基于DCS的電廠燃油系統遠程控制改造

楊一明

（山西大唐臨汾熱電有限責任公司，山西 臨汾 041000）

燃油系統是電廠中的重要系統，其主要作用是在機組的啟動階段，通過燃燒燃油為煤的燃燒提供能量，引燃煤粉；在鍋爐低負荷運行、燃燒工況不穩定等情況下穩定鍋爐燃燒，調整火焰中心，保證鍋爐的安全穩定運行等[1]。燃油系統的穩定可靠對電廠安全運行極其重要。

1 改造前燃油系統的運行方式

大唐臨汾熱電公司燃油系統共設置3臺AY型離心式供油泵，用于將鍋爐點火和助燃所需的輕柴油從燃油泵房供至鍋爐，其中1號和2號兩臺供油泵加裝ABB系列變頻器（帶工頻旁路，可在變頻與工頻模式之間切換），采用一拖一帶自動旁路方式。變頻方式運行時，變頻器可根據燃油母管壓力自動調節油泵電機頻率，頻率信號由變頻器給定。變頻范圍在燃油泵電機旋轉速度的0%～100%之間。變頻燃油泵也可以旁路工頻方式運行，以恒定功率輸出，實現變頻與工頻運行方式的切換。

圖1 修改后燃油系統畫面Fig.1 Modified fuel system screen

變頻器安裝在化學配電室的變頻器柜內，在變頻器殼體的前門裝有一個按鍵界面（控制板），運行人員可通過手動操作實現對兩臺變頻泵的控制。3號泵為工頻泵，作為緊急情況下的備用，啟停操作也在化學配電室內完成。正常情況下，燃油系統的運行方式為1號或2號變頻泵變頻方式運行，變頻器根據燃油母管壓力實現變頻調節。

運行人員對油泵的啟停、母管油壓的設定等操作都需要到就地變頻器柜處，在按鍵界面上進行，不僅增加了設備操作的難度，增加了操作所需的時間，而且遇到運行中的油泵因故障跳閘等緊急情況時，沒有聯鎖啟動備用泵功能，仍需運行人員去往就地配電室手動啟動備用泵。此時燃油將中斷，從安全性和可靠性上都不利于機組的長期穩定運行。

2 計劃改造的主要內容

針對燃油系統存在的問題，經過設計與可行性的研究，計劃對燃油系統進行改造，以實現以下功能：

1）上位機增加3臺油泵的操作端，運行人員可通過上位機操作，完成對1、2號供油泵的遠程變頻控制操作和3號供油泵的遠程工頻控制操作；1、2號供油泵不設置遠方工頻啟動、遠方工頻停止的相關操作端。

2）正常方式下，1號或2號供油泵默認以變頻方式運行，3號供油泵備用。當燃油系統母管油壓低或運行的變頻泵故障停運時，聯鎖啟動投入備用的3號供油泵，以保證供油系統的安全運行。

3）當1號或2號供油泵以變頻方式運行，而3號供油泵因檢修無法運行或未投入備用時，可將另一臺未運行的變頻泵投備用。變頻泵“備用”狀態的投入與切除作為變頻泵“工頻”與“變頻”方式切換的信號送往變頻器，以供變頻器在工頻與變頻狀態之間切換。當系統油壓低或運行的變頻泵故障停運時，以工頻方式聯鎖啟動投入備用的變頻泵（已切工頻旁路），但不允許兩臺及兩臺以上供油泵（包括3號供油泵）同時投備用。

4）1號或2號供油泵在變頻方式模式下運行時，可通過上位機切換手動和自動模式：手動模式由運行人員手動調整變頻器頻率來調節供油母管油壓；自動模式由運行人員通過設定油壓控制目標值來控制供油母管油壓[2]，但要對1、2號變頻泵自動模式設置相互閉鎖，禁止兩臺變頻泵同時投入自動，否則將影響供油母管油壓的自動調節。

5）上位機增加1、2號變頻泵的狀態信息，包括：遠方/就地方式、變頻運行反饋、變頻停止反饋、變頻故障反饋、工頻運行反饋、工頻停止反饋、工頻故障反饋等。

3 燃油系統遠程控制改造方案的確定與實施

經過設備部、發電部相關專業人員與會討論，并最終確定了燃油泵變頻邏輯遠程控制方案。

3.1 燃油系統畫面修改方案

3.1.1 增加3臺油泵的操作端，增加DCS至燃油遠程柜的IO信號（需敷設電纜供信號傳輸），其中開關量信號5路，模擬量信號1路

1）工頻啟動指令：干接點，發出5s脈沖信號，供油泵以工頻方式啟動。

2）工頻停止指令：干接點，發出5s脈沖信號，供油泵工頻停運。

3）變頻啟動指令：干接點，發出5s脈沖信號，供油泵以變頻方式啟動。

4）變頻停止指令：干接點，發出5s脈沖信號，供油泵變頻停運。

5）工頻/變頻切換指令：干接點，發出3s脈沖信號，供油泵變頻器在變頻狀態與工頻旁路狀態之間切換。

6）模擬量：供油泵變頻器頻率設定值。

3.1.2 增加燃油遠程柜至DCS的IO信號（需敷設電纜供信號傳輸），其中開關量信號有7路，模擬量信號1路（燃油母管油壓信號已上傳）

1）遠方/就地方式反饋。

2）變頻運行反饋。

3）變頻停止反饋。

4）變頻故障反饋。

5）工頻運行反饋。

6）工頻停止反饋。

7）工頻故障反饋。

8）模擬量輸出：油泵變頻器頻率輸出。

3.2 燃油系統邏輯修改方案

3.2.1 1號供油泵工頻方式下邏輯（1號與2號供油泵相同）

1）啟動允許（與邏輯）：

① 1號供油泵變頻器在工頻模式。

② 1號供油泵遠方模式。

圖2 1號供油泵變頻自動調節邏輯（2號供油泵相同）Fig.2 No.1 Oil supply pump variable frequency automatic adjustment logic (No.2 Oil supply pump same)

圖3 3號供油泵邏輯Fig.3 No.3 Oil supply pump logic

③ 1號油泵變頻器無故障。

2）聯鎖啟動（1號供油泵備用模式下，或邏輯）：

① 2號供油泵停止，發出3s脈沖信號。

② 3號供油泵停止，發出3s脈沖信號。

③ 供油出口母管壓力低，延時2s，發出3s脈沖信號。

④ 供油泵出口母管壓力小于2.6MPa，延時2s，發出3s脈沖信號。

3）保護停

1號供油泵工頻故障。

3.2.2 1號供油泵變頻方式下

1）變頻啟動允許（與邏輯）：

① 1號供油泵在變頻模式。

② 1號供油泵遠方模式。

③ 1號供油泵變頻器無故障。

2）保護停止：

1號油泵變頻器變頻故障。

3）1號泵變頻器自動調節方式投入條件（與邏輯）：

① 1號油泵變頻運行。

② 1號供油泵無自動切除條件。

4）1號泵變頻器自動調節方式切除條件（或邏輯）：

① 1號供油泵未在變頻方式下運行。

② 1號油泵變頻器變頻故障。

③ 2號供油泵在自動狀態。

④ 供油母管壓力測點變壞點。

⑤ 1號油泵電機轉速指令與反饋偏差大。

⑥ 燃油母管油壓設定值與測量值偏差大。

5）增加燃油自動調節邏輯，引入PID調節器和模擬量控制M/A站進行燃油母管油壓的自動調節。

3.3 工頻供油泵邏輯（3號供油泵未加裝變頻器，只在工頻方式運行）

3.3.1 啟動允許（與邏輯）

1）3號供油泵遠方模式。

2）3號供油泵無故障。

3.3.2 聯鎖啟動（備用模式下，或邏輯）

1）1號油泵停止運行，發出3s脈沖信號。

2）2號油泵停止運行，發出3s脈沖信號。

3）供油出口母管壓力低，延時2s，發出3s脈沖信號。

4）供油泵出口母管壓力小于2.6MPa，延時2s，發出3s脈沖信號。

3.3.3 保護停

3號供油泵故障。

根據制定好的改造方案，利用機組雙停檢修時機，對燃油系統進行了改造，最終成功完成了基于DCS的燃油系統遠程控制的改造。

4 調試驗收

改造完成后，制定合理的實驗方案。在機組工況允許時，對燃油系統進行靜態試驗和動態試驗。由上位機分別對各供油泵進行啟動、停止操作，確認各油泵動作正確，狀態反饋信號正確。通過手動停止油泵和仿真燃油母管油壓信號達到聯鎖值等方法，聯鎖啟動相應投入備用的供油泵正確。檢查確認各供油泵邏輯各環節運行正常、參數配置合理、手自動切換正常、保護聯鎖正確，對變頻器和燃油母管壓力的手動、自動控制滿足系統要求[3]。

5 總結

基于DCS的燃油系統遠程控制的改造方案是可行的，大唐臨汾熱電有限責任公司針對燃油系統原有運行方式中存在的問題進行優化升級，最終設計并完成了燃油系統遠程控制的改造。改造后設備運行穩定，運行人員可通過上位機對供油系統進行遠程控制，極大方便了運行人員的操作，降低了工作量，且增加了母管油壓聯鎖保護功能，極大提升了系統安全性與可靠性；變頻泵投入自動后，由邏輯自動調節燃油母管油壓，調整效率進一步得到提高，為本廠的長期安全運行打下了良好的基礎。