超超臨界火電機(jī)組DCS升級(jí)改造

曹 勇

(皖能銅陵發(fā)電有限公司，安徽 銅陵244012)

皖能銅陵發(fā)電有限公司5號(hào)機(jī)組為超超臨界、凝汽式、1050MW發(fā)電機(jī)組，同步建設(shè)有SCR脫硝鍋爐系統(tǒng)及石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)，于2011年5月投入運(yùn)行。其機(jī)組分散控制系統(tǒng)(DCS)采用上海艾默生過程控制有限公司的OVATION 3.2系統(tǒng)。DCS主要功能包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)、模擬量控制系統(tǒng)(MCS)、旁路控制系統(tǒng)(BPS)、爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)(FSSS)、順序控制系統(tǒng)(SCS)、電氣控制系統(tǒng)(ECS)等。配置有35對(duì)冗余DPU控制器(OCR400)、1臺(tái)服務(wù)器、2臺(tái)歷史站、2臺(tái)工程師站以及6臺(tái)操作員站。

1 DCS改造的必要性

1.1 改造前存在的問題

5號(hào)機(jī)組DCS系統(tǒng)自2011年初運(yùn)行至今，已超過9年時(shí)間，系統(tǒng)硬件及軟件的故障逐漸增多。主要表現(xiàn)為35對(duì)控制器中有15對(duì)控制器負(fù)荷大于50%，部分控制器甚至超過70%。根據(jù)2019年的5號(hào)機(jī)組DCS負(fù)荷率測(cè)試報(bào)告如表1所示。

表1

根據(jù)《DL/T 659-2016火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)驗(yàn)收測(cè)試規(guī)程》規(guī)定：在任意工況下，DPU負(fù)荷率不能大于40%的基本要求。5號(hào)機(jī)組DCS控制器負(fù)荷已處于超警戒水平運(yùn)行的狀態(tài)，經(jīng)常出現(xiàn)控制器死機(jī)現(xiàn)象。其中DEH控制器DROP42/92負(fù)荷率達(dá)到73%，任務(wù)區(qū)掃描出現(xiàn)超時(shí)現(xiàn)象，對(duì)汽輪機(jī)的控制是較大的安全隱患。另外工控機(jī)因常年累月不間斷運(yùn)行，經(jīng)常出現(xiàn)風(fēng)扇異響、卡頓、藍(lán)屏、死機(jī)等現(xiàn)象。

1.2 改造的迫切性

隨著電子和通信技術(shù)的快速發(fā)展及新技術(shù)的應(yīng)用，微處理器、電子元件不斷推陳出新，對(duì)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和工作站及其軟件帶來了巨大的沖擊。目前工作站每3～5年推出一代產(chǎn)品，操作系統(tǒng)軟件每24～36個(gè)月就會(huì)推出新版本。由于資源更新太快，很多老的資源難以獲得，老系統(tǒng)的設(shè)備維護(hù)成本會(huì)很高，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)绊懙綑C(jī)組的正常運(yùn)行。

當(dāng)前電網(wǎng)對(duì)網(wǎng)上各發(fā)電機(jī)組的控制品質(zhì)和安全運(yùn)行要求越來越高，并進(jìn)行相應(yīng)的考核。其主要原則就是比機(jī)組的響應(yīng)速度和調(diào)節(jié)品質(zhì)。因此，要想在競(jìng)爭(zhēng)過程中獲得更多的發(fā)電補(bǔ)償份額，必須保證機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行以適應(yīng)現(xiàn)代化大電網(wǎng)的需求，滿足電網(wǎng)各種運(yùn)行方式的需要。

對(duì)電廠控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)換代改造，將可以解決以上諸多問題，為機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供重要保障。

1.3 改造方案的選擇

DCS改造方案主要有兩種：

方案一：DCS系統(tǒng)整體重建。此方案將全部拆除原有DCS系統(tǒng)，整體重建全新的DCS系統(tǒng)，包括機(jī)柜、電源、接線、網(wǎng)絡(luò)、DCS硬件、DCS工作站等。改造中可保留原來系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)I/O電纜，利用原有控制盤柜位置，盡可能利用原有的電纜，長(zhǎng)度不夠的通過中間轉(zhuǎn)接柜加以轉(zhuǎn)接。DCS按新建項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工流程，按部就班進(jìn)行，包括系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)、整理，DCS招標(biāo)，DCS設(shè)計(jì)生產(chǎn)(含DPU分配、I/O模件分配、電源網(wǎng)絡(luò)配置、邏輯畫面組態(tài))，DCS組裝、測(cè)試、聯(lián)調(diào)。采用此方案DCS機(jī)柜需要重新校點(diǎn)、接線、重新組態(tài)、畫面編輯、調(diào)試等，現(xiàn)場(chǎng)工作量大。此方案成本較高且檢修工期長(zhǎng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過機(jī)組年度C級(jí)檢修計(jì)劃時(shí)長(zhǎng)。

方案二：DCS控制系統(tǒng)部分升級(jí)改造，保留原有的DCS控制機(jī)柜、I/O卡件及電纜不變。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況排查，5號(hào)機(jī)組的Ovation控制系統(tǒng)，除存在系統(tǒng)軟件及核心設(shè)備老化問題外，原有機(jī)柜、I/O卡件、端子接線等存續(xù)狀況良好，可繼續(xù)保留使用，基本不需改造。故項(xiàng)目?jī)H升級(jí)系統(tǒng)軟件及控制器、人機(jī)接口、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，原有機(jī)柜、端子接線、I/O卡件保持不動(dòng)，這樣最大化的利用原有資源，節(jié)省投資，也便于系統(tǒng)維護(hù)與故障查找。

根據(jù)兩種方案比對(duì)，方案二避免了接線和校線等繁重工作，出錯(cuò)概率較低、且工期能夠與機(jī)組年度C級(jí)檢修時(shí)間相匹配，同時(shí)從經(jīng)濟(jì)的角度極大地降低了改造成本。

1.4 存在的困難

5號(hào)機(jī)組DCS系統(tǒng)所控制的設(shè)備除了5號(hào)單元機(jī)組本身外，還涵蓋有公用系統(tǒng)如：空壓機(jī)控制系統(tǒng)、升壓站等5、6號(hào)機(jī)組公用部分，這些系統(tǒng)仍需在改造期間持續(xù)保持連續(xù)運(yùn)行。只能采取短時(shí)停電進(jìn)行施工，同時(shí)將所涉及主要電氣設(shè)備的控制方式由遠(yuǎn)方控制切換至就地控制，并安排專人就地進(jìn)行監(jiān)護(hù)。

2 改造實(shí)施方案及過程

2.1 改造前的準(zhǔn)備工作

(1)對(duì)原DCS系統(tǒng)的所有DPU組態(tài)軟件、顯示畫面、操作界面、報(bào)警監(jiān)視、歷史數(shù)據(jù)報(bào)表等DCS應(yīng)用組態(tài)軟件進(jìn)行備份，將原數(shù)據(jù)庫(kù)文件進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，轉(zhuǎn)換成可導(dǎo)入新系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)文件。

(2)依照備份信息，安裝新的服務(wù)器、歷史站、操作員站、OPC站等，配置相應(yīng)的網(wǎng)段、系統(tǒng)名、網(wǎng)絡(luò)名、單元名及對(duì)應(yīng)鍵值，配置新的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備服務(wù)器上裝好windows2012(64)位操作系統(tǒng)，Ovation3.6以上軟件，添加授權(quán)等。

(3)DCS所有軟件轉(zhuǎn)換，應(yīng)用軟件調(diào)試和檢查，確保所有升級(jí)后的軟件與原有軟件功能一致。對(duì)各種參數(shù)做好比對(duì)工作，確保新老系統(tǒng)參數(shù)一致。在新的操作站上裝上操作系統(tǒng)，與服務(wù)器建立連接，裝好Ovation操作站軟件。

2.2 改造過程

(1)保留原有的DCS控制機(jī)柜、端子機(jī)柜、網(wǎng)絡(luò)電源柜，拆除DCS控制柜內(nèi)控制器CPU模塊、電源模件、通信電纜等。

(2)將仍在運(yùn)行的公用系統(tǒng)中無法停運(yùn)的設(shè)備(含電氣開關(guān))切換至就地狀態(tài)。

(3)將DCS機(jī)柜內(nèi)新組件進(jìn)行安裝，包括控制器CPU模塊、電源模件、通信模件等，確保在原位置并一一對(duì)應(yīng)。

(4)更換新的通信電纜，接線恢復(fù)；更換所有人機(jī)接口工作站(包括操作員站、工程師站、歷史站、數(shù)據(jù)服務(wù)器等)，DCS應(yīng)用軟件下裝；更換網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，包括交換機(jī)、路由器。

(5)對(duì)升級(jí)完畢的系統(tǒng)進(jìn)行檢查測(cè)試工作，包括各種邏輯和畫面的操作，以及檢查報(bào)警、歷史記錄、對(duì)時(shí)、操作權(quán)限等系統(tǒng)功能。

(6)DCS機(jī)柜上電，進(jìn)行系統(tǒng)檢查，測(cè)試I/O通道與邏輯組態(tài)；對(duì)改造后的DCS系統(tǒng)進(jìn)行功能測(cè)試和性能測(cè)試，并出具測(cè)試報(bào)告。

(7)進(jìn)行設(shè)備單體調(diào)試、設(shè)備聯(lián)鎖試驗(yàn)、熱態(tài)試驗(yàn)和DCS精調(diào)。

3 改造后的效果

經(jīng)過10天的時(shí)間改造后，5號(hào)機(jī)組DCS由Ovation 3.2升級(jí)至Ovation 3.6版本，系統(tǒng)軟件性能大大提高，服務(wù)器、歷史站的操作系統(tǒng)為windows2012(64位)，64位操作系統(tǒng)意味著更大的尋址能力，性能大幅提升；控制器采用OCR1100，(Intel Atom控制器1.1GHz，內(nèi)存256MB，閃存128M，SPI Boot Flash 64M)；DDB從3328增加到4000，數(shù)據(jù)庫(kù)從20萬點(diǎn)增加到25萬點(diǎn)；交換機(jī)產(chǎn)品為2960+，支持1000M網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)容量增加250，000點(diǎn)/秒，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)發(fā)布速度更快；操作員站、工程師站、歷史站等人機(jī)接口站性能都大幅提升。改造后DCS系統(tǒng)狀態(tài)，如圖1所示。

圖1

根據(jù)安徽電力科學(xué)研究院研究出具的第三方DCS性能測(cè)試報(bào)告，如圖2所示。

圖2

其中包含了改造后的控制器負(fù)荷率測(cè)試表格，如表2所示。

表2

報(bào)告中對(duì)35對(duì)DPU負(fù)荷率、通信負(fù)荷率以及SOE性能均進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果顯示負(fù)荷率最高的41號(hào)DPU為18%，其余平均負(fù)荷率在11%左右，遠(yuǎn)低于國(guó)家規(guī)定的DPU負(fù)荷率在40%以下的標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)束語

DCS系統(tǒng)作為大型火電企業(yè)控制核心系統(tǒng)，其性能提升的直接提高了整套機(jī)組的安全穩(wěn)定高效運(yùn)行，有利于減輕運(yùn)行及維護(hù)人員的日常工作量及勞動(dòng)強(qiáng)度。故本次改造達(dá)到了預(yù)期的效果。