OVATION系統熱工控制回路切換擾動分析及優化

閆 超，張蘭華，林 蕾

(廣東惠州平海發電廠有限公司，廣東 惠州 516363)

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OVATION系統熱工控制回路切換擾動分析及優化

閆 超，張蘭華，林 蕾

(廣東惠州平海發電廠有限公司，廣東 惠州 516363)

〔摘 要〕要實現熱工控制回路的高質量自動控制，除了要考慮控制回路的跟蹤問題、合理控制參數外，還必須考慮不同控制回路之間的切換擾動問題。針對OVATION系統中控制回路切換擾動導致的異常進行分析，提出了邏輯優化措施，為同類型DCS系統設計控制回路切換提供借鑒。

〔關鍵詞〕OVATION系統；熱工控制回路；切換擾動；質量傳遞

0　引言

某發電廠2×1 000 MW機組DCS控制系統采用艾默生公司的OVATION系統，該系統由2套單元機組DCS和1套公用系統DCS組成，實現機組DAS，MCS，SCS，FSSS，BPS等各項控制功能。控制器采用容量大、運算速度快的OCR400控制器，軟件是基于WINDOWS操作系統3.2.0版本的Vx Works操作系統，網絡結構采用以太網分層拓撲結構，其良好的硬件平臺、操作系統以及SAMA形式的組態邏輯便于熱工人員的組態和調整。

DCS系統具有硬件種類多、控制邏輯組態龐大、網絡通信數據量大等特點，在使用中不可避免地會出現各種硬件或軟件異常，該發電廠對此采取了相應的應對措施。然而由于控制對象復雜，不同工況要求不同的控制策略及相應的控制回路，因此涉及到控制回路的切換問題。

OVATION系統的切換算法TRANSFER主要用來實現控制回路切換，在切換過程中曾因切換擾動，導致機組或設備異常動作。

1　切換算法TRANSFER介紹

TRANSFER算法執行2路輸入之間的切換。如果數字量輸入FLAG為TRUE，則輸出等于IN2輸入與其增益的積加上其偏置值；如果數字量輸入FLAG為FALSE，則輸出等于IN1輸入與其增益的積加上其偏置值；如果輸出值大于輸出點的最大值TPSC，則輸出為該最大值TPSC；如果輸出值小于輸出點的最小值BTSC，則輸出為該最小值BTSC。算法功能符號如圖1所示，圖中各量參考算法定義如表1所示。

圖1　TRANSFER算法功能符號

2　DCS控制回路切換擾動分析及處理

該發電廠自2010年投產以來，熱工控制回路總體運行良好，滿足了控制要求。但在5年多的運行過程中，當機組工況發生變化時，熱工控制回路切換曾出現典型擾動，導致異常故障。

2.1案例1

2.1.1故障經過

在校驗F給煤機時，瞬時給煤量測點偶然出現傳感器異常，導致測點為壞質量，隨后測點恢復正常。2014-12-06T11：10，機組負荷600 MW，A，C，D制粉系統運行，AGC指令機組升負荷，啟動F制粉系統。待F給煤機投入運行時，由于OVATION系統的質量傳遞及控制回路設計的自保持功能，控制回路切換時導致給煤率變壞點，燃料主控切手動，鍋爐主控切手動，機組CCS退出，AGC退出。

表1　算法定義

2.1.2故障原因分析

機組發生故障后，熱工人員首先分析燃料主控切手動條件。這是因為燃料主控切手動后，將導致鍋爐主控切手動，CCS退出，AGC退出。燃料主控切手動的條件有：燃料量偏差大，機組干態時所有給水控制在手動，MFT動作，所有給煤機控制在手動及燃料量測量值為壞質量。在OVATION系統中，測點質量為壞質量時，由于測點壞質量傳遞將導致所有引用該點生成或計算的量變成壞質量；同時，會退出相應引用回路的自動狀態，切到手動狀態。

經檢查確認，燃料量偏差大，機組干態時所有給水控制在手動、MFT動作及所有給煤機控制在手動條件均未觸發，控制器、服務器等均未發現異常。因此，唯一可能引起此次異常故障的只有燃料量測量值為壞質量。

燃料量測量值是給煤機給煤率相加的計算值，該值為壞質量，說明給煤機給煤率為壞質量。由于剛啟動F給煤機，熱工人員懷疑是該給煤機的瞬時給煤量測點變壞質量。查看異常工況歷史曲線，發現F給煤機瞬時給煤量測點質量為好質量，但F給煤機給煤率卻出現27 s壞質量。

瞬時給煤量經過邏輯運算生成給煤率信號，邏輯如圖2所示。查歷史曲線，發現F給煤機校驗時，F給煤機停止前瞬時給煤量變壞質量，F給煤機停止后瞬時給煤量又恢復成好質量。F給煤機給煤率出現27 s壞質量原因是：給煤率計算回路里的瞬時給煤量變壞質量自保持，壞質量傳遞給給煤率，具體分析如下。

(1)給煤機校驗時，運行信號為1，切換算法3選擇N路，由于壞質量傳遞，導致壞質量在切換算法3處自保持。此時由于給煤機校驗，磨煤機停止信號為1，切換算法1選擇Y路，給煤機給煤率為0，質量為好質量。

(2)給煤機停止后，切換算法3選擇Y路，由于此處設計的切換自保持，導致算法3出口為壞質量，同時切換算法2選擇N路，所以切換算法2出口為壞質量，此時因磨煤機還是停止狀態，給煤機給煤率還是好質量。

(3)升負荷時，啟動F制粉系統，制粉系統啟動順序為：先啟動磨煤機，后啟動給煤機。磨煤機啟動后，切換算法1選擇N路，由于在前一時刻，N路質量為壞質量，壞質量沿算法邏輯傳遞到給煤機給煤率，給煤率變壞質量。給煤機給煤率之和構成燃料主控的測量值，由于壞質量傳遞，導致燃料主控的測量值變壞質量，從而導致燃料主控切手動，鍋爐主控切手動，CCS退出，AGC退出。此次瞬時給煤量變壞質量，在很長一段時間內，熱工人員未發現異常，主要是因為切換算法及設計切換邏輯時無擾切換保持回路，導致壞質量一直保持在回路中，當回路不切換時，難以發現此缺陷。

2.1.3邏輯優化

為避免停運的給煤機校驗瞬時給煤率變壞質量并經傳遞、自保持，導致CCS退出、AGC退出等異常情況，現對給煤機給煤率邏輯進行優化：取消切換算法3處多余的切換算法及自保持回路，增加給煤機給煤率點故障報警功能。

圖2　給煤率控制邏輯

2.2案例2

HWL閥(擴容器進口管道水位調閥)由手動控制，在機組降負荷停機過程中，HWL閥控制回路由于切換擾動，導致HWL閥非手動全開。

2.2.1故障經過

2014-10-10T20：00，機組負荷500 MW，HWL閥手動控制，機組滑參數停機。

20：53，機組負荷低于380 MW，HWL閥突然全開，運行人員緊急手動關閉HWL閥。

2.2.2故障原因分析

故障發生后，熱工人員檢查DCS操作記錄，發現無運行人員手動開啟記錄，DCS控制器及網絡設備未出現異常。進一步檢查，發現HWL閥開啟指令由DCS發出，其控制邏輯如圖3所示。

圖3　HWL閥控制邏輯

機組負荷500 MW時，運行人員將HWL閥切手動控制。在停機過程中，汽水分離器內壓力變化，出現“虛假水位”，儲水箱水位高于13 m，HWL閥超馳控制， HWL閥手操站輸出指令到100 %。由于此時發電機功率高于380 MW，切換算法1選擇Y路，HWL閥控制指令為0，HWL閥處于關閉位置。在停機過程中，當機組負荷降低于380 MW時，切換算法1選擇N路，HWL閥指令立即增大到100 %，閥門全開。

2.2.3邏輯優化

為避免停機過程中HWL閥非人為原因開啟，節約工質及回收能量，現對HWL閥控制邏輯進行優化。取消儲水箱水位大于13 m的超馳打開控制條件，增加儲水箱水位大于15 m時HWL閥切至手動控制，并增加了報警功能。

3　 控制回路切換擾動防范措施

避免控制回路切換擾動的措施有：優化控制回路組態邏輯，去掉不必要的切換邏輯及自保持邏輯；對傳感器故障導致壞質量要求低的控制回路，取消壞質量傳遞功能；邏輯組態時，注意回路切換前后的控制狀態、壞質量傳遞、控制量等問題。

4　 結束語

OVATION系統在DCS熱工切換回路要實現廣泛應用，其關鍵點在于設計合適的回路，避免切換前后擾動及可能出現的異常。本文分析了OVATION系統2種常見的回路切換故障，希望對同類型機組DCS設計組態具有一定的借鑒意義。

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8 王繼華，嚴 明，張 偉，等.OVATION系統虛擬仿真技術研究與實現[J].電力科學與工程，2014，30(4)：43-47.

閆 超(1983-)，男，助理工程師，主要從事火電廠熱工控制及優化工作，email：13433554681@139.com。

張蘭華(1984-)，男，助理工程師，主要從事火電廠熱工控制及優化工作。

林 蕾(1975-)，男，工程師，主要從事火電廠熱工控制及優化工作。

作者簡介：

收稿日期：2015-09-22；返修日期：2015-10-20。