大型火电机组DCS控制器配置及安全性研究.docx
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大型火电机组DCS控制器配置及安全性研究
第30卷第5期
湖南电力
HUNANEI正CTRICPOWER2021年l0月
doi:
10.3969/j.issn.1008-0198.2021.05.007
大型火电机组DCS控制器配置及平安性研究
倪宏伟
(湖南省电力公司试验研究院,湖南长沙410007)
摘要:
针对超超临界机组DCS系统控制器的配置实例,指出DCS控制器配置存在的
问题、对机组的平安性影响,并提出切实可行的配置原那么和解决方案。
关键词:
超超临界机组;DCS;控制器;火电机组
中图分类号:
TM621.3文献标识码:
B文章编号:
1008-0198(2021)05-0021-03
ResearchondistributionandsecurityofDCScontroller
forultra·supercriticalunit
NIHong-wei
(HunanElectricPowerTest&ResearchInstitute,Changsha410007,China)
Abstrart:
BasedontheexampleofDCScontrollerdistributionforultra—supercriticalunits,thefaultofDCSControlleris
indicatedandtheinfluencingfactorofunitssecurityisanalyzed.ThepracticaldistributionprinciplesandsolutionsofDCS
Controllerareputforward.
Keywords:
ultra—supereritical;distributedcontrolsystem(DCS);controller
随着火电机组向高参数、大容量方向开展,
DCS系统的平安性和可靠性对机组的平安稳定运行
愈来愈重要。
DCS的选型和初步设计是保证系统可
靠性的第一步,也是关键的一步。
由于各厂家的DCS结构不同,分散控制单元
的处理能力也有所区别,即使对于同一台机组,采
用不同的DCS系统,其控制器等的配置数量也会
有所差异。
合理地确定控制器的数量和对控制
器功能进行优化配置,将切实解决当前大型火电机
组DCS控制器配置的片面性和局限性,对提高机
组的平安稳定经济运行具有重要的意义。
目前,
1000MW机组中有70%~80%的机组DCS采用
EMERSON公司的OVATION系统。
文中以某厂
1000MW超超I临界机组为对象,对其DCS系统控
制器配置情况进行分析,指出目前配置中存在的问
题,在此根底上提出切实可行的配置方案。
收稿日期:
2021-07-01
1控制器配置实例
某厂1000MW机组DCS采用EMERSON公司
的OVATION系统,DCS由过程站、数据通讯系统
和人一机接口组成。
整套系统包括数据采集系统
(DAS)、模拟量控制系统(MCS)、顺序控制系统
(scs)、锅炉炉膛平安监控系统(FSSS)、电气控
制系统(ECS)、机组自启停系统(APS)等各项
控制功能。
单元机组配置28对冗余的控制器,控
制器分配采用工艺系统和功能相结合的原那么,将
DAS系统测点混合分配在各系统中,不设计独立
DAS系统。
此外,公用系统还配置了3对冗余控
制器。
DEH和MEH系统为上汽配套提供,采用西
门子SPPA—T3000分散控制系统,其中DEH配置
3对冗余控制器,MEH配置2对冗余控制器。
表1
列出了单元机组的控制器分配的具体情况(不包
括DEH和MEH系统)。
·2l·
第30卷第5期湖南电力2021年10月
2控制器分配的主要问题及对机组安
全的影响
2.1按功能划分或按工艺划分
在进行DCS控制器分配时,传统的划分原那么
是按照控制系统的功能来划分,如DAS,FSSS,
汽机SCS,锅炉SCS,MCS,ECS等。
在这种划分
原那么下,DAS系统专门划分了控制器,测点相当
表1DCS控制器配置方案
控制器号控制器分配鬃曩点I/数O{;黪
Drop01协调控制、上下旁控制MCS27013
Drop02给水控制、锅炉启动系统MCS35725
Drop03过热汽温控制MCS38824
Drop04曩蓊:
藉j囊风控制、一次风Mcssz13
Drop05二次风门控制MCS3857
Drop06锅炉疏水、减温水、锅炉排渣系统BSCS52947
Drop07A侧风烟系统BSCS35231
Drop08B侧风烟系统BSCS35729
Drop09FSSS公用系统,主保护FSSS2049
Dropl0脱硝控制、锅炉壁温BSCS119914
Dropl1制粉系统A、AB油层FSSS42233
Drop12制粉系统B、等离子点火FSSS32922
Dropl3制粉系统C、CD油层FSSS42233
Dropl4制粉系统DFSSS23917
Dropl5制粉系统E、EF油层FSSS42233
Dmpl6制粉系统FFSSS24217
Dropl7吹灰程控BSCS60744
Dropl8吹灰程控BSCS65842
Dmpl9袅桑锰i号段抽汽盛’ss22
Drop20鼢z22
除氧器系统、低加给水、低加水位控r
Drop21、环水泵c、4~6号段抽汽及’38928
域L,凡
Dro22纂系统A、真空泵是’40531
Drop23鬟秉蘩曩’46732
Drop24;;枭瞻至綦冷水系Tscs甜z,
Drop25裹沓螽箬、润滑油系统、顶轴油TSCS34225
Drop26发变组、高厂变、同期、励磁ECS2785
D~op27厂用变、保安段ECS19613
Drop28APSAPS019
Drop31公用电气ACOM1259
Drop32公用电气BCOM867
Drop33空压机及燃油泵房COM55136
·22·
集中】。
所有的回路调节也都集中在MCS控制器
中,而与相应的工艺系统需要通过硬接线或网络通
讯来实现连锁保护功能,增加了可能存在的故障
点。
自动回路的集中也导致了MCS系统的控制器
负荷率偏高,在某些繁忙的工况(机组启/停或事
故状态)下,可能会导致控制器异常等现象。
随着DCS的开展和电厂工程应用经验的积累,
越来越多的机组在DCS设计时开始按照工艺特点
来划分控制器。
如表1中所列机组的配置,汽机侧
的MCS多为单回路控制,可以按照工艺和相应的
设备驱动级放在同一个控制器中。
DAS系统也不
在单独设置,而是混合分配在各系统中。
2.2DCS控制器的数量
不同厂家的DCS系统其控制器处理能力不同,
大致可分为大控制器和小控制器两类。
即使对于同
一台机组,采用不同的DCS系统,其控制器等的
配置数量也会有差异。
局部DCS供货商采取压缩
系统配置数量的方法来取得价格的竞争力,为以后
的平安运行留下了隐患。
2.3DCS控制器的负荷率
对采用小控制器的系统,如ABB的Symphony
系统,负荷率应严格满足DCS的技术标准要求
(如控制器负荷率<60%)。
而采用大控制器的系
统,如EMERSON的OVATION系统,负荷率表现
为控制器内存的占用率,与所带的I/O点数和中间
点数有关系。
同时控制器处理周期的不合理设置也
会导致控制器负荷率偏高。
有试验数据说明,控制
器处理周期提高1倍,负荷率至少提高15%一
20%。
2.4控制功能的不合理配置
由于DCS功能分配的不合理,致使机组主要
系统的监视、控制和保护功能全部集中在1对控制
器中。
如果该对控制器同时故障,将会导致机组非
停甚至主设备损坏。
3控制器优化配置原那么
3.1以工艺结合功能的方式配置
控制器的分配采用工艺结合功能的方式,以工
艺系统为根底,按照FSSS,SCS,MCS,ECS等功
能进行合理分配。
汽机侧的单回路调节,如上下加
水位调节、轴封蒸汽压力调节等,同相应的SCS
系统分配在同一个控制器中。
这样可以将回路调节
第3O卷第5期倪宏伟:
大型火电机组DES控制器配置及平安性研究2021年1O月
和顺控联锁结合在一起,减少了控制器之间的网络
通讯量,也有效地降低了系统的网络负荷率。
3.2保证控制功能的可靠性
为保证DCS控制功能的可靠,防止1对控制
器故障导致机组非停事故的发生,冗余配置或并列
运行的重要辅机应分别配置在不同的控制器中。
从
表1中可以看出,送风机、引风机、一次风机、凝
结水泵、汽泵系统、磨煤机系统等2台或多台并列
运行的设备,均分配在不同的控制器中。
重要的模拟量控制系统,特别是影响同一个主
要参数的控制回路应配置在不同的控制器中。
如表
1所示,过热汽温控制和再热汽温控制分别配置在
Drop03和Drop04控制器中。
重要的I/O信号,应采用双重冗余甚至三重冗
余配置,且必须配置在不同的I/0模件上。
为保证
影响机组平安的重要参数在控制器故障时的监视,
可在不同对控制器中配置1路。
3.3负荷率原那么
在进行控制器配置时,负荷率应满足DL659—
2006?
火力发电厂分散控制系统验收测试规程?
等相关规程的要求。
所有控制站的CPU恶劣工况
下的负荷率均不得超过60%,数据通信总线的负
荷率不得超过30%,对于以太网,那么不得超过
2O%。
在运用负荷率原那么时,应结合控制器处理周期
的设置来考虑,处理周期的改变将直接影响控制器
的负荷率。
按照DL774—2004?
火力发电厂热工自
动化系统检修运行维护规程?
¨的要求,应满足模
拟量控制系统不大于250ms,开关量控制系统不
大于100ms。
快速处理回路中,模拟量控制系统
不大于125ms,开关量控制系统不大于50ms。
因
此,对于E1s系统可设为50nls,DEH系统可设为
100ms,其余系统一般设为250ms。
3.4系统的独立性
随着越来越多的系统纳入DCS系统,对于一
些功能独立的系统,如吹灰程控(SBC)、机组自
启停(APS)等系统,应单独分配控制器。
对于主
机厂单独供货的系统,如DEH,MEH等,也单独
配置控制器。
4结语
DCS控制器的合理配置关系到整个系统的平安
性和可靠性。
通过对DCS系统控制器配置实例的
分析,指出目前控制器配置中存在的问题。
在此基
础上提出控制器的优化配置原那么,对以后同类型机
组的设计和选型具有一定的指导意义。
参考文献
[1]陈春雷.试论DCS控制器配置准那么[J].西北电建,2004,
(3):
29-30.
(2]贺贤峰.1000MW超超临界机组控制系统设计优化[J].浙
江电力,2021,28
(2):
23-25.
[3]国家开展和改革委员会.DIMT659-2006火力发电厂分散控制
系统验收测试规程(s].北京:
中国电力出版社,2006.
[4]国家开展和改革委员会.DIJT774-2004火力发电厂热工自动
化系统检修运行维护规程[S].北京:
中国电力出版社,
20()4.
作者简介
倪宏伟(1978一),男,汉族,湖南湘潭人,硕士研究生,工程
师,从事大型发电机组热工控制技术的应用研究和调试工
作。
·23·
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- 大型 火电 机组 DCS 控制器 配置 安全性 研究