高寒區超臨界600?MW直接空冷機組的DCS應用

楊有民　劉憲民

摘 要：高寒地區直接空冷機組的安全運維具有一定的特殊性，機組自動保護控制對電廠中國產DCS系統應用提出更高的要求。該文闡述了內蒙古國華呼倫貝爾發電有限公司兩臺超臨界600 MW直接空冷機組的DCS系統在網絡結構、軟硬件、DEH三方面的配置，并對系統功能劃分以及定期維護中的DCS日常巡檢內容做出了概括性全面介紹。在此基礎上，針對機組DCS系統投產5年來的問題和改進做了介紹。這對完善國產DCS系統功能、發展智能電廠具有一定的基礎意義。

關鍵詞：高寒地區 超臨界機組 直接空冷 DCS系統 應用實踐

中圖分類號：TM62 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）12（a）-0122-03

關于DCS在直接空冷機組的應用，國內已有相關研究：早期李健等人分析了國產DCS系統在600 MW火電機組可能存在的應用風險并給出相應建議[1]；張潔浩基于MATLAB軟件對導入的DCS內部數據進行分析，做了一些空冷系統部分的控制參數優化和故障診斷工作[2]；朱志軍等人針對DCS在高寒地區超臨界600 MW機組中的應用問題，結合LN2000-DCS控制系統組成部分的結構、配置和特點進行了介紹[3]；王麗麗針對和利時DCS在電廠應用中出現的典型問題進行了探討研究，給出一些切合實際的優化建議[4]。然而，針對高寒區超臨界600 MW直接空冷機組的DCS應用實踐探討的文獻較少。內蒙古國華呼倫貝爾電廠一期（2×600） MW超臨界直接空冷機組采用的杭州和利時MACS-V6分布式DCS與DEH一體化控制系統，硬件采用SM系列硬件。文章就呼倫貝爾電廠一期系統配置、功能劃分及日常巡檢內容做出詳細介紹，并對投產后5年內運營中遇見的問題做出總結。

1 系統配置

1.1 網絡結構

和利時分散控制系統的網絡由上到下分為監控網絡、系統網絡和控制網絡3個層次。MACS-V6系統單元機組上層網配置5臺操作員站、兩臺工程師站。下層網共有34個I/O控制站在主機1號域（#10～#43站），完成單臺機組的DAS、MCS、SCS、FSSS、ECS、DEH功能；#44～#49站在公用0號域，完成公用系統的監控功能。兩臺工程師站和五臺操作員站分別完成軟件組態和生產過程的監控管理。同時單元機組配置3臺（A、B、C）互相冗余的I/0服務器，公用系統配置2臺（A、B）互相冗余的I/0服務器，完成機組I/O功能；單元機組配置兩臺（A、B）互相冗余的歷史/實時服務器，實現實時監控及歷史數據存取功能。

1.2 軟硬件配置

MACS系統是通過以太網和基于現場總線技術的控制網絡連接，由工程師站、操作員站、現場控制站、通訊站、系統服務器組成的綜合信息系統。MACS系統硬件由工程師站、操作站、現場控制站（包括控制器、電源模塊和I/O模塊）、通訊站、系統服務器、監控網絡、系統網絡、控制網絡等組成。其中監控網絡實現工程師站、操作員站、通訊站與系統服務器的互連，系統網絡實現現場控制站與系統服務器的互連，控制網絡實現現場控制站與過程I/O單元的通訊。MACS系統軟件包括：離線組態軟件、操作員站軟件、服務器軟件、現場控制器運行軟件、工具包等。MACS實現功能：數據采集、設備和狀態監視、報警監視、遠程通信、實時數據處理和顯示、歷史數據管理、日志記錄、事件順序記錄、事故追憶、圖形顯示、控制調節、高級計算、組態、打印、診斷等。

1.3 機組DEH系統

DEH系統采用和利時公司的MACS V6產品同類型控制器，同時縮短了控制器處理周期。通訊上采用與DCS同樣的通訊網絡進行通訊，對設備的可靠性、網絡的安全性提出了更高的要求。

2 系統功能劃分

公司每套DCS系統包括FSSS、MCS、SCS、DEH、 DAS等功能，監控范圍除鍋爐、汽輪發電機組及輔機系統、發變組及電氣廠用電源系統外，還包括空冷系統、旁路控制、輔機冷卻水泵房系統、鍋爐吹灰設備、煙氣脫硝SCR區域、燃油泵房設備等的控制。單元機組共分3個域，#10～#49站情況如表1。

3 DCS日常巡檢

工程師站環境溫度保持在0℃～30℃，濕度保持在30%～70%范圍內。

3.1 系統狀態畫面檢查

各I/O控制站內主存主控單元顏色分別為綠色和黃色，各I/O模塊狀態顏色為綠色；負荷率不超過60%，機柜溫度不超過35℃。控制網絡128網、129網及系統網絡130網、131網顏色均為綠色。各主從服務器顏色分別為綠色和黃色，負荷率不超過40%。各操作員站、歷史站和通訊站顏色均為綠色。各I/O控制站負荷率最大不超過60%。

3.2 系統日志及報警檢查

設備日志檢查，無I/O設備故障信息及I/O模塊報警。SOE日志檢查，SOE信號動作正常，分別率不小于1ms。工藝報警檢查，模擬量和開關量報警正常動作，系統正常記錄報警值。操作日志檢查，正常記錄設備操作。

3.3 工程師站設備檢查

液晶屏、鼠標和鍵盤無污垢，顯示清晰；鼠標和鍵盤靈敏。工程師站機柜主機衛生清潔，運行正常，UPS電源工作正常。機柜風扇運轉正常，機柜內溫度不高于30 ℃。

3.4 DCS操作員站檢查

檢查內容：操作員站畫面顯示清晰，畫面切換時間小于1 s。鼠標和鍵盤使用靈敏。MACSVI系統運行正常。操作員站機柜主機衛生清潔，運行正常。機柜風扇運轉正常，機柜內溫度不高于30 ℃。操作員站機柜內UPS電源工作正常。

3.5 現場控制站檢查

檢查內容如下：I/O站內電源UPS空開和保安段空開處于合閘位置；電源分配板SM932狀態正常；電源模塊SM900狀態指示正常；電源模塊SM920狀態指示正常；電源模塊FM191狀態指示正常。I/O模塊、主控單元狀態指示正常，風扇運轉正常。I/O模塊及機籠表面清潔，濾網清潔，機柜溫度不超過35 ℃。機柜內網段交換機電源及其他工作模塊的指示正常。

3.6 服務器檢查

服務器檢查內容如下：服務器主機運行正常、服務器顯示器正常、服務器各進程運行正常、接線端子緊固濾網清潔、服務器F盤是否工作正常、主機2個電源模塊工作狀態、硬盤指示燈工作狀態、主機箱中液晶屏為藍色，無報警、主機箱背面RAID卡指示燈為藍色閃爍，無報警聲音。

4 運行中的問題和改進方向

公司機組自2010年12月1日投產至今，DCS系統暴露出了一些問題并且有些部分需要改進。

4.1 隱患部分問題分析

服務器及操作員站所安裝的XP操作系統已停產，且微軟已停止后續支持服務，需升級相關DCS組件使其支持最新的操作系統。操作員在線軟件與Windows操作系統存在兼容性問題，經常出現在正常操作過程中操作員在線軟件異常退出的現象。自投產以來1、2號機組多次出現單側系統網絡全部中斷現象，經交換機廠家查實并無網絡問題，服務器IE程序無故重啟。出現過主從控制器無法自動切換的控制器故障。1號、2號機組操作員站工控機頻繁死機，操作員在線軟件頻繁退出，趨勢調用緩慢，畫面切換緩慢，工控機電源模塊維護時經常燒壞。

4.2 有待改進的地方

（1）硬件設計有待提高。從整體的硬件設計及制造方面，與國外DCS還有一定的差距。如模件的精細度、外觀的質感、指標說明的全面性等方面都有待提高。

（2）目前，國外DCS已經從提供分散控制系統軟硬件發展到提供全廠一體化解決方案這一階段。廠家不但提供系統的軟、硬件及相關服務，還應成立如發電廠解決方案專門機構，針對各企業不同性質，提供不同的軟、硬件及相應的控制策略。和利時在此方面相對滯后，需要積累經驗完善技術體系。

（3）通常DCS產品都會提供詳細的產品軟、硬件資料及故障處理說明，包括卡件的結構原理圖、各項性能指標、使用注意事項等。和利時《系統維護手冊》內容不全面，用戶在出現問題時在手冊中找到相關問題的處理方法比較困難。

5 結語

文章就和利時DCS系統配置、功能劃分及日常巡檢內容做出了詳細介紹，并對投產后5年內運營中遇見的問題做出總結，給出了改進方向。從投產至今全廠DCS正常運行，機組保護、自動投入率和動作正確率100%，未發生因DCS原因造成的突發事件。這為迅速排查故障及機組異常原因提供了正確依據，為機組長周期穩定運行提供有力保障。

參考文獻

[1] 李健，喬日平，高生輝.淺談國產DCS系統在600MW火電機組的應用風險[C]//全國火電機組優化運行技術研討會.2005.

[2] 張潔浩.火電機組直接空冷系統控制方法研究[D].北京交通大學，2009.

[3] 朱志軍，尹娜，孫遠忠.LN2000 DCS在600MW超臨界直接空冷機組的應用[J].山東電力技術，2013（2）：62-67.

[4] 王麗麗.和利時DCS在電廠應用中出現的典型問題探討[J].儀器儀表用戶，2014（3）：47-51.