACC功能完成。

DEH系統

l  DEH電氣控制部分

DEH電氣部分由BTC基本控制站、ATC自啟動控制站組成，共有3個機柜。機柜中安裝有冗余主控單元及各種I/O模塊（如圖2所示），以完成各種控制功能。服務器、工程師站及操作員站與DCS系統共用，主要完成數據庫管理、控制組態及監視操作等功能。

圖2：DEH電氣部分硬件系統示意圖

l  DEH液壓控制部分

      液壓控制部分是DEH控制系統控制指令的最終執行者，主要包括：油源系統、AST&OPC系統、電液油動機。

1)      油源系統

油源系統為液壓控制部分各油動機提供動力能源，系統壓力為14MPa。它主要由油箱、冗余柱塞泵、蓄能器、循環泵及冷油系統、再生泵及再生系統等組成。

2)      AST&OPC系統

AST&OPC系統用作危急遮斷自動停機和超速保護控制。

AST的四個電磁閥組成串并聯冗余結構，分為兩個通道：通道1包括20-1/AST與20-3/AST，而通道2則包括20-2/AST與20-4/AST。每一通道在危急遮斷系統（ETS）控制柜中各自的繼電器供電，當停機信號來時，開啟所有的ATS電磁閥，以使機組停機。系統設計成兩個相同獨立通道的目的是為了使誤動作的可能性減至最少。在汽輪機運行時，每一通道可以單獨地進行在線試驗，而不會產生遮斷或在實際需要遮斷時拒動。如圖3所示，如果通道1中閥20-1/AST動作，允許AST母管油流經過，但通道2中另外兩只電磁閥（20-2/AST，20-4/AST）仍然堵塞著回油通路，不會引起AST母管油泄掉而使系統遮斷。

兩只并聯的OPC電磁閥（20-1/OPC，20-2/OPC）對DEH來的OPC控制信號起作用。一旦發生甩負荷或當機組轉速超速到額定值103％時，則DEH將給電磁閥發信號，于是從調節汽閥和再熱調節汽閥油動機至OPC母管的油快速泄放到回油管，使調節汽閥與再熱調節汽閥迅速關閉。

圖3：AST&OPC系統示意圖

3)      電液油動機

DEH主要通過控制各進汽閥門的開度，改變進汽流量，來調節機組的轉速和功率。

連續控制油動機與DEH的伺服模塊配合可使閥門定位在全開全關之間任何位置。如圖4所示，在快關油（或安全油）建立期間，油動機受伺服閥控制。在伺服模塊中閥位給定電壓與反映油動機行程的LVDT反饋電壓進行比較，經比例放大后輸出給伺服閥。伺服閥根據控制信號的大小及方向控制作油動機開啟或關閉的速度。油動機行程到達給定值時，伺服閥處于斷流位置，油動機行程維持不變。

圖4：連續控制油動機示意圖

對于中壓主汽閥門由兩位控制油動機控制，只能使閥門定位在全開（全關）位置，在安全油建立期間，油動機受電磁閥控制，電磁閥帶電時油動機全關，失電時全開。

l  DEH控制系統的特點

1)      一次調頻

電網一次調頻作用是電網頻率很重要的穩定基礎，發電機組的轉速有差調節反饋是實現電網一次調頻作用最有效的手段，機組轉速反饋同時也是機組運行安全最有力的保障。

   傳統DEH系統，在升速階段一次調頻功能不起作用。在機組并入大電網后，而由于通常電網頻率較穩定，也不能檢驗一次調頻的動態性能。有的在孤網狀態下甚至是不穩定的。

   與傳統DEH比較采用了快速一次調頻回路（如圖5），以提高一次調頻動態響應性能。一次調頻信號不加任何切換邏輯，直接作用到DEH的總閥位給定。機組在任何工況下，轉速反饋都存在，對機組及電網的安全運行提供了有力的安全防護。在升速階段即可驗證一次調頻的穩定性。

另外，在機組并網帶負荷時，若實際發電機并未并網。對于傳統DEH由于其一次調頻功能尚未投入，帶初負荷的指令會引起機組超速。由于此DEH一次調頻功能的調節作用，帶初負荷的指令只會使機組轉速升高15r/min左右。

圖5：DEH控制系統SAMA圖主回路

2)      (2) 主汽門調門切換

    DEH升速過程采用主汽門(TV)控制，當升速到2950 r／min時，切換閥門，由主汽門控制切換為高壓調門(GV)控制，最后定速3000 r／min。

常規的閥切換經常由于TV與GV的開起和關閉速率配合不好而造成的汽機轉速波動很大^[1]，為此，通過改進閥切換控制方案：閥切換開始時，開高調門系數由1逐漸變為0，并且轉速PID同時作用于TV和GV，即：

GV閥位輸出＝開高調門系數×100＋（1－開高調門系數）×閥位給定（轉速PID輸出）

TV閥位輸出＝（1－開高調門系數）×100＋開高調門系數×閥位給定（轉速PID輸出）

采用新的閥切換控制方案后，在機組的各次起動中，汽輪機轉速在DEH進行閥門切換過程中非常穩定，轉速波動不超過5 r／min，滿足了DEH 汽輪機轉速控制的要求。

3)      （3）雙冗余LVDT低選功能設計

LVDT雙通道高選位置反饋方式，若兩個LVDT同時斷線，則油動機將全開，因此不滿足伺服系統安全設計原則。因此將原LVDT斷線檢測判斷后，拉低LVDT解調后的直流電壓，改為拉高LVDT直流電壓；將原LVDT直流電壓高選電路，改為低選電路，這樣若單個LVDT斷線，該LVDT直流電壓大于閥位指令電壓，由于采用低選電路，將不影響伺服系統的正常工作。若兩個LVDT均斷線，LVDT直流電壓大于閥位指令電壓，油動機將全關。這樣修改后可同時滿足安全和冗余設計原則。

圖6 雙通道低選LVDT原理圖

4)      OPC超速限制

在傳統DEH OPC控制邏輯中，當實際轉速超過3090r/min，則OPC電磁閥動作關調門。若發生遠方線路開關跳閘甩負荷時，分裂出來的孤立電網。在一次調頻的作用下，對應的穩態轉速若高于103％，系統會出現連續振蕩，而導致系統崩潰。

此DEH只在油開關斷開期間保留了103％超速限制功能，因此不會出現上述振蕩。同時增加了判斷加速度大輸出OPC功能，使機組在各種甩負荷工況下具有良好的動態特性，經過一次振蕩即能達到穩態。圖7所示為甩100％負荷時的轉速曲線圖。

圖7 甩100％負荷曲線圖

小結

1)      HOLLiAS-MACS控制系統采用了“域”的概念把整個大型控制系統用高速實時冗余網絡分成若干相對獨立的分系統，一個分系統構成一個域，各域共享管理和操作數據，而每個域又是一個功能完整的DCS系統，整套系統調試、管理和維護十分方便。

2)      控制站采用標準的PROFIBUS-DP現場總線，將高性能的冗余主控單元回路的控制模塊和其他智能設備連接起來共同構成系統，真正做到了集成化、開放化和智能化。

3)      DCS和DEH采用一體化系統，DEH功能既能相對獨立，又與DCS系統統一管理維護，減少了系統培訓投入和備品備件的種類及數量。

4)      處于整個電廠核心控制部分的DEH系統，吸收和改進了針對汽機和電網的優化控制方案和策略，大大提高了系統的控制性能和可靠性。