新華XDPS系統(tǒng)在珠江電廠的應(yīng)用

一、設(shè)備概況
珠江電廠#1~#4機組于1993年~1995年陸續(xù)投入運行。各機組三大主機均為哈爾濱產(chǎn)，鍋爐為亞臨界中間再熱自然循環(huán)直吹式汽包爐，四角噴燃切圓燃燒。送、引、一次風(fēng)機為動葉可調(diào)軸流式風(fēng)機。給水系統(tǒng)配用2臺50%氣動給水泵和1臺50%電動調(diào)速給水泵。過熱汽溫采用二級噴水減溫，再熱汽溫采取擺動燃燒器為主，事故噴水為輔調(diào)節(jié)。熱工控制系統(tǒng)主要由WESTINGHOUSE WDPF Ⅱ（實現(xiàn)DAS、CCS功能）、FORNEY AFS-1000（鍋爐燃燒控制）、上海新華DEH Ⅲ（汽輪機控制）、瑞士蘇爾壽BPC（旁路控制系統(tǒng)）組成。原來的WDPF系統(tǒng)包括14對冗余DPU，1個歷史站，1個記錄站，4個操作員站，1個工程師站，受控設(shè)備包括CCS系統(tǒng)、DAS系統(tǒng)、電動門、電機控制。
為適應(yīng)電力市場發(fā)展的需要，珠江電廠于2001年3月對1號機組控制系統(tǒng)進行機爐電一體化改造，到2004年完成了4臺機組的DCS系統(tǒng)改造。改造范圍包括DAS、MCS、BMS、SCS、ETS、ECS及集控室的裝修工程。DCS改造采用了上海新華公司XDPS-400（#4機組是400+）分散控制系統(tǒng)。改造后取消了原來的LIM硬手操，保留原來的伺放柜，調(diào)節(jié)設(shè)備的操作全部采用CRT軟手操。配置了大屏幕顯示系統(tǒng)。硬手操只有9個停機按鈕。
以#1機組為例，整個DCS系統(tǒng)共配置了19對冗余的DPU用于過程監(jiān)控。DPU的分配如下：
DEH系統(tǒng)： 2對(#1&#21、#2&#22)
MEH系統(tǒng)： 2對(#3&#23、#4&#24)
DAS&MCS系統(tǒng)： 5對(#6&#26、#7&#27、#8&#28、#9&#29、#10&#30)
BMS系統(tǒng)： 2對(#11&#31、#12&#32)
SCS系統(tǒng)： 4對(#13&#33、#14&#34、#15&#35、#16&#36)
ECS系統(tǒng)： 2對(#17&#37、#18&#38)
#1機組配置了26臺IDAS智能前端，用于溫度信號采集，通過1對DPU(#19、#39)與DCS系統(tǒng)通訊。ETS系統(tǒng)采用的是SIEMENS的S7系列PLC。
#2、#4機組SCS系統(tǒng)增加DPU#20&#40；ECS系統(tǒng)增加DPU19&#39，#2~#4機組取消了IDAS，增加DPU61、81用于原溫度信號DAS采集。#2~#4機組ETS系統(tǒng)采用新華公司產(chǎn)品。系統(tǒng)配置有1個電源分配柜；20個I/O端子柜；3個擴展繼電器柜；2個電磁閥配電柜；1個隔離繼電器柜；1個ETS控制柜；1個火檢放大器柜。系統(tǒng)還配置了13個轉(zhuǎn)接柜用于原系統(tǒng)端子的轉(zhuǎn)接及部分儀表的安裝。系統(tǒng)共配置12臺MMI站（人機接口站），包括8臺操作員站，2臺工程師站，1臺歷史數(shù)據(jù)站，1臺MIS站。運行操作員站配置液晶CRT，集控室配置5臺背投式大屏幕顯示器。網(wǎng)絡(luò)升級前各DPU之間采用以太網(wǎng)聯(lián)結(jié)，分A、B、C三個網(wǎng)；其中A、B網(wǎng)用于實時控制，C網(wǎng)用于各MMI站之間的文件傳送。為了降低網(wǎng)絡(luò)負荷率，采用了分段網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，將各個DPU及MMI站根據(jù)其機柜安裝位置及風(fēng)險考慮分為四個網(wǎng)段，然后通過集線器及以太網(wǎng)交換機將四個網(wǎng)段聯(lián)結(jié)成一條完整的高速公路。網(wǎng)絡(luò)升級后，由原來的10M網(wǎng)升級為100M虛擬環(huán)網(wǎng)，更換同軸電纜為光纜，安裝赫斯曼交換機（10/100M自適應(yīng)）構(gòu)建虛擬環(huán)網(wǎng)。實時網(wǎng)采用虛擬環(huán)網(wǎng)形式，實時網(wǎng)具有"自愈"功能，信息網(wǎng)采用星型聯(lián)接形式。通訊總線負荷率不大于20%。
#1機組系統(tǒng)I/O統(tǒng)計：

#1機組I/O卡件配置：

#1機組實際配置的I/O點數(shù)：

二、各系統(tǒng)功能
2.1 DEH系統(tǒng)：
● 自動升速
轉(zhuǎn)速PID閉環(huán)調(diào)節(jié)，控制指令輸出改變閥門開度調(diào)節(jié)實際轉(zhuǎn)速為目標(biāo)轉(zhuǎn)速。
● 自動同期
當(dāng)實際轉(zhuǎn)速大于2950R/MIN小于3025時，投入該功能，接受自動同期裝置指令信號， 改變轉(zhuǎn)速與網(wǎng)頻一致，實現(xiàn)并網(wǎng)。
● 超速保護及試驗功能
OPC：當(dāng)轉(zhuǎn)速大于3090r/min時，發(fā)出OPC信號，關(guān)閉高中壓調(diào)門，并使轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在3000r/min。
AST：當(dāng)轉(zhuǎn)速大于3300r/min時，發(fā)出AST信號至ETS，使汽機跳閘。
超速試驗：可分別進行OPC、AST及機械超速試驗。
● 汽機閥門嚴密性試驗功能
通過該功能可同時關(guān)閉高中壓調(diào)門，進行調(diào)門嚴密性試驗；
同時關(guān)閉高中壓主汽門，進行主汽門嚴密性試驗。
● 并網(wǎng)帶初負荷功能
接受電氣來的并網(wǎng)信號，預(yù)開高壓調(diào)門，使機組帶初負荷，防止機組逆功率運行。
● 功率回路
功率PI閉環(huán)調(diào)節(jié)，使實際負荷與負荷給定值一致。
● 調(diào)節(jié)級壓力回路
調(diào)節(jié)級壓力PI閉環(huán)調(diào)節(jié)，使實際負荷與負荷給定值一致。
● 一次調(diào)頻回路
通過該功能使機組參與調(diào)頻。
● 閥門松動試驗功能
通過把高壓主汽門、高壓調(diào)門、中壓調(diào)門關(guān)閉20%，檢測閥門有否卡澀。
● 閥門全行程試驗功能
進行閥門全關(guān)活動試驗，檢測閥門有否卡澀，確保機組安全運行。
● 單/多閥切換功能
確保單/多閥切換過程中負荷無大的擾動。
● TPC（低汽壓保護）功能
當(dāng)主汽壓低于低汽壓保護設(shè)定值時，DEH關(guān)閉調(diào)門，升汽壓，直至主汽壓高于低汽壓保護設(shè)定值。
● 機調(diào)壓功能
通過汽機改變調(diào)門開度來調(diào)整主汽壓。
● 手/自動切換功能
手/自動切換時確保閥門無擾。以便故障狀態(tài)下能通過手動直接控制閥門調(diào)節(jié)負荷。
● CCS協(xié)調(diào)功能
接受CCS協(xié)調(diào)指令改變負荷定值調(diào)節(jié)負荷。
● ATC啟動功能
通過應(yīng)力計算由計算機直接給定轉(zhuǎn)速定值、升速率等進行啟動。
● 按經(jīng)驗曲線啟動功能
按電廠冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)啟動曲線啟動。
● 甩負荷
2.2 MEH系統(tǒng)：
● 軟手操
轉(zhuǎn)速開環(huán)控制回路，用于剛開機及轉(zhuǎn)速閉環(huán)回路故障情況下的閥門控制。
● 轉(zhuǎn)速自動
轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制回路，轉(zhuǎn)速定值可通過轉(zhuǎn)速增減按鈕給定，也可通過設(shè)定目標(biāo)值給定，轉(zhuǎn)速自動轉(zhuǎn)速控制范圍為600r/min~6900r/min。
● 鍋爐自動
MEH接受CCS來的轉(zhuǎn)速指令信號控制轉(zhuǎn)速，達到給水要求，鍋爐自動轉(zhuǎn)速控制范圍為3100r/min~5750r/min。
● 超速保護功能
當(dāng)轉(zhuǎn)速大于6320 r/min（110%N）及6890 r/min（120%N）時，MEH發(fā)出脫扣信號使汽機跳閘，
● 超速保護試驗功能
當(dāng)鑰匙開關(guān)打在電氣位置時，可進行電氣超速試驗，打在機械位置時，可進行機械超速試驗。
● 主汽門試驗
在正常運行中，通過按主汽門試驗按鈕，可對主汽門進行試驗。
2.3 ETS系統(tǒng)：
● 緊急停機功能
接受EH油壓低、潤滑油壓低、真空低、軸向位移大、鍋爐MFT、發(fā)電機主保護動作、軸承振動大、差脹危險、DEH手動停機、高壓缸壓比低、高排溫度高、DEH失電停機、DEH110%N超速停機、全停按鈕等停機信號，送出停機指令，使AST電磁閥失電，汽機跳閘。
接受全停按鈕信號，使AST電磁閥控制回路直接失電，以保證PLC故障情況下的停機功能。
● 掛閘功能
接受DEH來的ETS復(fù)位信號，在汽機允許復(fù)位狀態(tài)下使AST電磁閥帶電，汽機掛閘。
● 跳機首發(fā)記錄
汽機發(fā)生跳閘后，記錄首發(fā)跳機信號，并在PLC的DO卡上點燈顯示。
● 跳機信號SOE記錄
汽機發(fā)生跳閘后，輸出引起跳機的相關(guān)信號至SOE，以便故障分析。至SOE信號包括：EH油壓低、潤滑油壓低、真空低、軸向位移大、鍋爐MFT、發(fā)電機主保護動作、軸承振動大、差脹危險、DEH手動停機、高壓缸壓比低、高排溫度高、DEH失電停機、DEH110%N超速停機、全停按鈕等停機。
● ETS停機保護切除功能
接受DEH來的相關(guān)停機保護切除信號，使該信號停機保護功能切除。切除功能的操作只能在DCS工程師站二上完成。切除信號包括：EH油壓低停機切除、潤滑油壓低停機切除、真空低停機切除、軸向位移大停機切除、鍋爐MFT停機切除、發(fā)電機主保護動作停機切除、軸承振動大停機切除、差脹危險停機切除、高壓缸壓比低停機切除、高排溫度高停機切除、DEH110%N超速停機停機切除、ETS超速停機切除
● 測速功能
接受現(xiàn)場來的轉(zhuǎn)速脈沖信號，經(jīng)PLC處理后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，當(dāng)轉(zhuǎn)速大于3300r/min時，發(fā)出超速跳機信號。同時ETS把轉(zhuǎn)速信號經(jīng)AO輸出至DEH實現(xiàn)實時監(jiān)視。轉(zhuǎn)速信號有兩路，一路送PLCA，另一路送PLCB。
● ETS在線試驗功能
通過DEH控制EH油壓低、潤滑油壓低、真空低試驗電磁閥，ETS可使單側(cè)AST電磁閥失電，以便在不停機狀態(tài)下檢查AST電磁閥及信號壓力開關(guān)是否正常。
2.4 DAS系統(tǒng)：
● 過程數(shù)據(jù)采集、顯示
● 工藝流程圖顯示，棒圖、趨勢圖顯示
● 過程報警顯示，CRT軟光字牌及語音報警
● 歷史數(shù)據(jù)記錄及顯示，SOE記錄
● 報表生成及打印
2.5 BMS系統(tǒng)：
● 爐膛吹掃
● 燃油泄漏試驗
● 主燃料跳閘（MFT）及首出原因顯示
● 燃油跳閘（OFT）及首出原因顯示
● 燃油系統(tǒng)控制，包括燃油泵的啟停；跳閘閥、回油閥及旁路閥控制；
● RUNBACK功能
● FCB功能
● 油層燃燒控制，包括油層的啟停、跳閘及火焰監(jiān)視
● 制粉系統(tǒng)控制，包括制粉系統(tǒng)的啟停、跳閘（MTR）及首出顯示；火焰監(jiān)視
● 密封風(fēng)機及進出口門控制
● 火檢風(fēng)機，火焰電視冷卻水泵等輔助設(shè)備的控制
2.6 MCS系統(tǒng)：
● 機組協(xié)調(diào)控制
包括DEB（直接能量平衡）、TF、CCBF、CCTF四種機組協(xié)調(diào)運行方式；
RUNBACK功能，可在重要輔機跳閘時，根據(jù)機組當(dāng)前運行狀況，快速降低機組目標(biāo)負荷，維持機組穩(wěn)定安全運行。
● 爐膛負壓控制
● 送風(fēng)及氧量控制
● 一次風(fēng)壓控制
● 輔助風(fēng)擋板控制
● 制粉系統(tǒng)調(diào)節(jié)
包括磨入口風(fēng)量、出口粉溫控制、給煤機給煤量控制
● 汽包水位控制
在30%負荷以下，給水旁路閥單沖量調(diào)節(jié)；30%負荷以上，給水泵（電泵、汽泵）轉(zhuǎn)速投自動，給水投三沖量調(diào)節(jié)。
● 過熱汽溫控制
分一級、二級兩段噴水減溫控制過熱汽溫。
● 再熱汽溫控制
燃燒器擺角控制、左右側(cè)事故噴水控制
● 除氧器控制
包括壓力和水位控制
● 高、低加水位控制
● 其他控制
輔汽系統(tǒng)控制，包括壓力、溫度控制
閉式水壓力控制
補水箱水位控制
凝汽器水位控制
汽封系統(tǒng)控制
包括壓力和溫度控制
連排擴容器液位控制
吹灰系統(tǒng)壓力、溫度控制
2.7 SCS系統(tǒng)：
SCS系統(tǒng)分爐側(cè)和機側(cè)兩部分，爐側(cè)受控對象主要為：
● 空預(yù)器子組設(shè)備控制
包括空預(yù)器馬達及其出入口門的控制
● 引風(fēng)機子組控制
包括引風(fēng)機馬達及其出口門，軸冷風(fēng)機、油站控制
● 送風(fēng)機子組控制
包括送風(fēng)機馬達及其出口門，熱再循環(huán)門，油站控制
● 一次風(fēng)機子組
包括一次風(fēng)機馬達及其出口門，冷、熱再循環(huán)門，軸冷風(fēng)機、油站控制
● 過熱器出口釋放閥控制
機側(cè)受控對象主要為：
● 凝結(jié)水系統(tǒng)設(shè)備控制
包括凝結(jié)水泵、凝補泵及電動門等
● 汽機本體的部分馬達控制
包括汽機復(fù)位油泵，潤滑油泵，頂軸油泵等設(shè)備的控制
● EH油泵控制
● 發(fā)電機系統(tǒng)的馬達控制
包括密封油泵和氫冷升壓泵控制
● 閉式循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)備控制
● 給水泵子組設(shè)備控制
包括電泵、汽泵前置泵及其進出口門，潤滑油泵，最小流量閥等
● 加熱器控制
包括除氧器，#1~#3高加，#5~#8低加的進出口閥及疏水閥控制
● 汽機疏水控制
包括大機和小機的疏水閥控制
2.8 BOP系統(tǒng)：
● 吹灰程控
● 空預(yù)器間隙控制
● 定排連排控制
● 凝汽器膠球清洗控制
● 空預(yù)器氫氣脈沖吹灰系統(tǒng)控制
SCS系統(tǒng)除完成各設(shè)備的單操及聯(lián)鎖邏輯外，還可完成對子組的順序啟停控制。所有設(shè)備的操作在CRT的軟手操上完成；軟手操器除完成設(shè)備的啟停/開關(guān)操作外，還具有必要的操作提示信息顯示。
2.9 ECS系統(tǒng)：
此次改造ECS系統(tǒng)所涉及的開關(guān)共39個，分別為：
● 發(fā)變組（包括勵磁系統(tǒng)）：2201、41E、2ZKK、1ME、2ME、FMK
● 6kV廠用電系統(tǒng)：601a、601b、610a、610b
● 05T起備變系統(tǒng)：2211、605a、605b、650a、650b、600Ia、600Ib
● 380V廠用電系統(tǒng)：611、411A、411B、411C、612、412A、412B、412C、615
● 保安段系統(tǒng)：I-2ZZK、I-3ZZK、I-4ZZK、I-5ZZK
● 除塵及照明段：613、413A、413C、614、414A、414C
2.10 聯(lián)鎖功能：
● I1T、I2T、I3T高壓聯(lián)掉低壓功能
● 6kV廠用IA（IB）段低電壓掉601a（601b）聯(lián)鎖功能
● 6kV公用IA（IB）段低電壓掉605a（605b）聯(lián)鎖功能
● 380V廠用Ia（Ib）段低電壓掉411A（411B）聯(lián)鎖功能
● 6kV廠用IA（IB）段備自投功能
● 6kV公用IA（IB）段備自投功能
● 380V廠用Ia（Ib）段備自投功能
● 除塵I段備自投功能
● 照明I段備自投功能
2.11 電氣程控：
● 6kV廠用電自動倒換功能
● 主/備勵自動互相倒換功能
● 順控并網(wǎng)功能
三、系統(tǒng)調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的主要問題
以下幾點調(diào)試心得及有關(guān)問題的解決：
(1) 轉(zhuǎn)速探頭的選型需注意，調(diào)試時由于轉(zhuǎn)速探頭的原因，A、B小機在4000轉(zhuǎn)以上時，A、B測速通道存在偏差；在5380轉(zhuǎn)以上時，轉(zhuǎn)速探頭漏齒測量不準(zhǔn)，當(dāng)機組在滿負荷時，易引起給水波動。
(2) 在點目錄中多加一些備用點可方便在線組態(tài)調(diào)試。
(3) 原硬手操設(shè)備雖已取消，但硬手操的設(shè)計思想不可取消。
(4) 在控制回路設(shè)計調(diào)試時，應(yīng)注意控制邏輯的時序錯誤可能造成自動控制系統(tǒng)產(chǎn)生錯誤或失控。
(5) 重要邏輯回路最好能先仿真試驗，可避免一些錯誤；
(6) 發(fā)變組同期由于電廠接線方式比較特殊，使得在同期卡電壓輸入在幅值相差6V~7V時，實際開關(guān)兩端已經(jīng)到達同期點。更改接線方式，解決這一問題。
四、系統(tǒng)維護中發(fā)生的主要問題
(1) DEH系統(tǒng)#2高壓主汽門突然關(guān)下，原因是VCC卡上采保電路故障導(dǎo)致閥門指令A(yù)值突然置0；
(2) VCC卡曾出現(xiàn)通訊故障報警；
(3) 大屏幕燈泡投運2個月，已壞6個燈泡；
(4) #2機組曾出現(xiàn)多塊卡件故障報警，有時可自動恢復(fù)；
(5) 同期卡報故障，同期卡升級后程序沖突；
(6) 工作站BNC網(wǎng)卡曾出現(xiàn)多次損壞，引起站脫網(wǎng)；
(7) 操作站經(jīng)常出現(xiàn)光標(biāo)不動，重新斷電復(fù)位正常；
(8) RTD端子板（CU50）曾出現(xiàn)全部測點顯示偏高緩慢波動；
(9) 工作站上的運行和其他系統(tǒng)通訊的VDPU易引起工作站死機；
(10) 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)量太大引起阻塞時，曾導(dǎo)致全部DPU重啟，升級軟件解決；
五、投運效果和應(yīng)用心得
我廠#1~#4機組經(jīng)調(diào)試后，在170~300MW的大范圍內(nèi)可以15MW/MIN的速率進行變負荷試驗，并具備投運AGC遙調(diào)功能，調(diào)節(jié)品質(zhì)達到《熱工計量及監(jiān)督規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)》，到2001年10月25日，投入擺角自動后，自動控制系統(tǒng)自動投入率達100%，各機組現(xiàn)已長期投運協(xié)調(diào)控制運行。2003年10月23日，#1機組進行了送、引風(fēng)機RB工況試驗，整個RB過程相關(guān)設(shè)備動作基本正常，回路調(diào)節(jié)功能正常并得到了完善，送、引風(fēng)機RB功能可以正常投入。由于電網(wǎng)運行對機組負荷的要求，有待今后進行高負荷下的RB工況試驗，進一步調(diào)整控制回路的參數(shù)，優(yōu)化控制效果。
新華XDPS-400分散控制系統(tǒng)軟、硬件與通訊都采用了國際標(biāo)準(zhǔn)或主流產(chǎn)品，人機接口采用標(biāo)準(zhǔn)品牌PC機，全漢化顯示，通過以太網(wǎng)與其他信息網(wǎng)絡(luò)連接，從而實現(xiàn)全廠工業(yè)生產(chǎn)過程控制、測量、生產(chǎn)管理信息一體化。在實際使用中，我們認為有以下優(yōu)點和不足：
(1) 一體化改造后機爐電信息資源共享，可互相調(diào)用，減少了不同系統(tǒng)間接口的麻煩，DCS控制范圍的擴展能力加強。
(2) 各子系統(tǒng)的控制采用相同的硬件完成，大大減少了備品備件的品種及數(shù)量，節(jié)省了大量的維護費用。
(3) 一體化改造后方便了機組自動化水平的提高，為機組級程控提供了強有力的手段。
(4) 工程師站組態(tài)軟件界面友好，SAMA圖與組態(tài)圖一致的圖形化組態(tài)方便實用，打印和顯示所見即所得，并可離線、遠程組態(tài)。
(5) 虛擬DPU可將非本系統(tǒng)的控制設(shè)備或現(xiàn)場智能儀表映射為DPU節(jié)點，擴展了應(yīng)用場合；同時也可用于系統(tǒng)仿真，方便了在線調(diào)試。
(6) 強大的圖形生成軟件可讓用戶在很短的時間內(nèi)生成彩色圖形，加快了工程進度。
(7) 任一在線組態(tài)模塊均可強制，提高了調(diào)試及消缺的安全性。
(8) 操作員站單點趨勢范圍應(yīng)可以記憶修改值，方便運行人員。
(9) 調(diào)試中修改PID參數(shù)時DPU最好能夠自動拷貝。
(10) DPU電源低電壓切換功能有待完善。