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大型火電機(jī)組DCS控制器配置及安全性研究

文檔作者：倪宏偉文檔來源：湖南省電力公司試驗(yàn)研究院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年06月05日
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第30卷第5期
湖南電力
HUNAN EI正CTRIC POWER 2010年l0月
doi：10．3969／j．issn．1008-0198．2010．05．007
大型火電機(jī)組DCS控制器配置及安全性研究
倪宏偉
(湖南省電力公司試驗(yàn)研究院，湖南長(zhǎng)沙410007)
摘要：針對(duì)超超臨界機(jī)組DCS系統(tǒng)控制器的配置實(shí)例，指出DCS控制器配置存在的
問題、對(duì)機(jī)組的安全性影響，并提出切實(shí)可行的配置原則和解決方案。
關(guān)鍵詞：超超臨界機(jī)組；DCS；控制器；火電機(jī)組
中圖分類號(hào)：TM621．3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1008-0198(2010)05-0021-03
Research on distribution and security of DCS controller
for ultra·supercritical unit
NI Hong-wei
(Hunan Electric Power Test＆Research Institute，Changsha 410007，China)
Abstrart：Based on the example of DCS controller distribution for ultra—supercritical units，the fault of DCS Controller is
indicated and the influencing factor of units security is analyzed．The practical distribution principles and solutions of DCS
Controller are put forward．
Key words：ultra—supereritical；distributed control system(DCS)；controller
隨著火電機(jī)組向高參數(shù)、大容量方向發(fā)展，
DCS系統(tǒng)的安全性和可靠性對(duì)機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行
愈來愈重要。DCS的選型和初步設(shè)計(jì)是保證系統(tǒng)可
靠性的第一步，也是關(guān)鍵的一步。
由于各廠家的DCS結(jié)構(gòu)不同，分散控制單元
的處理能力也有所區(qū)別，即使對(duì)于同一臺(tái)機(jī)組，采
用不同的DCS系統(tǒng)，其控制器等的配置數(shù)量也會(huì)
有所差異?。合理地確定控制器的數(shù)量和對(duì)控制
器功能進(jìn)行優(yōu)化配置，將切實(shí)解決當(dāng)前大型火電機(jī)
組DCS控制器配置的片面性和局限性，對(duì)提高機(jī)
組的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要的意義。目前，
1 000 MW機(jī)組中有70％ ～80％ 的機(jī)組DCS采用
EMERSON公司的OVATION 系統(tǒng)。文中以某廠
1 000 MW超超I臨界機(jī)組為對(duì)象，對(duì)其DCS系統(tǒng)控
制器配置情況進(jìn)行分析，指出目前配置中存在的問
題，在此基礎(chǔ)上提出切實(shí)可行的配置方案。
收稿日期：2010-07-01
1 控制器配置實(shí)例
某廠1 000 MW機(jī)組DCS采用EMERSON公司
的OVATION系統(tǒng)，DCS由過程站、數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)
和人一機(jī)接口組成。整套系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
(DAS)、模擬量控制系統(tǒng)(MCS)、順序控制系統(tǒng)
(scs)、鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)(FSSS)、電氣控
制系統(tǒng)(ECS)、機(jī)組自啟停系統(tǒng)(APS)等各項(xiàng)
控制功能。單元機(jī)組配置28對(duì)冗余的控制器，控
制器分配采用工藝系統(tǒng)和功能相結(jié)合的原則，將
DAS系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)混合分配在各系統(tǒng)中，不設(shè)計(jì)獨(dú)立
DAS系統(tǒng)。此外，公用系統(tǒng)還配置了3對(duì)冗余控
制器。DEH和MEH系統(tǒng)為上汽配套提供，采用西
門子SPPA—T3000分散控制系統(tǒng)，其中DEH配置
3對(duì)冗余控制器，MEH配置2對(duì)冗余控制器。表1
列出了單元機(jī)組的控制器分配的詳細(xì)情況(不包
括DEH和MEH系統(tǒng))。
· 2l·
第30卷第5期 湖南電力 2010年10月
2 控制器分配的主要問題及對(duì)機(jī)組安
全的影響
2．1 按功能劃分或按工藝劃分
在進(jìn)行DCS控制器分配時(shí)，傳統(tǒng)的劃分原則
是按照控制系統(tǒng)的功能來劃分，如DAS，F(xiàn)SSS，
汽機(jī)SCS，鍋爐SCS，MCS，ECS等。在這種劃分
原則下，DAS系統(tǒng)專門劃分了控制器，測(cè)點(diǎn)相當(dāng)
表1 DCS控制器配置方案
控制器號(hào) 控制器分配 鬃曩點(diǎn)I／數(shù)O{；黲
Drop01 協(xié)調(diào)控制、高低旁控制 MCS 270 13
Drop02 給水控制、鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng) MCS 357 25
Drop03 過熱汽溫控制 MCS 388 24
Drop04曩蓊： 藉 j囊 風(fēng)控制、一次風(fēng)Mcs sz 13
Drop05 二次風(fēng)門控制 MCS 385 7
Drop06 鍋爐疏水、減溫水、鍋爐排渣系統(tǒng) BSCS 529 47
Drop07 A側(cè)風(fēng)煙系統(tǒng) BSCS 352 31
Drop08 B側(cè)風(fēng)煙系統(tǒng) BSCS 357 29
Drop09 FSSS公用系統(tǒng)，主保護(hù) FSSS 204 9
Dropl0 脫硝控制、鍋爐壁溫 BSCS 1 199 14
Dropl 1制粉系統(tǒng)A、AB油層 FSSS 422 33
Drop12 制粉系統(tǒng)B、等離子點(diǎn)火 FSSS 329 22
Dropl3 制粉系統(tǒng)C、CD油層 FSSS 422 33
Dropl4 制粉系統(tǒng)D FSSS 239 17
Dropl5 制粉系統(tǒng)E、EF油層 FSSS 422 33
Dmpl6 制粉系統(tǒng)F FSSS 242 17
Dropl7 吹灰程控 BSCS 607 44
Dropl 8 吹灰程控 BSCS 658 42
Dmpl9裊 桑 錳 i號(hào)段抽汽 盛’ss 22
Drop20 鼢 ? z 22
除氧器系統(tǒng)、低加給水、低加水位控 r
Drop21 、 環(huán)水泵c、4～6號(hào)段抽汽及 ’ 389 28
域L，凡
Dro 22 纂 系統(tǒng)A、真空泵 是’405 31
Drop23鬟 秉蘩曩 ’467 32
Drop24 ；； 梟 瞻至綦 冷水系Tscs甜z ，
Drop25裹 沓螽箬、潤(rùn)滑油系統(tǒng)、頂軸油TSCS 342 25
Drop26 發(fā)變組、高廠變、同期、勵(lì)磁 ECS 278 5
D~op27 廠用變、保安段 ECS 196 13
Drop28 APS APS 0 19
Drop31 公用電氣A COM 125 9
Drop32 公用電氣B COM 86 7
Drop33 空壓機(jī)及燃油泵房 COM 551 36
· 22 ·
集中 】。所有的回路調(diào)節(jié)也都集中在MCS控制器
中，而與相應(yīng)的工藝系統(tǒng)需要通過硬接線或網(wǎng)絡(luò)通
訊來實(shí)現(xiàn)連鎖保護(hù)功能，增加了可能存在的故障
點(diǎn)。自動(dòng)回路的集中也導(dǎo)致了MCS系統(tǒng)的控制器
負(fù)荷率偏高，在某些繁忙的工況(機(jī)組啟／?；蚴?
故狀態(tài))下，可能會(huì)導(dǎo)致控制器異常等現(xiàn)象。
隨著DCS的發(fā)展和電廠工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的積累，
越來越多的機(jī)組在DCS設(shè)計(jì)時(shí)開始按照工藝特點(diǎn)
來劃分控制器。如表1中所列機(jī)組的配置，汽機(jī)側(cè)
的MCS多為單回路控制，可以按照工藝和相應(yīng)的
設(shè)備驅(qū)動(dòng)級(jí)放在同一個(gè)控制器中。DAS系統(tǒng)也不
在單獨(dú)設(shè)置，而是混合分配在各系統(tǒng)中。
2．2 DCS控制器的數(shù)量
不同廠家的DCS系統(tǒng)其控制器處理能力不同，
大致可分為大控制器和小控制器兩類。即使對(duì)于同
一臺(tái)機(jī)組，采用不同的DCS系統(tǒng)，其控制器等的
配置數(shù)量也會(huì)有差異。部分DCS供貨商采取壓縮
系統(tǒng)配置數(shù)量的辦法來取得價(jià)格的競(jìng)爭(zhēng)力，為以后
的安全運(yùn)行留下了隱患。
2．3 DCS控制器的負(fù)荷率
對(duì)采用小控制器的系統(tǒng)，如ABB的Symphony
系統(tǒng)，負(fù)荷率應(yīng)嚴(yán)格滿足DCS的技術(shù)規(guī)范要求
(如控制器負(fù)荷率<60％)。而采用大控制器的系
統(tǒng)，如EMERSON的OVATION系統(tǒng)，負(fù)荷率表現(xiàn)
為控制器內(nèi)存的占用率，與所帶的I／O點(diǎn)數(shù)和中間
點(diǎn)數(shù)有關(guān)系。同時(shí)控制器處理周期的不合理設(shè)置也
會(huì)導(dǎo)致控制器負(fù)荷率偏高。有試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，控制
器處理周期提高1倍，負(fù)荷率至少提高15％ 一
20％ 。
2．4 控制功能的不合理配置
由于DCS功能分配的不合理，致使機(jī)組主要
系統(tǒng)的監(jiān)視、控制和保護(hù)功能全部集中在1對(duì)控制
器中。如果該對(duì)控制器同時(shí)故障，將會(huì)導(dǎo)致機(jī)組非
停甚至主設(shè)備損壞。
3 控制器優(yōu)化配置原則
3．1 以工藝結(jié)合功能的方式配置
控制器的分配采用工藝結(jié)合功能的方式，以工
藝系統(tǒng)為基礎(chǔ)，按照FSSS，SCS，MCS，ECS等功
能進(jìn)行合理分配。汽機(jī)側(cè)的單回路調(diào)節(jié)，如高低加
水位調(diào)節(jié)、軸封蒸汽壓力調(diào)節(jié)等，同相應(yīng)的SCS
系統(tǒng)分配在同一個(gè)控制器中。這樣可以將回路調(diào)節(jié)
第3O卷第5期 倪宏偉：大型火電機(jī)組DES控制器配置及安全性研究 2010年1O月
和順控聯(lián)鎖結(jié)合在一起，減少了控制器之間的網(wǎng)絡(luò)
通訊量，也有效地降低了系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷率。
3．2 保證控制功能的可靠性
為保證DCS控制功能的可靠，防止1對(duì)控制
器故障導(dǎo)致機(jī)組非停事故的發(fā)生，冗余配置或并列
運(yùn)行的重要輔機(jī)應(yīng)分別配置在不同的控制器中。從
表1中可以看出，送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、凝
結(jié)水泵、汽泵系統(tǒng)、磨煤機(jī)系統(tǒng)等2臺(tái)或多臺(tái)并列
運(yùn)行的設(shè)備，均分配在不同的控制器中。
重要的模擬量控制系統(tǒng)，特別是影響同一個(gè)主
要參數(shù)的控制回路應(yīng)配置在不同的控制器中。如表
1所示，過熱汽溫控制和再熱汽溫控制分別配置在
Drop03和Drop04控制器中。
重要的I／O信號(hào)，應(yīng)采用雙重冗余甚至三重冗
余配置，且必須配置在不同的I／0模件上。為保證
影響機(jī)組安全的重要參數(shù)在控制器故障時(shí)的監(jiān)視，
可在不同對(duì)控制器中配置1路。
3．3 負(fù)荷率原則
在進(jìn)行控制器配置時(shí)，負(fù)荷率應(yīng)滿足DL659—
2006《火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)驗(yàn)收測(cè)試規(guī)程》
等相關(guān)規(guī)程的要求。所有控制站的CPU惡劣工況
下的負(fù)荷率均不得超過60％ ，數(shù)據(jù)通信總線的負(fù)
荷率不得超過30％，對(duì)于以太網(wǎng)，則不得超過
2O％ 。
在運(yùn)用負(fù)荷率原則時(shí)，應(yīng)結(jié)合控制器處理周期
的設(shè)置來考慮，處理周期的改變將直接影響控制器
的負(fù)荷率。按照DL774—2004《火力發(fā)電廠熱工自
動(dòng)化系統(tǒng)檢修運(yùn)行維護(hù)規(guī)程》¨ 的要求，應(yīng)滿足模
擬量控制系統(tǒng)不大于250 ms，開關(guān)量控制系統(tǒng)不
大于100 ms?？焖偬幚砘芈分?，模擬量控制系統(tǒng)
不大于125 ms，開關(guān)量控制系統(tǒng)不大于50 ms。因
此，對(duì)于E1s系統(tǒng)可設(shè)為50 nls，DEH系統(tǒng)可設(shè)為
100 ms，其余系統(tǒng)一般設(shè)為250 ms。
3．4 系統(tǒng)的獨(dú)立性
隨著越來越多的系統(tǒng)納入DCS系統(tǒng)，對(duì)于一
些功能獨(dú)立的系統(tǒng)，如吹灰程控(SBC)、機(jī)組自
啟停(APS)等系統(tǒng)，應(yīng)單獨(dú)分配控制器。對(duì)于主
機(jī)廠單獨(dú)供貨的系統(tǒng)，如DEH，MEH等，也單獨(dú)
配置控制器。
4 結(jié) 語
DCS控制器的合理配置關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的安全
性和可靠性。通過對(duì)DCS系統(tǒng)控制器配置實(shí)例的
分析，指出目前控制器配置中存在的問題。在此基
礎(chǔ)上提出控制器的優(yōu)化配置原則，對(duì)以后同類型機(jī)
組的設(shè)計(jì)和選型具有一定的指導(dǎo)意義。
參考文獻(xiàn)
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化系統(tǒng)檢修運(yùn)行維護(hù)規(guī)程[S]． 北京：中國(guó)電力出版社，
20()4．
作者簡(jiǎn)介
倪宏偉(1978一)，男，漢族，湖南湘潭人，碩士研究生，工程
師，從事大型發(fā)電機(jī)組熱工控制技術(shù)的應(yīng)用研究和調(diào)試工
作。
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