HOLLiAS MACS系統(tǒng)在黔北電廠（4×300MW）新建工程#3、#4機(jī)組的應(yīng)用

和利時公司作為國內(nèi)在DCS控制領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)，在300MW以上的單元火電機(jī)組控制領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破，先后承接了黔北、鴨溪、黔西、鶴壁電廠等多個300MW機(jī)組以及陜西國華錦界4×600MW煤電工程DCS控制系統(tǒng)項目，為電力企業(yè)實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益、降低運營成本、提高火電工程技術(shù)的自動化水平作出貢獻(xiàn)。

貴州黔北電廠300MW新建機(jī)組是西部大開發(fā)——西電東輸?shù)闹匾椖恐弧：屠麜r派出了具有豐富現(xiàn)場實施經(jīng)驗的工程團(tuán)隊和專家組，用專業(yè)化的解決方案，先進(jìn)、可靠、經(jīng)濟(jì)的系統(tǒng)和產(chǎn)品，放心、滿意的服務(wù)，保證了兩臺機(jī)組順利投運，并實現(xiàn)了國內(nèi)300MW機(jī)組試運期最短記錄。

項目概述

黔北電廠（4×300MW）新建工程#3、#4機(jī)組汽輪機(jī)、鍋爐、發(fā)電機(jī)分別由東方汽輪機(jī)廠、東方鍋爐廠、東方電機(jī)廠制造，熱控系統(tǒng)采用和利時公司HOLLiAS MACS大型集散控制系統(tǒng)。

黔北電廠#3、#4機(jī)組鍋爐是由東方鍋爐（集團(tuán)）股份有限公司根據(jù)美國Forter Wheeler型300MW機(jī)組“W”火焰鍋爐生產(chǎn)，型號：DG1025/18.2-III5。

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“U”型布置，燃燒器布置于拱上、煙氣擋板調(diào)溫、“W”型火焰固態(tài)排渣。

汽輪機(jī)：東方汽輪機(jī)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(jī)，抽汽級數(shù)：8級（3高加+1除氧器+4低加）。

項目規(guī)模

系統(tǒng)配置

黔北電廠（4×300MW）#3、#4機(jī)工程DCS系統(tǒng)采用和利時公司的第四代DCS系統(tǒng)HOLLiAS MACS系統(tǒng)。

工程共分為3個域，其中#3機(jī)組為1#域，#4機(jī)組為2#域，#3、#4機(jī)公用系統(tǒng)和循環(huán)水泵房遠(yuǎn)程I/O為0#域。工程操作界面考慮#3、#4分開，#3機(jī)操作1#域，#4機(jī)操作2#域，公用系統(tǒng)0#域可以在#3級操作也可以在#4機(jī)操作。

黔北#3、#4機(jī)組及公用DCS系統(tǒng)共提供現(xiàn)場控制機(jī)柜28臺，端子柜28臺，服務(wù)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，打印臺4個。HMI設(shè)備：操作員站10臺；歷史站2臺；系統(tǒng)服務(wù)器6臺；工程師站2臺；72”大屏幕站2套；通信站8臺；SIS網(wǎng)關(guān)機(jī)2臺；24口網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)16臺；GPS設(shè)備1套。

控制規(guī)模

每個單元機(jī)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(shè)備。接受DCS系統(tǒng)控制的設(shè)備數(shù)量為：電動機(jī)88臺，各類閥門、加熱器等設(shè)備441個，調(diào)節(jié)設(shè)備165個，斷路器、快切裝置等電氣設(shè)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(tǒng)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(jī)組的電氣公用部分和機(jī)、爐公用部分；DCS總計控制設(shè)備為1754臺。

其中3#機(jī)組及公用系統(tǒng)的物理點數(shù)和配置點數(shù)如下表：

整個工程（#3、#4、公用系統(tǒng)）實際的物理點數(shù)為：11016點，總配置點數(shù)為12664點。第三方設(shè)備的雙向冗余通信、遠(yuǎn)程采集點及單向通信點數(shù)總計為：1300點。

控制組態(tài)產(chǎn)生的變量約8500點，顯示、報警、趨勢標(biāo)簽總計：27000點。

分站原則

測點按功能分站如下表

其中綜合考慮測點分配均勻，各控制站負(fù)荷率≤10%。

各站點測點設(shè)備分配原則

＊危險分散：同一設(shè)備冗余的測點分配到不同的模塊；冗余設(shè)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(shè)備的非冗余的相關(guān)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(tǒng)間的重要信號，如：MFT、連鎖保護(hù)等，采用硬接線不同站、模件多路輸出；

＊DCS系統(tǒng)與其他系統(tǒng)（如：DEH）的模擬信號采用有源型隔離器進(jìn)行隔離。

系統(tǒng)設(shè)計

采用Client/Server體系結(jié)構(gòu)，控制管理網(wǎng)絡(luò)采用兩層結(jié)構(gòu)，星型連接，控制網(wǎng)絡(luò)雙冗余配置。控制網(wǎng)絡(luò)和管理網(wǎng)絡(luò)的分離有利于將交換機(jī)設(shè)備故障風(fēng)險分散，同時大大減少了數(shù)據(jù)處理量和網(wǎng)絡(luò)上的擁塞。遠(yuǎn)程控制站（循環(huán)水泵房）采用100M以太光纖連入系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)實際結(jié)構(gòu)如圖：

采用HOLLiAS MACS系統(tǒng)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(jī)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(yīng)28個I/O控制站。

PlantView工程用于建立通信連接及人機(jī)交互界面，按照功能的不同，系統(tǒng)包括12個子工程，分別是：

＊QBDB1：#3機(jī)組數(shù)據(jù)庫工程，用于#3機(jī)組監(jiān)控數(shù)據(jù)接入；
＊QBDB2：公用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫工程，用于公用系統(tǒng)監(jiān)控數(shù)據(jù)接入；
＊QBDB4：#4機(jī)組數(shù)據(jù)庫工程，用于#4機(jī)組監(jiān)控數(shù)據(jù)接入；
＊QBDB3：趨勢、報警服務(wù)器工程，用于整個DCS系統(tǒng)的趨勢記錄、報警檢測、時間服務(wù)等；
＊QBDC4：#4機(jī)組操作員站圖形工程，用于操作員對#4機(jī)組及公用系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控；
＊QBDC：#3機(jī)組操作員站圖形工程，用于操作員對#3機(jī)組及公用系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控；
＊COMM1：#3機(jī)組#1通信站工程，用于吹灰、爐管泄漏、CEMS、空調(diào)系統(tǒng)通訊接入；
＊COMM2：#3機(jī)組#2通信站工程，用于DEH、廠用電、發(fā)變組系統(tǒng)通訊接入；
＊COMM3：#3機(jī)組#3通信站工程，用于IDAS、發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)通訊接入；
＊COMM41：#4機(jī)組#1通信站工程，用于吹灰、爐管泄漏、CEMS、空調(diào)系統(tǒng)通訊接入；
＊COMM42：#4機(jī)組#2通信站工程，用于DEH、廠用電、發(fā)變組系統(tǒng)通訊接入；
＊COMM43：#4機(jī)組#3通信站工程，用于IDAS、發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)通訊接入。

服務(wù)配置

本工程的PlantView完成五種服務(wù)、一種客戶請求，即：

＊ I/O服務(wù)：負(fù)責(zé)收集數(shù)據(jù)并根據(jù)請求發(fā)送；
＊ 趨勢服務(wù)：負(fù)責(zé)歷史數(shù)據(jù)的采集與存儲；
＊ 報警服務(wù)：負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)異常報告；
＊ 報表服務(wù)：負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)的紀(jì)錄與報告生成；
＊ 時間服務(wù)：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的校對，保持?jǐn)?shù)據(jù)的同一性。

客戶請求：人機(jī)界面接口，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)、報警、趨勢等顯示，提供給操作人員直觀的操作界面。

這五種服務(wù)通過計算機(jī)設(shè)置功能分散配置，參照網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，設(shè)置服務(wù)功能為：

DCS系統(tǒng)對時設(shè)計

#3、#4機(jī)組統(tǒng)一對時，其中：控制器、服務(wù)器和客戶端采用網(wǎng)絡(luò)對時，每60分鐘以廣播方式發(fā)布時鐘服務(wù)器基準(zhǔn)時間，時鐘服務(wù)器時間由GPS校準(zhǔn)；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
＊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(tǒng)時間服務(wù)器中；
＊時間服務(wù)器定時或在本機(jī)時間改變時在網(wǎng)內(nèi)廣播校時包；
＊設(shè)置同時間服務(wù)器同步的客戶機(jī)收到校時包后改變本機(jī)系統(tǒng)時間；
＊客戶機(jī)開始運行系統(tǒng)時向時間服務(wù)器請求校時。

校時特點
＊ 控制系統(tǒng)校時收發(fā)以網(wǎng)絡(luò)傳遞為主；
＊ SOE關(guān)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(wù)器、SIS系統(tǒng)及其他設(shè)備同時進(jìn)行校時；
＊ 網(wǎng)絡(luò)校時時鐘服務(wù)器唯一設(shè)置。

實現(xiàn)的控制功能

和利時HOLLiAS MACS系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集處理（DAS）、事件順序記錄（SOE）、歷史數(shù)據(jù)存儲和檢索（HSR）、輔機(jī)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(jī)爐協(xié)調(diào)控制（CCS）、自動發(fā)電控制（AGC）等控制功能。

該系統(tǒng)以其良好的開放性、擴(kuò)展性順利實現(xiàn)了與其他7個系統(tǒng)的通訊任務(wù)，分別為DEH/MEN監(jiān)控系統(tǒng)、爐管泄漏報警裝置、鍋爐吹灰控制系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)勵磁裝置、廠用電監(jiān)控系統(tǒng)、溫度數(shù)據(jù)采集前端（IDAS）及廠級監(jiān)控系統(tǒng)（SIS）等。并與大屏幕EOS主機(jī)配合，實現(xiàn)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(jī)組輔機(jī)、加熱器及各種閥門的操作、聯(lián)鎖、保護(hù)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(fēng)系統(tǒng)的保護(hù)聯(lián)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(jī)組勵磁裝置及同期裝置等電氣設(shè)備進(jìn)行操作控制。

MCS功能主要完成對165個調(diào)節(jié)設(shè)備的控制和50多套自動調(diào)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(fēng)風(fēng)量設(shè)定單獨采用了一個PID，通過參數(shù)設(shè)置實現(xiàn)風(fēng)煤交叉功能；給水設(shè)計為全程控制，低負(fù)荷（＜14%ECR）時用給水旁路閥調(diào)節(jié)汽包水位同時給水泵調(diào)節(jié)給水壓力，負(fù)荷14～20%ECR時采用給水泵進(jìn)行單沖量控制，高負(fù)荷（＞20%ECR）時采用給水泵進(jìn)行三沖量控制。對于自動調(diào)節(jié)功能系統(tǒng)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(hù)人員繪制了類似SAMA圖式的調(diào)試界面，見下圖（給水全程控制調(diào)試畫面）：

后 記

在項目相關(guān)各方單位的共同努力下，黔北電廠4×300MW工程#3機(jī)組的分部試運和整套啟動工作緊張有序，機(jī)組整個試運過程僅用時不到4個月。自于2004年2月13日進(jìn)入整套啟動試運行，2月23日16：00達(dá)到滿負(fù)荷試運條件并進(jìn)入168小時試運行，至3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(jī)組連續(xù)帶滿負(fù)荷運行時間為136小時，機(jī)組連續(xù)平均負(fù)荷為300.3MW，平均負(fù)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(hù)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(jī)各軸振、瓦振均達(dá)到優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)，汽機(jī)真空嚴(yán)密性試驗優(yōu)良（48Pa/min），發(fā)電機(jī)漏氫量7.08Nm3/d，補(bǔ)水率10.6%，汽水品質(zhì)各項指標(biāo)合格。

#4機(jī)組于2004年9月19日進(jìn)入整套啟動試運行，9月22日14：00點達(dá)到滿負(fù)荷試運條件，9月29日14：00點圓滿完成168小時滿負(fù)荷試運，歷時10天。在168小時試運行期間，機(jī)組連續(xù)帶滿負(fù)荷運行時間為121小時，機(jī)組連續(xù)平均負(fù)荷為284.33MW，平均負(fù)荷率為94.78%，平均廠用電率5.787%，熱控自動投入率95%，熱工保護(hù)投入率100%，電氣自動、保護(hù)投入率100%，熱控、電氣儀表投入率均為100%，汽機(jī)各軸承，瓦振均達(dá)到優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)，汽機(jī)真空嚴(yán)密性試驗優(yōu)良（48Pa/min），發(fā)電機(jī)漏氫量5.1Nm3/d，補(bǔ)水率8.78%，汽水品質(zhì)各項指標(biāo)合格。HOLLiAS MACS系統(tǒng)運行穩(wěn)定正常，系統(tǒng)各項功能均投入使用。