西門子T3000控制系統優化實例

韓鵬高，張成

（國家電投協鑫濱海發電有限公司，江蘇 濱海 224500）

0 引言

DEH系統在機組運行期間出現故障會直接影響機組的正常運行，甚至造成嚴重后果。國電投濱海電廠一期2×1000MW機組汽輪機采用上海汽輪機有限公司和西門子聯合設計制造的超超臨界一次中間再熱、反動式、單抽、四缸四排汽、單背壓、凝汽式汽輪機。DEH系統采用西門子的T3000控制系統，西門子體系的超超臨界機組控制思想、邏輯實現方式有自己的特點，在機組運行調試期間，發現一些邏輯與實際工況不同或存在漏洞，根據實際情況，有針對性地對DEH系統出現的問題進行優化，提高設備可靠性[1]。

1 直流控制電源優化

在兩臺機組運行過程中，機組多次出現主廠房A段和B段110V直流2號配電屏1段21#饋線絕緣故障，造成電氣直流電源控制屏兩路110V電源都報接地故障。

從電氣送出的A、B段直流110V分別經Q1、Q2后，一部分直接送至MFT柜和DEH柜，一部分經隔離裝置和二極管后送至母排，供其余用戶使用。

兩路從熱控110VDC電源柜內Q03、Q04空開送出的電源，正端分別經空開Q4、Q5和二極管D2后接在一起供給用戶+58VDC，而兩個負端未經二極管隔離，直接短接后供給用戶-58VDC。

根據圖1和圖2可以看出，兩路110VDC電源的負端在DEH側被短接在一起。

圖1 DEH 原系統直流控制電源電氣圖

圖2 DEH 原系統直流控制電源原理圖

當A段負端有接地時，B段必然會檢測出有接地；當A段正端有接地時，為保證正負之間電壓穩定，電氣側穩壓裝置會將A段負端電壓被負向拉大，而A、B段負端被接在一起，B段負端電壓也被負向拉大，為了保證B段正負之間電壓穩定，電氣側穩壓裝置會將B段正端電壓正向減小，因此會出現B段也接地的報警。所以不管A段正端還是負端接地，B段都會報接地報警，反之，不管B段正端還是負端接地，A段也都會報接地報警。A、B兩路電源有一路電源有接地現象將會拉低直流系統兩路電源的輸出電壓。

檢查發現西門子廠家設計中這種是針對直流電源負端為0的項目設計，供電方式為+110VDC和0VDC。而我廠目前使用的供電方式為+58VDC和-58VDC，致使將A、B段兩路連接起來，實際為-58V，產生環流引起，造成絕緣誤報。故將直流系統電源A段增加電源隔離裝置改造，避免環流，消除了電氣直流110V兩路電壓均被拉低及兩路都報接地故障的隱患。如圖3所示。

圖3 優化后的DEH 系統直流控制電源電氣圖

該直流供電線路修改后，機組運行至今未發生直接電源絕緣故障報警。

2 FM458 控制邏輯優化

兩臺機組DEH經常性出現單側458控制器故障報警，同時controller not ok信號觸發，負荷控制器閉鎖。將負荷控制器閉鎖釋放，控制無異常?，F場狀態指示燈正常。

西門子T3000控制系統，CPU型號有兩種，一種是S7-410，用于運算處理不需太快的普通回路，例如EH油泵、疏水閥等；一種是FM458，用于控制負荷、轉速、大機閥門等需要高運算速度的閉環回路。FM458必須依托S7-410 CPU才能實現控制功能，FM458與S7-410之間通過底板通訊。兩側458從數據采集、邏輯控制、指令輸出均相對獨立，為了保證最終輸出的一致性，系統內部建立了同步機制，即一側458數據有偏差后，會發出報警，并自動向另一側458同步，直至數據一致。打開458報警邏輯頁，如圖4所示。

從圖4中可以看出，右側FM458故障（③）由FLT_FMR1（①）和FMNOKR1（②）二取一輸出（或邏輯）。FLT_FMR1：全稱Fault live beat FM in rack1，表征右側FM458停止工作。

圖4 F M458報警邏輯原理圖

FMNOKR1：全稱Function FM in rack 1 is not OK，表征右側FM458功能不正常。從中可以看出右側458故障是FMNOKR1信號導致，FLT_FMR1未曾觸發。即右側458有過不正常，但未停止工作。另外，通過查詢，可以肯定期間各通訊正常，數據交換正常，未發生過CPU切換現象，左側一直為主CPU，右側為輔CPU。通過查閱西門子廠家說明書，FMNOKR1觸發的原因為左、右側FM458數據不同步。兩側458從數據采集、邏輯控制、指令輸出均相對獨立，但為了保證最終輸出的一致性，系統內部建立了同步機制，即一側458數據有偏差后，會發出報警，并且自動向另一側458同步，直至數據一致。對功率轉速控制NPR邏輯圖中模塊PIR10F模塊參數TF設定值（延時時間冗余故障時間）改為5秒。當機組負荷快速變化時，兩個458控制器中的內部參數偏差超過（LK的設定值）4.5%時，避免延時超過TF設定的時間會發生458故障報警。

3 TSI 信號Channel NOT OK邏輯優化

西門子超超臨界汽輪機軸瓦保護振動邏輯的設置原理是當兩路軸瓦振動信號均到跳閘值、兩路TSI測量信號均故障、兩路TSI通道均故障時延時5秒后觸發軸瓦振動保護，再延時0.1秒后動作跳機，以保證汽輪機的安全。

因為勵磁機的干擾、打雷或者不明原因的干擾以及共用負端端子接線螺絲松動都會導致軸瓦振動傳感器“Channel NOT OK”信號誤發的情況，因此將該保護刪除。

采用艾默生CSI6500系統模件輸出至T3000系統的模擬量信號作為保護信號，對該信號進行質量判斷，將質量判斷信號作為測量通道異常的判據，并將該判斷信號運用于保護邏輯。不建議采用“測量通道故障”信號參與邏輯設計，但應將之設置為報警。為了提高保護動作的可靠性和準確性，充分平衡保護的拒動和誤動的概率，建議遵循以下原則[2]：

在A/B通道信號正常時，進行“二取二”越限判斷，只有當A/B 通道信號同時大于跳閘時，延時發出跳機指令；單通道信號異常時，屏蔽雙通道故障通道的跳機保護，并對正常通道的信號進行判斷，大于跳閘值時，延時發出跳機指令；在A/B通道信號同時故障，在DCS中失去對振動數值的監視時，延時發出跳閘信號。

4 DEH 其他相關優化

4.1 布朗卡內部參數修改

將E1655的P01.04改為0、P02.04、P02.05、P02.06、P02.07改為0，將E1696的P02.03改為1。防止運行過程中，其中一路轉速故障即可以在線將故障的轉速線拆掉，并接一路信號，只接信號和0位兩根線就可以。拆線和短接的時候轉速會跳變和變為0，不必擔心，不會跳機。過程中最好不碰到其他轉速線，防止其他轉速會影響。拆線后，DEH盤上的轉速/負荷控制器會閉鎖，需提醒運行人員先不復位，等轉速恢復正常后再復位。在此過程前，應提前切AGC，保持負荷不變，否則鍋爐側在隨AGC調節，汽機側閉鎖，會導致閥門不斷開或不斷關，從而泄壓或超壓。

4.2 一次調頻部分優化

我廠協調控制采用鍋爐跟隨方式，機調負荷，爐調壓力、給水控制溫度。DCS接受調度AGC指令信號，通過計算后負荷信號至DEH，控制調門開度直接響應AGC負荷，主汽壓力變化至鍋爐主控，調節燃料、給水、配風、噴水減溫等維持汽壓，從而達到汽機、鍋爐的能量平衡。其中變負荷前饋指令分別送至燃料、給水、風量、減溫水等進行調節。為提高一次調頻響應前饋系數設定值由30調整至38；DEH側變負荷前饋系統系數設定值由0.8調整至0.85。

DEH控制系統內在限壓方式下當主蒸汽壓力實際值小于壓力設定值0.8MPa時禁止升負荷，小于1.0MPa時退出負荷控制，進入壓力控制模式確保主蒸汽壓力正常，因此當負荷快速上升時如果汽輪機閥門開啟較快，鍋爐跟隨較慢，容易造成實際主蒸汽壓力下降當達到定值時負荷不再上升，影響機組AGC速率。DEH控制系統內在限壓方式下當主蒸汽壓力實際值小于壓力設定值1.6MPa時禁止升負荷，小于2.0MPa時退出負荷控制，壓力控制器起作用?？梢员苊饪焖偕摵蓵r由于壓力降低而對負荷進行限制導致AGC及一次調頻不能及時動作。

4.3 DEH控制系統功率信號邏輯優化

兩臺機組并網初期會有20秒左右的逆功率，威脅機組并網安全。逆功率過大超出功率信號量程，導致功率信號壞點切壓力控制回路，從而影響機組帶初負荷的速度[3]。DEH功率信號取自繼保三組功率變送器，在DEH內部進行三選處理，DEH功率信號進行質量判斷改為上限大于19.8mA，下限小于2.0mA。功率信號壞點切除初壓模式增加20秒延時。機組并網后，有效負荷設定值從零開始上升，導致并網后高調門開度較小，提高并網后有效負荷設定值，加大高調門開度，提升機組帶負荷能力。

4.4 主汽門反饋

汽輪機啟機初期，左右兩側主汽門反饋頻繁波動，反饋電流值在100%開度對應電流值上下波動，時常出現主汽門開反饋瞬間消失和主汽門全開狀態來。

由于LVDT直接與閥門的油動機連接，靠近蒸汽閥門本體，環境溫度高，同時一些工程在基建安裝期間使用的信號電纜經過一段時間的運行后，信號電纜的絕緣性能下降，屏蔽功能不良，容易造成LVDT的信號回路串入干擾信號，使LVDT產生虛假信號。且就地接線盒長期處于振動環境下，LVDT屏蔽層與屏蔽線為外接線，沒有很好的焊接，易松脫，致使外界干擾影響電流反饋跳變，優化建議信號線改用內徑2.0mm的控制線[4-6]。

5 結語

本文中優化的直流控制電源優化、FM458控制邏輯優化、TSI信號Channel NOT OK邏輯優化等均在后續的同類型機組中得到應用。在理解并忠于西門子1000MW汽輪機DEH的設計思想的基礎上，根據機組的實際運行狀況，優化ADDFEM卡件模擬量信號負端接地、瓦溫為單元件三支芯增加瓦溫測量孔、西門子1000MW汽輪機跳閘保護，使保護邏輯與機組運行情況有機結合，從而有效解決了現場控制系統中存在的問題，提高了西門子1000MW汽輪機保護的可靠性。