基于DCS的電廠燃油系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制改造

楊一明

（山西大唐臨汾熱電有限責(zé)任公司，山西 臨汾 041000）

燃油系統(tǒng)是電廠中的重要系統(tǒng)，其主要作用是在機(jī)組的啟動(dòng)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(fù)荷運(yùn)行、燃燒工況不穩(wěn)定等情況下穩(wěn)定鍋爐燃燒，調(diào)整火焰中心，保證鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行等[1]。燃油系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠對(duì)電廠安全運(yùn)行極其重要。

1 改造前燃油系統(tǒng)的運(yùn)行方式

大唐臨汾熱電公司燃油系統(tǒng)共設(shè)置3臺(tái)AY型離心式供油泵，用于將鍋爐點(diǎn)火和助燃所需的輕柴油從燃油泵房供至鍋爐，其中1號(hào)和2號(hào)兩臺(tái)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(dòng)旁路方式。變頻方式運(yùn)行時(shí)，變頻器可根據(jù)燃油母管壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)油泵電機(jī)頻率，頻率信號(hào)由變頻器給定。變頻范圍在燃油泵電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度的0%～100%之間。變頻燃油泵也可以旁路工頻方式運(yùn)行，以恒定功率輸出，實(shí)現(xiàn)變頻與工頻運(yùn)行方式的切換。

圖1 修改后燃油系統(tǒng)畫面Fig.1 Modified fuel system screen

變頻器安裝在化學(xué)配電室的變頻器柜內(nèi)，在變頻器殼體的前門裝有一個(gè)按鍵界面（控制板），運(yùn)行人員可通過手動(dòng)操作實(shí)現(xiàn)對(duì)兩臺(tái)變頻泵的控制。3號(hào)泵為工頻泵，作為緊急情況下的備用，啟停操作也在化學(xué)配電室內(nèi)完成。正常情況下，燃油系統(tǒng)的運(yùn)行方式為1號(hào)或2號(hào)變頻泵變頻方式運(yùn)行，變頻器根據(jù)燃油母管壓力實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)節(jié)。

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

2 計(jì)劃改造的主要內(nèi)容

針對(duì)燃油系統(tǒng)存在的問題，經(jīng)過設(shè)計(jì)與可行性的研究，計(jì)劃對(duì)燃油系統(tǒng)進(jìn)行改造，以實(shí)現(xiàn)以下功能：

1）上位機(jī)增加3臺(tái)油泵的操作端，運(yùn)行人員可通過上位機(jī)操作，完成對(duì)1、2號(hào)供油泵的遠(yuǎn)程變頻控制操作和3號(hào)供油泵的遠(yuǎn)程工頻控制操作；1、2號(hào)供油泵不設(shè)置遠(yuǎn)方工頻啟動(dòng)、遠(yuǎn)方工頻停止的相關(guān)操作端。

2）正常方式下，1號(hào)或2號(hào)供油泵默認(rèn)以變頻方式運(yùn)行，3號(hào)供油泵備用。當(dāng)燃油系統(tǒng)母管油壓低或運(yùn)行的變頻泵故障停運(yùn)時(shí)，聯(lián)鎖啟動(dòng)投入備用的3號(hào)供油泵，以保證供油系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

3）當(dāng)1號(hào)或2號(hào)供油泵以變頻方式運(yùn)行，而3號(hào)供油泵因檢修無法運(yùn)行或未投入備用時(shí)，可將另一臺(tái)未運(yùn)行的變頻泵投備用。變頻泵“備用”狀態(tài)的投入與切除作為變頻泵“工頻”與“變頻”方式切換的信號(hào)送往變頻器，以供變頻器在工頻與變頻狀態(tài)之間切換。當(dāng)系統(tǒng)油壓低或運(yùn)行的變頻泵故障停運(yùn)時(shí)，以工頻方式聯(lián)鎖啟動(dòng)投入備用的變頻泵（已切工頻旁路），但不允許兩臺(tái)及兩臺(tái)以上供油泵（包括3號(hào)供油泵）同時(shí)投備用。

4）1號(hào)或2號(hào)供油泵在變頻方式模式下運(yùn)行時(shí)，可通過上位機(jī)切換手動(dòng)和自動(dòng)模式：手動(dòng)模式由運(yùn)行人員手動(dòng)調(diào)整變頻器頻率來調(diào)節(jié)供油母管油壓；自動(dòng)模式由運(yùn)行人員通過設(shè)定油壓控制目標(biāo)值來控制供油母管油壓[2]，但要對(duì)1、2號(hào)變頻泵自動(dòng)模式設(shè)置相互閉鎖，禁止兩臺(tái)變頻泵同時(shí)投入自動(dòng)，否則將影響供油母管油壓的自動(dòng)調(diào)節(jié)。

5）上位機(jī)增加1、2號(hào)變頻泵的狀態(tài)信息，包括：遠(yuǎn)方/就地方式、變頻運(yùn)行反饋、變頻停止反饋、變頻故障反饋、工頻運(yùn)行反饋、工頻停止反饋、工頻故障反饋等。

3 燃油系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制改造方案的確定與實(shí)施

經(jīng)過設(shè)備部、發(fā)電部相關(guān)專業(yè)人員與會(huì)討論，并最終確定了燃油泵變頻邏輯遠(yuǎn)程控制方案。

3.1 燃油系統(tǒng)畫面修改方案

3.1.1 增加3臺(tái)油泵的操作端，增加DCS至燃油遠(yuǎn)程柜的IO信號(hào)（需敷設(shè)電纜供信號(hào)傳輸），其中開關(guān)量信號(hào)5路，模擬量信號(hào)1路

1）工頻啟動(dòng)指令：干接點(diǎn)，發(fā)出5s脈沖信號(hào)，供油泵以工頻方式啟動(dòng)。

2）工頻停止指令：干接點(diǎn)，發(fā)出5s脈沖信號(hào)，供油泵工頻停運(yùn)。

3）變頻啟動(dòng)指令：干接點(diǎn)，發(fā)出5s脈沖信號(hào)，供油泵以變頻方式啟動(dòng)。

4）變頻停止指令：干接點(diǎn)，發(fā)出5s脈沖信號(hào)，供油泵變頻停運(yùn)。

5）工頻/變頻切換指令：干接點(diǎn)，發(fā)出3s脈沖信號(hào)，供油泵變頻器在變頻狀態(tài)與工頻旁路狀態(tài)之間切換。

6）模擬量：供油泵變頻器頻率設(shè)定值。

3.1.2 增加燃油遠(yuǎn)程柜至DCS的IO信號(hào)（需敷設(shè)電纜供信號(hào)傳輸），其中開關(guān)量信號(hào)有7路，模擬量信號(hào)1路（燃油母管油壓信號(hào)已上傳）

1）遠(yuǎn)方/就地方式反饋。

2）變頻運(yùn)行反饋。

3）變頻停止反饋。

4）變頻故障反饋。

5）工頻運(yùn)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(tǒng)邏輯修改方案

3.2.1 1號(hào)供油泵工頻方式下邏輯（1號(hào)與2號(hào)供油泵相同）

1）啟動(dòng)允許（與邏輯）：

① 1號(hào)供油泵變頻器在工頻模式。

② 1號(hào)供油泵遠(yuǎn)方模式。

圖2 1號(hào)供油泵變頻自動(dòng)調(diào)節(jié)邏輯（2號(hào)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(hào)供油泵邏輯Fig.3 No.3 Oil supply pump logic

③ 1號(hào)油泵變頻器無故障。

2）聯(lián)鎖啟動(dòng)（1號(hào)供油泵備用模式下，或邏輯）：

① 2號(hào)供油泵停止，發(fā)出3s脈沖信號(hào)。

② 3號(hào)供油泵停止，發(fā)出3s脈沖信號(hào)。

③ 供油出口母管壓力低，延時(shí)2s，發(fā)出3s脈沖信號(hào)。

④ 供油泵出口母管壓力小于2.6MPa，延時(shí)2s，發(fā)出3s脈沖信號(hào)。

3）保護(hù)停

1號(hào)供油泵工頻故障。

3.2.2 1號(hào)供油泵變頻方式下

1）變頻啟動(dòng)允許（與邏輯）：

① 1號(hào)供油泵在變頻模式。

② 1號(hào)供油泵遠(yuǎn)方模式。

③ 1號(hào)供油泵變頻器無故障。

2）保護(hù)停止：

1號(hào)油泵變頻器變頻故障。

3）1號(hào)泵變頻器自動(dòng)調(diào)節(jié)方式投入條件（與邏輯）：

① 1號(hào)油泵變頻運(yùn)行。

② 1號(hào)供油泵無自動(dòng)切除條件。

4）1號(hào)泵變頻器自動(dòng)調(diào)節(jié)方式切除條件（或邏輯）：

① 1號(hào)供油泵未在變頻方式下運(yùn)行。

② 1號(hào)油泵變頻器變頻故障。

③ 2號(hào)供油泵在自動(dòng)狀態(tài)。

④ 供油母管壓力測(cè)點(diǎn)變壞點(diǎn)。

⑤ 1號(hào)油泵電機(jī)轉(zhuǎn)速指令與反饋偏差大。

⑥ 燃油母管油壓設(shè)定值與測(cè)量值偏差大。

5）增加燃油自動(dòng)調(diào)節(jié)邏輯，引入PID調(diào)節(jié)器和模擬量控制M/A站進(jìn)行燃油母管油壓的自動(dòng)調(diào)節(jié)。

3.3 工頻供油泵邏輯（3號(hào)供油泵未加裝變頻器，只在工頻方式運(yùn)行）

3.3.1 啟動(dòng)允許（與邏輯）

1）3號(hào)供油泵遠(yuǎn)方模式。

2）3號(hào)供油泵無故障。

3.3.2 聯(lián)鎖啟動(dòng)（備用模式下，或邏輯）

1）1號(hào)油泵停止運(yùn)行，發(fā)出3s脈沖信號(hào)。

2）2號(hào)油泵停止運(yùn)行，發(fā)出3s脈沖信號(hào)。

3）供油出口母管壓力低，延時(shí)2s，發(fā)出3s脈沖信號(hào)。

4）供油泵出口母管壓力小于2.6MPa，延時(shí)2s，發(fā)出3s脈沖信號(hào)。

3.3.3 保護(hù)停

3號(hào)供油泵故障。

根據(jù)制定好的改造方案，利用機(jī)組雙停檢修時(shí)機(jī)，對(duì)燃油系統(tǒng)進(jìn)行了改造，最終成功完成了基于DCS的燃油系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制的改造。

4 調(diào)試驗(yàn)收

改造完成后，制定合理的實(shí)驗(yàn)方案。在機(jī)組工況允許時(shí)，對(duì)燃油系統(tǒng)進(jìn)行靜態(tài)試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)。由上位機(jī)分別對(duì)各供油泵進(jìn)行啟動(dòng)、停止操作，確認(rèn)各油泵動(dòng)作正確，狀態(tài)反饋信號(hào)正確。通過手動(dòng)停止油泵和仿真燃油母管油壓信號(hào)達(dá)到聯(lián)鎖值等方法，聯(lián)鎖啟動(dòng)相應(yīng)投入備用的供油泵正確。檢查確認(rèn)各供油泵邏輯各環(huán)節(jié)運(yùn)行正常、參數(shù)配置合理、手自動(dòng)切換正常、保護(hù)聯(lián)鎖正確，對(duì)變頻器和燃油母管壓力的手動(dòng)、自動(dòng)控制滿足系統(tǒng)要求[3]。

5 總結(jié)

基于DCS的燃油系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制的改造方案是可行的，大唐臨汾熱電有限責(zé)任公司針對(duì)燃油系統(tǒng)原有運(yùn)行方式中存在的問題進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，最終設(shè)計(jì)并完成了燃油系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制的改造。改造后設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，運(yùn)行人員可通過上位機(jī)對(duì)供油系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，極大方便了運(yùn)行人員的操作，降低了工作量，且增加了母管油壓聯(lián)鎖保護(hù)功能，極大提升了系統(tǒng)安全性與可靠性；變頻泵投入自動(dòng)后，由邏輯自動(dòng)調(diào)節(jié)燃油母管油壓，調(diào)整效率進(jìn)一步得到提高，為本廠的長期安全運(yùn)行打下了良好的基礎(chǔ)。