超超臨界火電機組DCS升級改造

1 DCS改造的必要性

1.1 改造前存在的問題

5號機組DCS系統自2011年初運行至今，已超過9年時間，系統硬件及軟件的故障逐漸增多。主要表現為35對控制器中有15對控制器負荷大于50%，部分控制器甚至超過70%。根據2019年的5號機組DCS負荷率測試報告如表1所示。

表1

根據《DL/T 659-2016火力發電廠分散控制系統驗收測試規程》規定：在任意工況下，DPU負荷率不能大于40%的基本要求。5號機組DCS控制器負荷已處于超警戒水平運行的狀態，經常出現控制器死機現象。其中DEH控制器DROP42/92負荷率達到73%，任務區掃描出現超時現象，對汽輪機的控制是較大的安全隱患。另外工控機因常年累月不間斷運行，經常出現風扇異響、卡頓、藍屏、死機等現象。

1.2 改造的迫切性

隨著電子和通信技術的快速發展及新技術的應用，微處理器、電子元件不斷推陳出新，對系統網絡和工作站及其軟件帶來了巨大的沖擊。目前工作站每3～5年推出一代產品，操作系統軟件每24～36個月就會推出新版本。由于資源更新太快，很多老的資源難以獲得，老系統的設備維護成本會很高，嚴重時甚至會影響到機組的正常運行。

當前電網對網上各發電機組的控制品質和安全運行要求越來越高，并進行相應的考核。其主要原則就是比機組的響應速度和調節品質。因此，要想在競爭過程中獲得更多的發電補償份額，必須保證機組安全、穩定運行以適應現代化大電網的需求，滿足電網各種運行方式的需要。

對電廠控制系統進行升級換代改造，將可以解決以上諸多問題，為機組安全、經濟運行提供重要保障。

1.3 改造方案的選擇

DCS改造方案主要有兩種：

方案一：DCS系統整體重建。此方案將全部拆除原有DCS系統，整體重建全新的DCS系統，包括機柜、電源、接線、網絡、DCS硬件、DCS工作站等。改造中可保留原來系統的現場I/O電纜，利用原有控制盤柜位置，盡可能利用原有的電纜，長度不夠的通過中間轉接柜加以轉接。DCS按新建項目的設計、生產、施工流程，按部就班進行，包括系統I/O點數統計、整理，DCS招標，DCS設計生產(含DPU分配、I/O模件分配、電源網絡配置、邏輯畫面組態)，DCS組裝、測試、聯調。采用此方案DCS機柜需要重新校點、接線、重新組態、畫面編輯、調試等，現場工作量大。此方案成本較高且檢修工期長，遠遠超過機組年度C級檢修計劃時長。

方案二：DCS控制系統部分升級改造，保留原有的DCS控制機柜、I/O卡件及電纜不變。根據現場情況排查，5號機組的Ovation控制系統，除存在系統軟件及核心設備老化問題外，原有機柜、I/O卡件、端子接線等存續狀況良好，可繼續保留使用，基本不需改造。故項目僅升級系統軟件及控制器、人機接口、網絡通信設備，原有機柜、端子接線、I/O卡件保持不動，這樣最大化的利用原有資源，節省投資，也便于系統維護與故障查找。

根據兩種方案比對，方案二避免了接線和校線等繁重工作，出錯概率較低、且工期能夠與機組年度C級檢修時間相匹配，同時從經濟的角度極大地降低了改造成本。

1.4 存在的困難

5號機組DCS系統所控制的設備除了5號單元機組本身外，還涵蓋有公用系統如：空壓機控制系統、升壓站等5、6號機組公用部分，這些系統仍需在改造期間持續保持連續運行。只能采取短時停電進行施工，同時將所涉及主要電氣設備的控制方式由遠方控制切換至就地控制，并安排專人就地進行監護。

2 改造實施方案及過程

2.1 改造前的準備工作

(1)對原DCS系統的所有DPU組態軟件、顯示畫面、操作界面、報警監視、歷史數據報表等DCS應用組態軟件進行備份，將原數據庫文件進行轉換處理，轉換成可導入新系統的數據庫文件。

(2)依照備份信息，安裝新的服務器、歷史站、操作員站、OPC站等，配置相應的網段、系統名、網絡名、單元名及對應鍵值，配置新的網絡設備服務器上裝好windows2012(64)位操作系統，Ovation3.6以上軟件，添加授權等。

(3)DCS所有軟件轉換，應用軟件調試和檢查，確保所有升級后的軟件與原有軟件功能一致。對各種參數做好比對工作，確保新老系統參數一致。在新的操作站上裝上操作系統，與服務器建立連接，裝好Ovation操作站軟件。

2.2 改造過程

(1)保留原有的DCS控制機柜、端子機柜、網絡電源柜，拆除DCS控制柜內控制器CPU模塊、電源模件、通信電纜等。

(2)將仍在運行的公用系統中無法停運的設備(含電氣開關)切換至就地狀態。

(3)將DCS機柜內新組件進行安裝，包括控制器CPU模塊、電源模件、通信模件等，確保在原位置并一一對應。

(4)更換新的通信電纜，接線恢復；更換所有人機接口工作站(包括操作員站、工程師站、歷史站、數據服務器等)，DCS應用軟件下裝；更換網絡通信設備，包括交換機、路由器。

(5)對升級完畢的系統進行檢查測試工作，包括各種邏輯和畫面的操作，以及檢查報警、歷史記錄、對時、操作權限等系統功能。

(6)DCS機柜上電，進行系統檢查，測試I/O通道與邏輯組態；對改造后的DCS系統進行功能測試和性能測試，并出具測試報告。

(7)進行設備單體調試、設備聯鎖試驗、熱態試驗和DCS精調。

3 改造后的效果

經過10天的時間改造后，5號機組DCS由Ovation 3.2升級至Ovation 3.6版本，系統軟件性能大大提高，服務器、歷史站的操作系統為windows2012(64位)，64位操作系統意味著更大的尋址能力，性能大幅提升；控制器采用OCR1100，(Intel Atom控制器1.1GHz，內存256MB，閃存128M，SPI Boot Flash 64M)；DDB從3328增加到4000，數據庫從20萬點增加到25萬點；交換機產品為2960+，支持1000M網絡，網絡容量增加250，000點/秒，網絡數據發布速度更快；操作員站、工程師站、歷史站等人機接口站性能都大幅提升。改造后DCS系統狀態，如圖1所示。

圖1

根據安徽電力科學研究院研究出具的第三方DCS性能測試報告，如圖2所示。

圖2

其中包含了改造后的控制器負荷率測試表格，如表2所示。

表2

報告中對35對DPU負荷率、通信負荷率以及SOE性能均進行了測試，結果顯示負荷率最高的41號DPU為18%，其余平均負荷率在11%左右，遠低于國家規定的DPU負荷率在40%以下的標準。

4 結束語

DCS系統作為大型火電企業控制核心系統，其性能提升的直接提高了整套機組的安全穩定高效運行，有利于減輕運行及維護人員的日常工作量及勞動強度。故本次改造達到了預期的效果。