XDPS－400分散控制系統在納雍電廠＃3機組的應用

分類：技術教程日期：2010-01-22 00:00:00

一、概述
納雍電廠系新建電廠，一期建設規模為4×300MW燃煤發電機組，規劃容量為4×300MW。#1、#2主機由哈爾濱三大動力廠提供，#3、#4主機由上海三大動力廠提供。＃1、#2機組DCS系統采用FOXBORO公司的產品；＃3、#4機組DCS系統采用新華控制工程有限公司的 XDPS－ 400 分散控制系統。本文著重講述＃3機組XDPS－400系統的應用情況。
＃3機組機、爐、電主設備的配置如下：
鍋爐型號為SG1025／17.44－M859；系亞臨界、自然循環汽包爐，單爐膛、一次中間再熱、半露天布置、全鋼構架，四角切圓燃燒、平衡通風、固態排渣燃煤鍋爐；爐四角煤燃燒器分6層，油燃燒器分3層；鍋爐點火采用高能點火器點燃輕柴油，再點燃煤粉的二級點火方式。過熱汽采用二級噴水減溫方式，再熱汽采用尾部煙氣擋板調溫并輔以事故噴水。
汽輪機型號為 N300－16.7/537/537；系亞臨界、中間再熱、高中壓合缸、單軸、雙缸、雙排汽、凝汽式、全電調型；高壓缸啟動。
發電機型號為QFSN－300－2型；勵磁方式采用自并勵靜止勵磁方式。
DCS按照功能分散的原則設計。DCS的功能包括數據采集（DAS）、模擬量控制（MCS）、順序控制（SCS）、鍋爐爐膛安全監控（FSSS）、旁路控制系統（BPS）、電氣控制系統 ( ECS) DCS設置公用網絡，循環水泵房（遠程IO）、空壓機站（PLC控制）和廠用電公用部分等輔助公用系統納入公用網絡監控，可由單元機組DCS操作員站進行監控。
另外，采用XDPS系統一體化的汽機電液調節系統DEH - ⅢA 系統和小汽機電液調節系統 (MEH)。
二、各系統的IO點數
I/ O 總點數3、4號單元機組 I/ O 總點數達到 4703 點 ,2 臺機組公用部分為 530 點。通訊總點數為1605點。
具體點數分布如表 1 、表 2和表3 。

三、XDPS - 400在納雍3號機組中的網絡結構及系統硬件配置
XDPS - 400系統的一體化結構中，DEH、MEH 與ECS、FSSS、SCS、MCS、DAS 等子系統都只是整個 DCS 系統的一個個子站，網絡結構見圖 1。A網和 B 網是互為冗用的實時數據網，C 網是上位機管理網，實現 MMI 站之間的文件和設備資源的傳遞與共享。
XDPS-400系統共包括34個機柜，23對冗余DPU、5個操作員站、2個工程師站、1個SIS接口站、1個歷史數據站和 1 套大屏幕系統。其中 DAS2、DAS4、MCS2、MCS4、FSSS2、FSSS4、SCS2、SCS5、ECS2、C0M2 、RM1(遠程控制柜)機柜為控制柜，DAS1、DAS3、DAS5、MCS1、MCS3、MCS5、FSSS1、FSSS3、FSSS5、SCS1、SCS3、SCS4、SCS6、ECS1、ECS3、C0M1、C0M3、 RM2(遠程端子柜)機柜為端子柜，DCS1_HB機柜為交換機柜，DCS2_PR機柜為電源柜，DCS3_MC機柜為熱工繼電器混裝柜，DCS4_RC機柜為電氣繼電器擴展柜，COM4_RC機柜為公用系統繼電器擴展柜。
DPU1/21、DPU2/22是DAS系統；
DPU3/23、DPU4/24、DPU5/25是MCS系統；
DPU6/26、DPU7/27、DPU8/28、DPU9/29是SCS系統；
DPU16/36、DPU17/37、DPU18/38是FSSS系統；
DPU19/39、DPU20/40是ECS系統。
DPU11/31、DPU12/32是DEH系統。
DPU14/34、DPU15/35是MEH系統。
DPU64/84、DPU65/85、DPU66/86是公用系統；其中DPU64/84是循環水泵房遠程控制系統，DPU65/85是熱工公用系統，DPU66/86是電氣公用系統。
DPU61/DPU81、DPU63/83與其他系統通訊用的DPU。DPU61/81是與華東電站的IDAS系統通訊， DPU63/83是與南京東大公司的廠用電監控系統通訊。
各子系統的IO卡件的分布表如表4所示:

四、XDPS 系統的軟件及其監控功能
操作系統采用WINDOWS NT4.0，DCS、DEH均采用XDPS2.05SP+軟件，軟件體系分為人機接口、DPU站的過程控制軟件和GTW軟件三大部分,通過系統網絡與I/O網絡的通訊軟件融為一體，完成生產過程的實時控制、監視和操作。
由于XDPS系統的組態采用圖形方式，符合IEC-1131-3標準，具有極強的在線組態、系統仿真和調試能力。同時編輯、生成系統軟件采用全中文，十分符合國人的習慣，技術工作人員依據此強大的功能，較容易出色地完成技術協議書上地各項技術控制要求。
XDPS - 400 DPU組態軟件有許多獨特且較常用的功能塊，略作介紹供參考。
(1) 查表式模糊控制器 FTAB 。此功能塊主要用于一些對象輸入－輸出關系不確定的系統；也可適用與大延遲、大慣性對象特性的系統。如制粉系統或汽溫系統的自動控制，它有 5 個輸入 3 個輸出。5 個輸入中 E 和 EC 分別是測量值與給定值的偏差和偏差的變化率 ,其他 3 個信號實現跟蹤切換和比例調節作用，在自動調節系統中，利用此功能塊，根據輸入偏差和偏差變化率的大小查根據經驗輸入的模糊控制表，可方便地實現智能化控制。

(2) 慢信號保護模塊 SAIPRO。在DCS 改造前的常規儀表控制時，由于輔機軸承溫度信號異常而引起保護誤動，引發事故較多。利用 XDPS -400系統實現 DCS 控制后，可利用此慢信號保護模塊，檢測輸入信號的變化度，不但可以實現斷信號保護，而且可以剔除熱電阻由于接觸不良而引起限值升高時的壞信號，極大地減少了輔機軸承溫度高保護誤動的可能性。
(3) 數字手操器 DEVICE。該模塊是XDPS -400系統SCS邏輯組態軟件中最常用的塊。DEVICE 塊可以接受上一級順控指令或由操作人員 CRT上的操作指令完成不同類型設備基本的控制和聯鎖保護邏輯，包括：6 kV/ 400 V 單向電動機，雙向電動機，單線圈電磁閥，雙線圈電磁閥等。不同類型的設備因聯鎖保護條件不同而組態略有不同，但只要理解了 DEVICE 塊各輸入輸出口的作用就理解各種不同類型設備的組態。
(4) 開關首出序號指示模塊 FIRST, 該功能塊從 16 個輸入中計算出第一個從 0 變為 1 的開關量的序號，大大簡化了動作條件復雜時的首出記憶組態，同時很直觀地將首出信息反映在CRT畫面上，在系統自動切手動原因、主輔機設備保護動作、跳閘首出原因及聯鎖保護條件滿足與否組態邏輯中應用。
(5) 預估控制模塊Smith是克服被控對象大慣性、大滯后特性的有效方法。但其特點是抗干擾能力差，模型失配適應能力差，是制約該模塊應用的主要因素。一般和其他模塊如PID、模糊控制塊結合起來一起使用。XDPS系統將Smith等效成PID控制的形式，便于在實踐中使用；在本工程項目中，主汽溫度控制使用PID和Smith串級控制取得比常規PID串級調節更好的控制效果。
因為 XDPS - 400 系統DPU 組態軟件有許多集成較好的預定義功能塊，所以 XDPS - 400系統DPU 組態文件看起來簡單明了，外部設備雖不同，但其組態文件卻有很大程度的通用性，一般熱工人員只要看懂了一種設備的組態方法，就能舉一反三理解其他設備的組態原理。
XDPS－400型 DCS 系統組態靈活方便，均可在線進行的優點給熱控系統調試及維護工作帶來了極大方便。
五、與其他系統的通訊接口
XDPS系統具有良好的通訊接口能力。與其他的系統的接口方便、可靠；同時又能保證信號的實時性。在納雍＃3機組中與其他系統的接口主要有：與華東電站的IDAS系統、東大公司的廠用電監控系統、和ABB公司的SIS系統通訊。與IDAS、廠用電監控系統的通訊采用雙網絡、冗余硬件配置結構，采用485物理接口、Mobus通訊協議；與SIS系統通訊采用以太網TCP/IP的UDP數據包方式進行接口通訊。
由于與廠用電監控系統的通訊量很大，通訊內容有:
●6KV部分每臺保護裝置（WDZ-410、WDZ-430、WDZ-440等）上送信息如下：
模擬量：電流1個，有功功率1個，每段公共母線送電壓量3個；
開關量：①保護動作\告警總信號 ②控制回路斷線信號 ③遠方\就地信號 ④工作位信號 ⑤試驗位信號 ⑥裝置異常信號 ⑦通訊狀態信號 ⑧彈簧未儲能信號
●380V部分每臺測控裝置（WDZ-486）上送信息如下
模擬量：電流2個，有功功率2個，每段送電壓量3個；
開關量：有控制部分送 ①工作位置信號 ②合閘位置信號 ③遠方\就地信號④裝置異常信號 ⑤通訊狀態信號 ⑥控制回路短線信號。○7無控制部分僅送合閘位置信號
●其它智能設備（發變組、快切、直流屏等）參照#1#2機形式作相應簡化修改。
上述部分通訊點（ECS系統中沒有設計用硬接線方式）直接參與ECS系統的邏輯控制；由于在納雍電廠＃1、2機組這部分通訊存在通訊不暢、接口通訊困難等原因，在納雍＃3機組電廠曾一度擔心這方面的通訊的問題，新華和東大公司在出廠前就在新華公司討論技術要求和實施方案，并進行系統聯調，在現場通訊結果取得一次成功，應用上達到理想的無縫連接效果。
具體實施方案如下：
單元機組DCS各提供一對DPU分別與通訊服務器以太網RJ45口相連，每個通訊服務器提供四個串口分別與東大廠用電系統6KV、380V、公用系統、智能設備4個485接口通訊。通訊服務器代替原技術協議方案中的四串口卡，系統結構稍做改變，比較起來，這種方案更加合理，系統維護方便、靈活。
六、系統的調試及投運
納雍電廠＃3機組從2003年11月份系統上電以來，就已進入系統的調試。在貴州電力試驗研究院、納雍發電總廠、貴州電建一公司和新華控制工程有限公司的共同努力下，保質保量地完成＃3機組的調試工作并順利移交生產。在系統分步試運轉調試階段，完成DAS、 FSSS、SCS、ECS系統的功能調試；同時，利用一切可能的機會，進行MCS系統的模擬仿真試驗和動態對象的擾動測試試驗工作；終于在168開始進行時，就達到熱工保護投入率、自動投入率100％；4月16日在機爐協調方式下，將負荷從220MW以4MW/Min的速率直接帶到滿負荷；之后在CCS協調控制方式下穩定、高品質地完成以下168小時的考核工作；創下貴州省新建300MW機組168小時考核階段最好的運行記錄。
協調控制系統是將汽機、鍋爐作為整體考慮,連續控制、聯鎖保護、邏輯控制、報警顯示、監控管理、數據通訊等方面的設計上均考慮到這一點。在能量平衡控制策略基礎上，通過前饋/反饋、連續/斷續、非線性、方向控制等控制機理的有機結合，來協調控制機組功率與機前壓力，協調處理負荷要求與實際能力的平衡。在保證機組具備快速負荷響應能力的同時，維持機組主要運行參數的穩定。當機組出現輔機故障時, 還設計有 RB /RU /RD 等故障處理邏輯。各子控制系統均具有自動/手動自動切換和參數越限報警功能。因此, 提高了機組運行的安全可靠性。
投入協調控制系統, 增加了機組主要運行參數的穩定性, 能夠實現鍋爐優化燃燒, 并可使機組選擇更為合理的運行方式, 明顯提高了機組運行的經濟性, 168運行后的熱效率試驗結果表明, 協調控制系統可綜合降低煤耗 2g/(kW h)，僅此一項，每年可創造可觀的經濟效益；另外，還可減少運行誤操引起鍋爐熄火或汽機跳閘帶來的間接損失。協調控制的投入, 機組的自動投入率達到100％, 機組的自動化水平之高, 降低運行勞動工作強度，為電廠減員增效、實現全能值班創造了條件。協調控制系統提高了機組的負荷控制精度, 增強了機組的頂尖峰、壓低谷、壓直線運行的能力, 并可接受調度的 ADS 指令, 為最終實現電網的 AGC控制打下基礎, 為電廠的競價上網創造了條件。
系統調試運行期間出現的問題及解決的辦法：
●按照系統接地要求，DCS系統單點接地。由于DCS機柜在安裝開始，沒有注意機柜的接地問題，等機柜準備上電驗收系統接地情況時發現部分機柜直接接地，電建公司又重新排查每排機柜接地故障，直至所有的機柜浮空，再將機柜的數字、模擬地匯總最終接到總的接地點。
●從機組上電調試一直到現在，XDPS系統硬件故障率較低。無一卡件上電受損，現場有三塊Pt100端子板DC-DC穩壓模塊電壓偏高，引起溫度信號精度偏差過大，及時給予跟換；另外，一塊DI卡件在上電初時芯片程序丟失重新燒制程序。
●MCS系統兩對DPU放在一個控制機柜，由于一個DPU中一個IO站點配置重復，導致相應的AO端子信號跳動，重新設置軟件配置，恢復正常。
●在168期間和移交生產后，多塊AI卡件出現信號抖動現象，主要是這批AI卡生產比較早，一塊芯片是分立插拔時，由于長途運輸、震動等引起芯片管腳接觸不良引起，按照電廠的提出的方案，換成新華公司全部是焊接工藝的AI卡件，消除了AI信號抖動的現象。