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案例頻道 一、 工程概況
內蒙古國華呼倫貝爾發電有限公司建設2×600MW超臨界空冷凝器式燃煤發電機組 。
鍋爐采用哈爾濱鍋爐廠有限責任公司產品。鍋爐為超臨界參數變壓直流爐、一次再熱、
墻式切園燃燒、平衡通風、緊身封閉、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構Π型鍋爐。每臺鍋爐提供一臺立式單級啟動循環泵。
主要參數為： 1913 t/h /25.5 MPa.a /571 ℃ /1585 /282.5 ℃ 。
汽機采用上海汽輪機有限公司的超臨界、一次中間再熱、單軸、兩缸兩排汽直接空冷凝
汽式汽輪機。機組的銘牌出力(TRL)為600MW。汽輪機采用高中壓聯合啟動方式。
主要參數為：600MW /3000r/min /24.2 MPa /566℃/30kPa 。
發電機采用采用上海汽輪發電機有限公司產品。冷卻方式為水、氫、氫。
主要參數為：600MW /50Hz/20000V/0.9。
DCS系統采用杭州和利時自動化有限公司的MACS分散控制系統。其中第一臺機組（1號機組）于2010年11月通過168小時考核，第二臺2號機組于2010年12月通過168小時考核。
二、 系統配置
和利時公司的HOLLiAS MACS系統是用一個開放的系統軟件平臺，將各種控制功能與管理功能相結合，構成了一個集成開放的系統平臺。在此基礎上，和利時公司結合不同行業自動化控制的需求特點，推出專業化的控制方案，最大限度地滿足不同行業的應用需要。
內蒙古國華呼倫貝爾發電有限公司一期工程包括#1機組和#2機組，分散控制系統的控制范圍包括單元機組、機組脫硫系統和一期公用系統。整個DCS系統按照HOLLiAS MACS的網絡結構劃分為#1機組、#1、2機組脫硫、#2機組以及公用系統共四個域，并且與電廠管理信息系統（MIS）、監控信息系統（SIS）等留有通訊接口。
單元機組DCS的監控范圍包括鍋爐及其輔助系統、汽輪機及其輔助系統、空冷控制系統、DEH控制系統、發電機變壓器組、廠用電系統等。機組脫硫系統DCS的監控范圍包括脫硫增壓風機、吸收塔、氧化風機等。一期公用系統的監控范圍包括一期廠用電公用部分、輔機冷卻水泵、燃油泵房、空預器清洗系統等。同時，DCS還與空預器間隙調整PLC程控系統等進行通信。
DCS的主要功能包括：數據采集系統（DAS）、模擬量控制系統（MCS）、順序控制系統（SCS）、鍋爐爐膛安全監控系統（FSSS）、旁路控制系統（BPS）、空冷控制系統（ACC）、DEH控制系統、電氣控制系統（ECS）、脫硫系統（FGD）控制等。
國華呼倫貝爾發電有限公司一期工程的DCS控制系統硬件配置示意圖（單元機組和公用系統）如下:
2.1 DCS網絡結構
HOLLIAS MACS分散控制系統，可以劃分為監控層和控制層兩個層次。監控層的設備主要包括工程師站、操作員站、通訊站等；控制層的設備主要包括實現各種控制功能的控制站（包括遠程控制站和遠程I/O站）。
工程師站、操作員站和通訊站等與系統服務器的互連，通過監控網（M-NET）使用以太網協議通訊，通訊速率100Mbps。
控制站與系統服務器的互連，通過系統網絡（S-NET）使用HSIE網絡協議，通訊速率10/100M自適應。HSIE網絡協議基于可靠的工業以太網通訊協議，信息傳輸實時、可靠。
控制站內部的數據通訊網絡稱為控制網（C-NET），控制網采用Profibus現場總線。使用Profibus-DP協議，通訊速率500Kbps，實現控制器與過程I/O模塊的通訊，符合IEC61158國際標準。所有支持Profibus-DP協議的控制器（如PLC）和智能儀表只要提供相應的GSD設備文件，都能作為主控的從站與HOLLIAS MACS系統進行通訊。
HOLLIAS MACS系統的網絡結構具有靈活的擴展性，對于距離電子設備間較遠的控制現場，可以通過在現場設置遠程控制站或遠程I/O站的方式接入系統。例如本項目中，在燃油泵房現場設置遠程I/O站對燃油泵進行控制。遠程控制站和遠程I/O站采用光纜通訊，保證了通訊的速度和質量。
2.2 DCS硬件配置
HOLLIAS MACS分散控制系統的硬件設備主要包括控制機柜、工程師站、操作員站、數據服務器、通訊站、大屏幕顯示器、激光打印機等。另外，根據DCS合同要求，集控室和工程師站的操作臺、緊急跳閘按鈕操作盤、UPS電源分配柜（含切換裝置）、接地柜等設備也由和利時公司供貨。
工程師站是配有系統組態軟件的計算機，工程師站對應用系統進行功能組態，包括操作員站組態和控制器組態，并進行在線下裝和在線調試，是工程師對工程實施各種控制策略和人機交互方式的工作平臺。
操作員站是配有實時監控軟件和各種可配置的人機接口設備的計算機，完成對生產過程和現場參數的實時監視與操作。操作員站可全面完成對現場工藝狀況的顯示、報警、打印、歷史數據記錄和再現以及報表等功能。本工程中，DCS的工程師站和操作員站采用研華工控機, 型號為Ipc-610MB/AIMB-763G2，運行在基于Windows NT/2000構架的Windows XP中文版SP2平臺之上。
數據服務器采用高性能服務器，完成實時數據庫及歷史數據庫的管理和存取，服務器為雙冗余配置，并可根據實際工程規模靈活配置。本工程DCS的數據服務器采用DELL機架式服務器，型號為PowerEdge 2950，操作系統為Windows Server 2003。
HOLLIAS-MACS系統中，較復雜的計算和管理任務交給網絡上的高性能的數據服務器，頻繁與操作員打交道的人機界面等任務交給操作員站。這種體系結構結構靈活、處理效率高，易于擴充、適應范圍廣，可維護性強。
運行人員通過操作員站上的人機界面將請求發給數據服務器，而由高性能的數據服務器完成專門負責數據庫的操作和維護，同時把結果返回給人機界面或將指令下傳到主控單元。在網絡里傳輸的只有SQL語句和結果數據，提高了整個系統的吞吐量和響應時間。
三、 控制功能
3.1 主要工藝系統特點 ：
主蒸汽和再熱蒸汽均采用單元制系統。機組旁路系統采用30%啟動旁路。
給水系統：采用3臺35%容量電動給水泵。給水操作臺設兩路，主路不設調節閥，正常運行時給水的調節通過控制給水泵的轉速來實現，旁路上設置一個給水調節閥，供啟動和低負荷時使用。采用帶爐水循環泵的啟動系統，通過循環泵將疏水打入省煤器入口。
風煙系統：煙風系統按平衡通風設計, 空氣預熱器為三分倉容克式空氣預熱器，冷端風側采用暖風器加熱方式。每臺爐配2臺動葉可調軸流送風機，2臺動葉可調軸流一次風機，2臺動葉可調軸流式引風機。
制粉燃燒系統：選用中速磨正壓直吹式制粉系統采用七臺中速磨。
回熱系統：7級（3高＋1除氧＋3低）非調整回熱抽汽系統。
空冷系統：機械通風直接空冷系統。設有56臺冷卻風機。
輔機冷卻水系統 ：采用帶機械通風冷卻塔的再循環供水系統，二臺機組設三臺冷卻水泵、一根供水母管及一根回水母管。
3.2 鍋爐爐膛安全監控系統（FSSS）
FSSS控制系統主要包括鍋爐自動吹掃邏輯；油檢漏試驗程控邏輯；MFT動作及首出邏輯；冷卻風系統的保護聯鎖和油角的點火程控啟、停；磨組系統的保護聯鎖和程控啟、停等等，各功能均有專用的操作、指示面板。
3.3 順序控制系統（SCS）
SCS功能主要完成機組輔機、加熱器及各種閥門的操作、聯鎖、保護及程控等控制功能。
3.4 協調控制系統（CCS）
CCS負荷管理中心對負荷指令進行限速、限幅、閉鎖增減等處理后得出實際負荷指令。分別送入鍋爐的燃燒、給水、汽機的調速系統，維持機組的風/煤、水/煤比，使機組安全穩定運行。同時也可實現RB、一次調頻等功能。機組采用定-滑-定運行方式。自動發電控制（AGC）以機爐協調控制方式為基礎，可接受電網發來的負荷指令，快速響應電網負荷的需要。
3.5 模擬量控制系統（MCS）
MCS功能主要完成對調節設備的控制和多套自動調節回路，主要模擬量控制包括了：送風機控制、爐膛壓力控制、一次風機控制、給水控制（分離器出口焓值控制）、過熱器多級減溫控制（主汽溫細調）、再熱汽溫控制、磨煤機風量控制、磨煤機出口溫度控制、除氧器水位、輔助系統控制等等。
3.6 空冷控制功能（ACC）
ACC功能主要完成機組空冷系統的監控，實現風機和真空泵的啟、停控制和連鎖保護。ACC可根據機組負荷、環境溫度以及背壓值，自動控制風機的啟、停和調節轉速，自動控制真空泵的啟、停和連鎖，以控制汽機背壓在允許范圍內。
3.7 電氣控制系統（ECS）
ECS功能除了完成對斷路器的控制外，還對廠用電切換裝置、機組勵磁裝置及同期裝置等電氣設備進行操作控制。
3.8 旁路控制系統(BPS)
旁路系統分為高壓和低壓兩級。高壓旁路為從過熱器出口的主蒸汽經減溫、減 壓后到再熱器的進口，低壓旁路為從再熱器出口的蒸汽經減溫、減壓后去凝汽器。為了配合 鍋爐和汽機的特定運行規律，旁路系統完成以下功能：
（1）鍋爐啟動過程中的汽溫、汽壓控制，避免再熱器干燒；
（2）在鍋爐汽壓過高時，減少對空排氣，避免鍋爐超壓，并回收汽、水；
（3）配合汽機實現中壓缸啟動和帶負荷控制，以減少轉子在啟動過程中的熱應力；
（4）在發電機甩負荷時，維持汽機空載運行或帶廠用電運行，以便外界故障消除后能 及時并網帶負荷。
3.9 DEH系統
DEH系統完成汽輪機從開始沖轉—并網帶負荷--正常運行調節全部過程，汽輪機通常采用定——滑——定啟動模式。汽輪機啟動階段，鍋爐燃燒率維持不變。汽輪機所需的啟動蒸汽壓力由旁路系統控制，維持不變。蒸汽溫度由鍋爐溫控系統控制，維持不變（約30%負荷）。機組并網帶負荷且旁路閥全關后，逐漸增加鍋爐燃燒率，蒸汽升溫、升壓，滑參數加負荷（約30~90%負荷）。正常運行期間（90%負荷以上），由鍋爐壓控系統維持蒸汽壓力不變；鍋爐溫控系統維持蒸汽溫度不變；由汽機功控系統通過改變調門開度，以滿足電網對發電機功率的要求。由于超臨界鍋爐的蓄能較小，在汽機調整電功率的同時，需要兼顧限制蒸汽壓力的波動幅度。
汽輪機采用高壓主汽門沖轉、高中壓聯合啟動方式。汽輪機剛啟動時高壓調節閥及中壓主汽門全開，600r/min 以下IV 控制進汽，600~2900 為TV-IV 控制進汽，2900 以上為GV 控制進汽、IV 保持。并網后為GV-IV 控制進汽。中壓調節閥的開度比高壓的大3 倍，在整個正常調節過程中不節流，只是在超速限制、保護動作時才起節流作用。
(1)DEH電氣控制部分
DEH電氣部分由BTC基本控制站、ATC自啟動控制站組成，共有3個機柜。機柜中安裝有冗余主控單元及各種I/O模塊（如圖所示），以完成各種控制功能。服務器、工程師站及操作員站與DCS系統共用，主要完成數據庫管理、控制組態及監視操作等功能。
(2)DEH液壓控制部分
液壓控制部分是DEH控制系統控制指令的最終執行者，主要包括：油源系統、AST跳閘&OPC超速系統、電液油動機。
(3)DEH控制系統在呼倫貝爾工程應用的特點:
1、一次調頻
一次調頻是保證電網頻率穩定很重要的基礎作用，發電機組的轉速有差調節反饋是實現電網一次調頻作用最有效的手段，機組轉速反饋同時也是機組運行安全最有力的保障。
傳統DEH系統，在升速階段一次調頻功能不起作用。在機組并入大電網后，而由于通常電網頻率較穩定，也不能檢驗一次調頻的動態性能。有的在孤網狀態下甚至是不穩定的。
與傳統DEH比較采用了快速一次調頻回路，以提高一次調頻動態響應性能。一次調頻信號不加任何切換邏輯，直接作用到DEH的總閥位給定。機組在任何工況下，轉速反饋都存在，對機組及電網的安全運行提供了有力的安全防護。在升速階段即可驗證一次調頻的穩定性。另外，在機組并網帶負荷時，若實際發電機并未并網。對于傳統DEH由于其一次調頻功能尚未投DEH控制系統SAMA圖主回路入，帶初負荷的指令會引起機組超速。由于此DEH一次調頻功能的調節作用，帶初負荷的指令只會使機組轉速升高15r/min左右。
2. 雙冗余LVDT低選功能設計
LVDT雙通道高選位置反饋方式，若兩個LVDT同時斷線，則油動機將全開，因此不滿足伺服系統安全設計原則。因此將原LVDT斷線檢測判斷后，拉低LVDT解調后的直流電壓，改為拉高LVDT直流電壓；將原LVDT直流電壓高選電路，改為低選電路，這樣若單個LVDT斷線，該LVDT直流電壓大于閥位指令電壓，由于采用低選電路，將不影響伺服系統的正常工作。若兩個LVDT均斷線，LVDT直流電壓大于閥位指令電壓，油動機將全關。這樣修改后可同時滿足安全和冗余設計原則。目前情況，DEH卡件具備此項功能，但是隨汽輪機配供的LVDT是單路的，只有到達現場后進行改造。
3. 主汽門調門切換
DEH升速過程采用主汽門(TV)控制，當升速到2950 r／min時，切換閥門，由主汽門控制切換為高壓調門(GV)控制，最后定速3000 r／min。
常規的閥切換經常由于TV與GV的開起和關閉速率配合不好而造成的汽機轉速波動很大，為此，通過改進閥切換控制方案：閥切換開始時，開高調門系數由1逐漸變為0，并且轉速PID同時作用于TV和GV，即：
GV閥位輸出＝開高調門系數×100＋（1－開高調門系數）×閥位給定（轉速PID輸出）
TV閥位輸出＝（1－開高調門系數）×100＋開高調門系數×閥位給定（轉速PID輸出）
采用新的閥切換控制方案后，在機組的各次起動中，汽輪機轉速在DEH進行閥門切換過程中非常穩定，轉速波動不超過5 r／min，滿足了DEH 汽輪機轉速控制的要求。
3.10 脫硫系統（FGD）控制
本期工程的兩臺機組，同步配套煙氣脫硫系統。煙氣脫硫裝置采用石灰石/石膏濕法脫硫工藝，按一爐一塔配置，設有兩臺增壓風機。
FGD的控制功能分為調節功能和順控功能，主要包括增壓風機入口壓力控制、石灰石漿液濃度控制、脫硫塔pH值及塔出口SO2濃度控制、吸收塔液位控制、石膏漿排出量控制以及脫硫系統FGD啟動/停止順序控制、煙氣系統啟停控制、除霧器清洗程控、石灰石破碎輸送系統順控、石灰石制漿系統順控、吸收塔系統順控、石膏脫水系統順控等。
四、 通訊接口
HOLLIAS MACS系統具有廣泛的開放性，支持TCP/IP、OPC/ODBC、MODBUS 、Profibus等通訊協議，采用RS232/RS422/RS485、以太網絡等接口方式，可以通過系統的通訊站實現與其它系統的信息交流，系統間根據需要實現單向或雙向通訊。
本期工程的單元機組設有一臺SIS接口站和兩臺通訊站，以實現與電廠SIS系統和機組IDAS系統的通訊。SIS接口站，采用OPC方式與SIS系統通訊。SIS接口站運行通訊服務軟件，將機組各系統的主要參數送至電廠SIS系統，供電廠生產管理人員在辦公室查閱。每套SIS接口站均有3個以太網通訊口和招標文件要求的硬件防火墻。兩臺通訊站采用MODBUS等通訊協議，與機組IDAS系統進行數據交換，實現DCS對機組的集中監控。主要包括：鍋爐各受熱面壁溫、空預器間隙調整PLC程控系統、發電機定子線圈溫度、發電機定子鐵心溫度等。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號