一體化ETS系統(tǒng)在大唐蘇州熱電公司中的應(yīng)用

程小正

一體化ETS系統(tǒng)在大唐蘇州熱電公司中的應(yīng)用

程小正

大唐蘇州熱電有限責(zé)任公司，江蘇 蘇州 215214

主要對汽輪機ETS系統(tǒng)的發(fā)展沿革進(jìn)行了研究，對比分析了當(dāng)前汽輪發(fā)電機組ETS裝置所廣泛采用的PLC裝置和DCS一體化系統(tǒng)的優(yōu)勢。同時，介紹了大唐蘇州熱電有限責(zé)任公司采用的ABB公司的Symphony Plus一體化系統(tǒng)。

汽輪機；ETS；PLC；一體化

汽輪機作為高速旋轉(zhuǎn)的機械部件，完全依靠人工監(jiān)視、操作是極為不安全的，所以在為汽輪機裝設(shè)危機保安器（機械超速和手動打閘）之外，還必須配置能夠?qū)崿F(xiàn)自動停機的緊急系統(tǒng)，進(jìn)一步保證機組安全啟停和正常運行，同時對汽輪機的軸向位移、轉(zhuǎn)速、振動等參數(shù)，以及軸承溫度、油壓、真空、主蒸汽溫度等熱工參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視、報警和異常保護(hù)。當(dāng)被監(jiān)視的參數(shù)在超過廠家設(shè)計規(guī)定報警值時，發(fā)出報警信號；在超過設(shè)備承受極限值時，保護(hù)裝置動作，關(guān)閉汽輪機主汽門和調(diào)節(jié)門，實行緊急停機。實現(xiàn)這一功能的控制系統(tǒng)我們稱之為汽輪機保護(hù)系統(tǒng)，也稱為危急遮斷系統(tǒng)或ETS（Emergency Trip System）系統(tǒng)。

1 概述

從汽輪機保護(hù)控制系統(tǒng)乃至整個發(fā)電技術(shù)的發(fā)展歷程來看，國外尤其歐美、日本等國家在該領(lǐng)域的發(fā)展起點高。另外，從現(xiàn)狀來看，汽輪機保護(hù)系統(tǒng)依賴于先進(jìn)的計算機控制技術(shù)，而國外在計算機方面的技術(shù)水平高。有這一平臺的支持，國外的汽輪機保護(hù)系統(tǒng)發(fā)展速度很快。

相較而言，國內(nèi)在該領(lǐng)域的發(fā)展起點較低，計算機控制方面的技術(shù)水平不足。相關(guān)的汽輪機保護(hù)系統(tǒng)也是隨著發(fā)電機組技術(shù)的引進(jìn)而來的。目前，國內(nèi)部分大型火電機組的汽輪機保護(hù)方案都是完全進(jìn)口化或者在國外廠家設(shè)計的基礎(chǔ)上做了少量改進(jìn)。由我國自主生產(chǎn)的汽輪發(fā)電機組從20世紀(jì)80年代初開始，最初只能夠仿制國外同類型機組，后來在設(shè)備引進(jìn)的同時也引進(jìn)了設(shè)計、制造、生產(chǎn)技術(shù)。最早國產(chǎn)化的300?MW機組，由于整體屬于仿制，部分核心技術(shù)并未掌握，其調(diào)速系統(tǒng)與國產(chǎn)低容量機組，如125?MW等系列機組差不多，配有調(diào)速泵、中間滑閥、危急遮斷閥、飛錘（飛環(huán)）、啟動器、同步器等復(fù)雜的機械調(diào)節(jié)和保護(hù)EH油路，被稱為“液調(diào)”機組。這種機組配套的汽輪機保護(hù)裝置是簡單的繼電器回路，其保護(hù)邏輯是正邏輯。當(dāng)任一跳閘條件發(fā)生時，跳閘電磁閥帶電，汽機跳閘。這種保護(hù)形式很容易因回路、電源等環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障造成保護(hù)拒動。

2 ETS裝置發(fā)展歷程

20世紀(jì)80年代初期，我國開始引進(jìn)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（Electro-hydraulic Control System）來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械調(diào)節(jié)和保護(hù)油路。機組的控制精度得到了大大提高，同時增強了機組設(shè)備的安全可靠性。在引進(jìn)主設(shè)備的同時，與主機配套的控制系統(tǒng)和控制理念也隨之得到了引進(jìn)。可編程控制器（PLC）和分散控制系統(tǒng)（DCS）在我國的大范圍應(yīng)用以及國內(nèi)自身研發(fā)水平的提升，基于計算機控制平臺的汽輪機保護(hù)系統(tǒng)在國內(nèi)火電機組有了大范圍的應(yīng)用。2000年以后，汽輪機保護(hù)系統(tǒng)在我國的應(yīng)用技術(shù)日趨完善，且取得了一定的成績。汽輪機保護(hù)系統(tǒng)的研究出現(xiàn)了很多新成果。諸多新進(jìn)改造方法的提出使得我國火電機組的安全水平得到了有效提升。

隨著工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，汽輪機保護(hù)系統(tǒng)的硬件也在不斷提高。20世紀(jì)70年代中期以前，汽輪機保護(hù)系統(tǒng)均由電磁繼電器搭設(shè)的控制回路組成，部分采用固態(tài)集成電路構(gòu)成。80年代開始采用冗余的標(biāo)準(zhǔn)型可編程序控制器（PLC）。隨著對人身安全、設(shè)備安全和環(huán)境保護(hù)的要求越來越高，各工業(yè)生產(chǎn)、制造企業(yè)和儀器、儀表自動化行業(yè)對生產(chǎn)過程安全功能，即有生產(chǎn)、制造工業(yè)中安全保護(hù)系統(tǒng)的功能給予了極大的關(guān)注。這些關(guān)注最終促成整個工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的不斷進(jìn)步與完善。在80年代中期以后，隨著安全控制理念的提升、微電子技術(shù)和控制系統(tǒng)可靠性技術(shù)的發(fā)展，專門應(yīng)用于工業(yè)制造、生產(chǎn)安全系統(tǒng)的控制系統(tǒng)、安全型控制設(shè)備和安全解決方案得到迅速發(fā)展和實際推廣。

在20世紀(jì)90年代國外火力發(fā)電廠中，安全型控制系統(tǒng)和安全型可編程序控制器有了許多應(yīng)用業(yè)績，主要用于鍋爐燃燒管理系統(tǒng)（BMS）和汽輪機保護(hù)系統(tǒng)（ETS）。同時期，即在我國火力發(fā)電廠應(yīng)用DCS和PLC的初期，由于對新設(shè)備、新技術(shù)的陌生，火力發(fā)電機組采用軟邏輯實現(xiàn)保護(hù)功能，生產(chǎn)專業(yè)人員對其動作速度和可靠性存有疑慮，因此與機組安全有關(guān)的功能（如汽機緊急跳閘系統(tǒng)ETS，主燃料跳閘MFT、汽機防進(jìn)水保護(hù)、主要輔機的聯(lián)鎖保護(hù)等）大多數(shù)情況下采用電磁繼電器或固態(tài)集成電路組成的硬接線實現(xiàn)邏輯運算[1]。

隨著PLC性能和可靠性的提高以及在國內(nèi)火力發(fā)電廠逐步推廣和成功應(yīng)用，還有國內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)過程中對人身、設(shè)備安全認(rèn)識和要求不斷提高以及環(huán)保意識的提升，安全型控制系統(tǒng)越來越被重視。安全型可編程序控制器在國內(nèi)火力發(fā)電廠的ETS等系統(tǒng)中的應(yīng)用也越來越廣泛。

對比早期的繼電器組成的硬接線保護(hù)回路和后來的PLC以及當(dāng)前部分采用的DCS平臺實現(xiàn)汽輪機保護(hù)裝置，其各有自身的優(yōu)缺點。但就技術(shù)發(fā)展前景來說，早期的繼電器組成的硬回路已經(jīng)失去了優(yōu)勢，且目前幾乎所用機組已經(jīng)拋棄了這種方式。由電磁繼電器或固態(tài)集成電路組成的硬接線邏輯保護(hù)系統(tǒng)的優(yōu)點是直觀，便于檢修、成本低廉。缺點是所需硬件較多，能耗高；硬接線多，故障點多；動作遲緩，可靠性差，易引起誤動和拒動。此外，無事故追憶功能，不利于事故查找和分析。目前已基本淘汰。

可編程邏輯控制器（PLC）分為普通PLC和安全PLC。安全型PLC是為特殊用途的生產(chǎn)系統(tǒng)或設(shè)備而設(shè)計的，需要得到第三方專業(yè)機構(gòu)的安全認(rèn)證，滿足各種苛刻的安全性和可靠性國際標(biāo)準(zhǔn)，主要應(yīng)用于關(guān)鍵型控制和安全型控制。安全型PLC有兩個特殊設(shè)計：一是采用冗余工作方式；二是系統(tǒng)失效是在可預(yù)測范圍內(nèi)的，當(dāng)出現(xiàn)失效情況時，系統(tǒng)將進(jìn)入安全模式。采用普通PLC控制的汽機保護(hù)系統(tǒng)具有硬接線少、故障率低，易于與其他系統(tǒng)接口的特點。與安全型PLC相比較，硬件成本相對較低，但可靠性相對較差。采用安全型PLC的汽機保護(hù)系統(tǒng)安全系數(shù)高，一次性投入較大，但維護(hù)成本較低，可靠性和繼電器組成的硬接線回路及普通PLC相比最高。整體來說，采用PLC作為控制平臺的主要原因是汽輪機保護(hù)系統(tǒng)中邏輯運算相對較少，主要就是開關(guān)量的判斷。PLC具有掃描、預(yù)算周期快的特點，能夠更加快速地保護(hù)汽輪機設(shè)備。

此外，國內(nèi)不少發(fā)電企業(yè)的控制系統(tǒng)都開始采用一體化設(shè)計，即DCS、DEH以及ETS系統(tǒng)都采用同一品牌的DCS系統(tǒng)，利用DCS實現(xiàn)ETS功能。

3 ABB公司Symphony Plus一體化ETS系統(tǒng)應(yīng)用

大唐蘇州熱電有限責(zé)任公司聯(lián)合循環(huán)機組是南京汽輪電機（集團(tuán)）有限責(zé)任公司生產(chǎn)的LCZ60-5.8/1.3/0.58抽凝式汽輪發(fā)電機組。每臺機組配有一個高壓主汽門（TV）、一個高壓調(diào)門（GV）、一個中壓調(diào)門（IV）。汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)為高壓抗燃油型數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（簡稱DEH Digital Electric Hydraulic），熱工控制系統(tǒng)均采用了ABB公司的Symphony Plus系統(tǒng)，實現(xiàn)了DCS一體化，DEH和ETS分別是一體化DCS的一個組成部分，分別是機組控制環(huán)路上的一個節(jié)點，如圖1所示：

圖1 DCS拓?fù)鋱D

大唐蘇州熱電有限責(zé)任公司采用DCS一體化的設(shè)計，其優(yōu)勢在于當(dāng)前DCS控制設(shè)備（包括國產(chǎn)DCS）、系統(tǒng)的可靠性得到了大大提升，且DCS系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)信號的采集、監(jiān)視和記錄。對比PLC實現(xiàn)的ETS裝置更為直觀，有助于故障分析，系統(tǒng)擴(kuò)展性和可干預(yù)性強。采用DCS一體化后，熱工專業(yè)在備品、備件管理方面也減輕了負(fù)擔(dān)。人員技術(shù)培訓(xùn)方面投入較少，設(shè)備通用性使得在相關(guān)系統(tǒng)遇到異常情況時能夠得到及時解決。但這種設(shè)計也存在一些問題和安全隱患。采用一體化設(shè)計后，系統(tǒng)的供電、接地等都處于共用狀態(tài)，受其他系統(tǒng)影響程度較大。在設(shè)計、施工階段要充分考慮采用獨立的DCS機柜，獨立的控制站、I/O卡件合理分配，可以較大減少系統(tǒng)之間的相互影響[2]。

4 總結(jié)

大唐蘇州熱電有限責(zé)任公司采用了ABB公司的Symphony Plus系統(tǒng)，實現(xiàn)了DCS一體化，增強了畫面監(jiān)視、數(shù)據(jù)記錄、組態(tài)靈活、維護(hù)方便等功能，同時在備品備件工作上也減輕了負(fù)擔(dān)。但是由于ETS在DCS內(nèi)部實現(xiàn)需要采用單獨的DCS控制站，要求極快的運算速度。DCS系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)量較大，運算速度增加，是采用DCS實現(xiàn)ETS功能不如采用專用PLC之處。從目前運行情況來看，整體而言，采用一體化ETS系統(tǒng)具有一定的優(yōu)勢。例如：采用DCS控制的ETS系統(tǒng)比PLC控制的系統(tǒng)硬接線明顯減少，故障率降低了，可靠性提高了，保護(hù)方式更靈活，試驗功能輕松實現(xiàn)；沒有接口問題，與DCS系統(tǒng)共同維護(hù)，具備DCS系統(tǒng)的一切優(yōu)點，同時維護(hù)成本大大降低；但缺點是運算速度較PLC慢。PLC運行速度為25?ms，DCS系統(tǒng)運算速度能夠達(dá)到50?ms，但是能夠?qū)崿F(xiàn)ETS保護(hù)功能。因此相比較而言，采用DCS一體化的ETS系統(tǒng)具有一定的優(yōu)勢。

[1]張傳勝，張華.超超臨界機組熱控電源系統(tǒng)的應(yīng)用[J].華電技術(shù)，2008，30（1）：63-65.

[2]李博.大型火力發(fā)電廠熱工電源系統(tǒng)配置方案探討[J].吉林電力，2005（4）：7-8.

Integrated ETS System in the Application of Datang SuzhouThermo Power Corporation

Cheng Xiaozheng

Datang Suzhou Thermal Power Co., Ltd., Jiangsu Suzhou 215214

The paper studies the development of the steam turbine ETS system. The advantages of PLC and DCS integrated system widely adopted in ETS unit of steam turbine generator set are compared and analyzed. At the same time, the Symphony Plus integration system of ABB company of Datang Suzhou Thermal Power Co., Ltd. is introduced.

steam turbine; ETS; PLC; integration

TK323

A

1009-6434（2017）10-0070-03