和利時MACS系統在黔北火電廠新建工程中的應用

1、引言和利時公司作為國內在 DCS 控制領域的領軍企業(yè)，在 300MW 以上的單元火電機組控制領域實現突破，先后承接了黔北、鴨溪、黔西、鶴壁電廠等多個300MW 機組以及陜西國華錦界 4X600MW 煤電工程DCS 控制系統項目， 為電力企業(yè)實現規(guī)模經濟效益、 降低運營成本、 提高火電工程技術的自動化水平作出 貢獻。貴州黔北電廠 300MW 新建機組是西部大開發(fā) 西電東輸的重要項目之一。和利時派出了具有豐富現場實施經驗的工程團隊和專家組，用專業(yè)化的解決方案，先進、可靠、經濟的系統和產品，放心、滿 意的服務，保證了兩臺機組順利投運，并實現了國內 300MW 機組試運期最短記錄。項目概述黔北電廠（4

2、 >300MW）新建工程#3、#4機組汽輪機、鍋爐、發(fā)電機分別由東方汽輪機廠、東方鍋爐廠、東方電機廠制造，熱控系統采用和利時公司 HOLLiAS MACS 大型集散控制系統。黔北電廠 #3、 #4機組鍋爐是由東方鍋爐（集團）股份有限公司根據美國 Forter Wheeler 型 300MW機組“W火焰鍋爐生產，型號：DG1025/18.2-HI5。鍋爐型式：亞臨界、中間一次再熱自然循環(huán)、雙拱型單爐膛，倒“ I型布置，燃燒器布置于拱上、煙氣擋板調溫、“W型火焰固態(tài)排渣。汽輪機：東方汽輪機廠型號： N300-16.7/537/537 型式：亞臨界、單軸、雙缸雙排汽、再熱凝汽式汽輪機，抽汽級數

3、： 8 級（ 3 高加+1 除氧器 +4 低加）。項目規(guī)模系統配置黔北電廠（4X300MW ） #3、#4機工程DCS系統采用和利時公司的第四代DCS系統HOLLiAS MACS系統。工程共分為 3 個域，其中 #3 機組為 1#域， #4 機組為 2#域， #3、 #4 機公用系統和循環(huán)水泵房遠程 I/O 為0#域。工程操作界面考慮 #3、 #4分開， #3機操作 1#域， #4機操作 2#域，公用系統 0#域可以在#3級 操作也可以在 #4 機操作。黔北#3、#4機組及公用DCS系統共提供現場控制機柜 28臺，端子柜28臺，服務器柜6個，配電 柜2個，繼電器柜3個，接地柜1個，操作臺10個

4、，打印臺4個。HMI設備：操作員站10臺；歷史站2 臺；系統服務器6臺；工程師站2臺；72”大屏幕站2套；通信站8臺；SIS網關機2臺；24 口網絡交換 機16臺；GPS設備1套?？刂埔?guī)模每個單元機組配置13對冗余控制器，采用 Profibus-DP總線掛接525個I/O模塊及中斷設備。接受DCS系統控制的設備數量為：電動機88臺，各類閥門、加熱器等設備441 個,調節(jié)設備165個，斷路器、快切裝置等電氣設備 67個，并可通過通信控制 88個吹灰器和7個電動門。公用系統配置2對冗余控制器帶46個I/O模塊，分別用于監(jiān)控兩臺機組的電氣公用部分和機、爐公用部分；DCS總計控制設備為1754臺。其中

5、3#機組及公用系統的物理點數和配置點數如下表:類型配置點數實際點數冗余率420mA（對外供電型）46437519.18%AI420mA/010mA47242210.59%Pt100/Cu5032827815.24%熱偶23218221.55%AO420mA24820915.73%PITTL16943.75%DI干接點3008267211.17%220VAC1612140113.09%SOE24018213.09%合計6620573024.17%整個工程（#3、#4、公用系統）實際的物理點數為：11016點，總配置點數為12664點。第三方設備的雙向冗余通信、遠程采集點及單向通信點數總計為：13

6、00點?？刂平M態(tài)產生的變量約 8500點，顯示、報警、趨勢標簽總計：27000點。分站原則測點按功能分站如下表:站號實現功能說明10FSSS公用邏輯、A油組、A煤組11FSSSB/C/D油組12FSSSB/C/D煤組13MCS協調、燃燒14MCS送、引風，給水，過熱器減溫15MCS+DAS再熱器減溫，汽機單回路，鍋爐部分DAS16MCS+TBC二次風門，旁路，小汽機單回路 SCS17SCS/B鍋爐SCS18SCS/B鍋爐SCS19SCS/T汽機SCS20SCS/T汽機SCS21DAS汽機DAS22SCS/GA電氣 SCS，SOE23SCS/GA公用系統電氣SCS、DAS24SCS循環(huán)泵房SCS

7、其中綜合考慮測點分配均勻，各控制站負荷率< 10%各站點測點設備分配原則*危險分散：同一設備冗余的測點分配到不同的模塊；冗余設備的測點分配給不同的控制站或不同的模件組上；*接線方便：同一設備的非冗余的相關測點盡量安排在一起；*備用：基本保證各模塊保持 > 10%的備用率；*系統間的重要信號，如：MFT、連鎖保護等，采用硬接線不同站、模件多路輸岀；* DCS系統與其他系統（如：DEH ）的模擬信號采用有源型隔離器進行隔離。系統設計采用Client/Server體系結構，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?？刂?網絡和管理網絡的分離有利于將交換機設備故障風險分散，同

8、時大大減少了數據處理量和網絡上的擁塞。遠程控制站（循環(huán)水泵房）采用 100M以太光纖連入系統，網絡實際結構如圖:采用HOLLiAS MACS系統作為監(jiān)控軟件平臺，其中： ConMaker部分完成算法的組態(tài)與下裝，而PlantView完成人機監(jiān)控和與控制器的通信。每個ConMaker工程用于單個I/O控制站的控制方案，共有28個ConMaker工程對應28個I/O控制站。PlantView工程用于建立通信連接及人機交互界面，按照功能的不同，系統包括12個子工程，分別是：* QBDB1 : #3機組數據庫工程，用于#3機組監(jiān)控數據接入；* QBDB2 :公用系統數據庫工程，用于公用系統監(jiān)控數據接入

9、；* QBDB4 : #4機組數據庫工程，用于#4機組監(jiān)控數據接入；* QBDB3 :趨勢、報警服務器工程，用于整個DCS系統的趨勢記錄、報警檢測、時間服務等；* QBDC4 : #4機組操作員站圖形工程，用于操作員對 #4機組及公用系統進行監(jiān)控；* QBDC : #3機組操作員站圖形工程，用于操作員對#3機組及公用系統進行監(jiān)控；* COMM1 : #3機組#1通信站工程，用于吹灰、爐管泄漏、CEMS、空調系統通訊接入；* COMM2 : #3機組#2通信站工程，用于 DEH、廠用電、發(fā)變組系統通訊接入；* COMM3 : #3機組#3通信站工程，用于IDAS、發(fā)電機勵磁系統通訊接入；* CO

10、MM41 : #4機組#1通信站工程，用于吹灰、爐管泄漏、CEMS、空調系統通訊接入；* COMM42 : #4機組#2通信站工程，用于 DEH、廠用電、發(fā)變組系統通訊接入;* COMM43 : #4機組#3通信站工程，用于IDAS、發(fā)電機勵磁系統通訊接入服務配置本工程的PlantView完成五種服務、一種客戶請求，即：* I/O服務：負責收集數據并根據請求發(fā)送；*趨勢服務：負責歷史數據的采集與存儲；*報警服務：負責處理數據異常報告；*報表服務：負責完成數據的紀錄與報告生成；*時間服務：負責系統的校對，保持數據的同一性。客戶請求：人機界面接口，負責數據、報警、趨勢等顯示，提供給操作人員直觀的操

11、作界面。這五種服務通過計算機設置功能分散配置，參照網絡結構圖，設置服務功能為：I/O服務報警服務趨勢服務時間服務圖形服務主從主從主從SERVER1V 1SERVER2V 1SERVER3V1SERVER4V 1SERVER5V 1V 1VVSERVER6VVVSERVER7V |SERVER8V各操作站VDCS系統對時設計#3、#4機組統一對時，其中：控制器、服務器和客戶端采用網絡對時，每60分鐘以廣播方式發(fā)布時鐘服務器基準時間，時鐘服務器時間由 GPS校準；SOE模件(FM161E_SOE_A01 )第16路接受FM197集線器每間隔60秒發(fā)一次的脈沖對時信號，保證秒和毫秒精度。校時流程*

12、GPS天線收到時間信號;*從串口上發(fā)到FM197校時集線器中;FM197 校時集線器發(fā)到系統時間服務器中； 時間服務器定時或在本機時間改變時在網內廣播校時包； 設置同時間服務器同步的客戶機收到校時包后改變本機系統時間； 客戶機開始運行系統時向時間服務器請求校時。校時特點 控制系統校時收發(fā)以網絡傳遞為主；* SOE關鍵快速時鐘校對以硬接線發(fā)秒脈沖為主，保證站間SOE時鐘誤差 1ms,; 采用校時集線器接受 GPS 時鐘信號，給 DCS 時鐘服務器、 SIS 系統及其他設備同時進行校時；* 網絡校時時鐘服務器唯一設置。實現的控制功能和利時 HOLLiAS MACS 系統實現數據采集處理（ DAS

13、）、事件順序記錄（ SOE ）、歷史數據存儲和 檢索（HSR ）、輔機順序控制（SCS ）、模擬量控制（MCS ）、電氣控制（ECS ）、鍋爐爐膛安全監(jiān)控（FSSS） 及機爐協調控制（ CCS） 、自動發(fā)電控制（ AGC ）等控制功能。該系統以其良好的開放性、 擴展性順利實現了與其他 7 個系統的通訊任務， 分別為 DEH/MEN 監(jiān)控系統、 爐管泄漏報警裝置、鍋爐吹灰控制系統、發(fā)電機勵磁裝置、廠用電監(jiān)控系統、溫度數據采集前端（IDAS）及廠級監(jiān)控系統（SIS）等。并與大屏幕 EOS主機配合，實現了兩個大屏幕獨立于操作員之外即可雙屏分 別顯示又可合為一屏顯示的功能。SCS 功能主要完成機組輔機

14、、加熱器及各種閥門的操作、聯鎖、保護及程控等控制功能。FSSS 功能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、 OFT 動作及首 出邏輯、冷卻風系統的保護聯鎖 24 個油角的點火程控啟、停等等，各功能均有專用的操作、指示面板。ECS 功能除了完成對 60 個斷路器的控制外，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。MCS功能主要完成對165個調節(jié)設備的控制和 50多套自動調節(jié)回路。其中主汽溫度采用 3級PID 控制，為使閥門開度與流量線性化特增加了一級流量控制PID ;送風風量設定單獨采用了一個 PID，通過參數設置實現風煤交叉功能；給

15、水設計為全程控制，低負荷(v 14%ECR )時用給水旁路閥調節(jié)汽包水位同時給水泵調節(jié)給水壓力，負荷1420%ECR時采用給水泵進行單沖量控制，高負荷(>20%ECR )時采用給水泵進行三沖量控制。對于自動調節(jié)功能系統不僅給運行人員提供了清晰明了的操作界面，也為熱工維護人員繪制了類似 SAMA圖式的調試界面，見下圖(給水全程控制調試畫面)：后記在項目相關各方單位的共同努力下，黔北電廠4X300MW工程#3機組的分部試運和整套啟動工作緊張有序，機組整個試運過程僅用時不到4個月。自于2004年2月13日進入整套啟動試運行，2月23日16 : 00達到滿負荷試運條件并進入168小時試運行，至3

16、月1日16 : 00圓滿完成168小時試運，歷時僅17天。在168小時試運行期間，機組連續(xù)帶滿負荷運行時間為136小時，機組連續(xù)平均負荷為 300.3MW，平均負荷率為100.1%，平均廠用電率5.28%，熱控自動投入率 95%，熱工保護投入率100%，熱控、電 氣儀表投入率為100%，電氣自動投入率100%，汽機各軸振、瓦振均達到優(yōu)良標準，汽機真空嚴密性試 驗優(yōu)良(48Pa/min )，發(fā)電機漏氫量 7.08Nm3/d，補水率10.6%，汽水品質各項指標合格。#4機組于2004年9月19日進入整套啟動試運行，9月22日14 : 00點達到滿負荷試運條件，9月 29日14 : 00點圓滿完成168小時滿負荷試運，歷時 10天。在168小時