國產NT6000系統在超超臨界汽輪機控制中的應用

婁 琦，張 雷，潘正偉，黃 河

(1.大唐南京發電廠，南京 210001；2.上海電氣電站設備有限公司汽輪機廠，上海 200240)

超超臨界參數汽輪發電機組效率超過41%，經濟性明顯，國內外多年商業運行經驗表明，其技術已經成熟可靠。汽輪機控制系統是汽輪機設計、制造及安全運行中不可缺少的部分，是汽輪機的大腦[1]。長期以來，國內超超火電機組數字電液(Digital Electro-Hydraulic，DEH)控制系統軟硬件大多依賴進口。

大唐南京發電廠2號發電機組汽輪機為國內某汽輪機廠生產的660 MW超超臨界汽輪機，汽輪機DEH控制系統軟硬件原采用西門子T3000系統。大唐南京發電有限公司與原設備制造商(Original Equipment Manufacturer，OEM)廠家深度合作，采用南京科遠NT6000系統，實現了DEH國產化改造，合力完成了DEH系統硬件開發、軟件組態設計開發、仿真及調試工作。

本文對超超臨界汽輪機DEH控制系統國產化改造進行了說明，比較了原西門子T3000控制系統和科遠NT6000系統的系統配置，列舉了該項目中的設計優化方案，簡述了該項目現場調試工作，旨在說明科遠NT6000系統的優勢和穩定性。

1 汽輪機控制系統

1.1 西門子T3000控制系統

該機組原DEH系統采用西門子T3000，共5個機柜(3個DEH控制柜，2個輔控柜)，前后開門，示意圖如圖1所示。控制范圍包括汽輪機基本控制、汽輪機機組自啟停、汽輪機保護ETS系統、汽輪機輔助控制系統。

圖1 西門子T3000系統DEH機柜示意圖

CJJ11柜內配置416H+FM458控制器，配ADDFUM模塊、ET200模塊和FDI/FDO模塊，以及2套超速保護裝置。由FM458控制器及ADDFUM完成汽輪機基本控制，其主要通過控制調門開度控制機組轉速、負荷及主蒸汽壓力；由417H完成汽輪機保護及應力計算，到快關電磁閥的動作信號由FDO模件發出，重要保護的開關量信號通過FDI模件進入控制器進行處理。CJJ12/13柜內配置1對冗余416H控制器，實現汽輪機溫度裕度計算和溫度準則計算，并實現汽輪機自啟停功能，完成保護信號及模擬量信號的處理。CJJ14/15柜內配置1對冗余416H控制器，實現對汽輪機潤滑油、EH油、頂軸油、軸封、疏水等系統的控制。

1.2 科遠NT6000控制系統

1.2.1 機柜布局

隨著計算機硬件和網絡通信技術的發展，國內外各控制系統廠家在系統方面的差距正在縮小[2]。大唐南電2號機組分布式控制系統(Distributed Control System，DCS)選用國產科遠NT6000控制系統。

原機柜利用舊設備，柜內所有硬件采用國產化系統科遠NT6000重新設計，分別為ETS(CJJ11)、基本控制(CJJ12)、自啟停(CJJ13)、輔控A(CJJ14)、輔控B(CJJ15)，機柜示意如圖2所示。原西門子T3000系統CJJ11、CJJ12、CJJ13機柜內控制和保護信號混在一起，現在根據不同功能重新設計CJJ11、CJJ12、CJJ13柜內測點布局及相應硬件。對于需要調整的測點而言，原則上電纜長度能直接接到模件的就直接到模件，到模件長度不夠的通過轉接端子轉接。

圖2 科遠NT6000系統機柜示意圖

1.2.2 控制器

DEH系統配置4對國產化快速控制器。DROP41控制器(控制柜CJJ11)冗余配置，實現汽輪機危急遮斷系統 (Emergency Trip System，ETS)的控制功能，包括所有保護信號的處理及快關電磁閥的控制。2套超速保護裝置自帶3取2功能，取消原繼電器3取2功能。DROP42控制器(控制柜CJJ12)冗余配置，實現汽輪機基本控制功能，即原西門子FM458控制器功能。DROP43控制器(控制柜CJJ13)冗余配置，實現汽輪機溫度裕度計算、溫度準則計算、汽輪機機組自啟停功能。DROP44控制器(控制柜CJJ14/CJJ15)冗余配置，實現汽輪機潤滑油系統、EH油系統、頂軸油系統、軸封系統、疏水系統等的控制功能。

1.2.3 閥位伺服模塊

家長們你一言我一語，討論變得熱烈起來，等最后一個家長發言完畢，我點開了錄制好的視頻，說：“親愛的家長朋友們，在你們給孩子打分之前，孩子也給你們打了分，你們想不想看一看？”

閥位伺服模塊采用定制的專用于OEM廠家超超臨界機組控制的數字式閥位伺服模塊。高壓調門和中壓調門采用冗余的伺服模塊，DEH將閥位指令分別發送到2個伺服模塊，每塊模塊控制伺服閥的一個線圈。位移傳感器反饋來的4～20 mA信號通過信號分配器，分別送到2個伺服卡，閥位伺服模塊原理如圖3所示。正常運行時2個伺服卡同時工作，當一個伺服卡發生故障時即發出報警，同時另一個伺服卡輸出電流增加。一個伺服卡發生故障瞬間，閥門會有輕微抖動，不影響正常控制。伺服卡支持熱插拔，可在線更換。

圖3 閥位伺服模塊原理

2 設計優化

2.1 調門快關回路優化

超速控制功能在DROP42主控制器中按照特定邏輯判斷可能引起機組超速的因素，發出快關信號，使調門油動機的快關電磁閥動作，使調門迅速關閉，防止超速。在原設計中，快關信號通過網絡通信從DROP42送至DROP41，在保護控制器中進行邏輯處理，最終合成一個快關信號通過DO模件，經過繼電器控制電磁閥動作。快關信號通過網絡通信以及控制器的處理，會有近100 ms左右的延遲。在本文的設計優化中，調門快關信號增加了硬接線測點，串進ETS系統硬回路，直接使繼電器動作，使調門迅速關閉。

2.2 快關電磁閥控制優化

原T3000保護系統信號采用FDI/FDO故障安全性模件，通過FDO直接驅動快關電磁閥。在本文的設計優化中，其改為雙通道形式，即不同DO卡的2個點控制1個快關電磁閥繼電器，2個通道都動作，電磁閥失電，閥門快關。同時繼電器動作信號通過DI送至控制器，由其監視狀態。超速保護裝置驅動安全繼電器線圈，控制快關電磁閥的24V直流供電電源，再通過ETS輸出觸點，控制電磁閥的動作。

2.3 一次調頻參數優化

DEH的一次調頻功能根據電網頻率的變化，自動調整汽輪機進汽調門的開度，改變機組負荷。原有的控制邏輯中，一次調頻指令的控制參數為固定參數，無法適應機組滑參數運行下對負荷響應速度的需求，并且同時用作轉速控制與調頻控制。在本文的設計優化中，控制參數得到了調整，轉速控制與調頻控制對應使用不同的控制參數，并增加一次調頻負荷變量來增加主蒸汽壓力補償，提高低參數下的調頻響應速度和調頻響應量。

2.4控制邏輯、運行畫面優化

DEH系統軟硬件實現了全面國產化，100%自主可控。大唐南電相關專業結合機組運行經驗，將確定的改進優化方案落實到科遠NT6000系統。汽輪機控制畫面增加核心順控畫面，所有邏輯頁描述漢化，汽輪機運行畫面漢化，方便運行維護，汽輪機控制畫面如圖4所示。

圖4 汽輪機控制畫面

3 項目執行

3.1 系統設計

對汽輪機控制系統所有測點進行梳理，設計、出具IO清單。結合技術協議要求，設計、出具機柜設計圖。然后機柜設計圖定稿，配合科遠進行NT6000系統硬件成套。設計汽輪機DEH控制系統邏輯、畫面。汽輪機控制系統邏輯復雜，畫面設計工作量大，設計人員在掌握超超臨界汽輪機核心控制原理的基礎上，在科遠NT6000全新國產系統中進行系統開發工作。

3.2 現場調試

1)汽輪機DEH系統5面機柜上電后，檢查確認處理器、電源、通信網絡、IO卡件、服務器、操作員站、工程師站等工作正常[3]。進行電源切換試驗、DPU切換試驗，檢查所有IO點信號，確保信號正確可靠。

2)下裝汽輪機每個機柜內的所有IO測點，配合機柜接線工作，進行汽輪機控制系統所有測點的對點工作。核對開關量點狀態，檢查、設置模擬量測點量程，并對現場臨時調整的部分測點進行通道調整，確保對點工作的及時性、準確性。

3)技術人員與電科院一起會審汽輪機側核心邏輯，對汽輪機主保護、主要閥門、輔控核心設備邏輯進行檢查，出具連鎖保護單。

4)對汽輪機ETS系統、輔助控制系統進行調試，對ETS系統、輔控單體設備進行邏輯傳動，驗證連鎖保護邏輯。技術人員結合業主專業運行要求，對邏輯、畫面進行必要的微調、優化，并完善連鎖保護卡。

5)建立EH油系統油壓，為汽輪機高、中壓調門、補汽閥國產定制伺服卡設置合理參數，進行調門整定工作，確保國產定制伺服卡具有良好的速度和穩定性。保存調門國產伺服閥整定過程的歷史趨勢圖。修正汽輪機高、中壓主汽門系統參數，進行高、中壓主汽門的整定工作。

6)設置汽輪機超速保護裝置參數，建立系統油壓，進行汽輪機混仿試驗。對汽輪機主保護、核心控制、主要試驗進行帶設備仿真，驗證邏輯，檢查科遠NT6000系統的各項性能指標。

7)配合電科院進行汽輪發電機組整套啟動工作，進行沖轉、并網，指導汽輪機超速試驗、嚴密性試驗、初壓/限壓模式切換、甩負荷試驗、閥門活動性試驗、閥門半行程活動試驗、一次調頻試驗等。

4 實踐驗證

2021年5月6日22：23，大唐南京發電廠2號機組成功并網發電，標志著科遠100%自主可控智能控制系統NT6000正式在超超汽輪發電機組上投運。該項目實現了國內首臺超超臨界機組DCS、DEH、ETS、小機電液(Micro Electro-Hydraulic, MEH)控制系統、小機危急遮斷系統 (Micro Emergency Trip System, METS)一次性全國產化改造，在“十四五”開局之年，實現了對發電領域核心控制系統“卡脖子”問題的完美破局。

在該項目中，汽輪機控制系統由進口西門子T3000系統改造為國產科遠NT6000系統，具有里程碑意義。改造后，大唐南電2號發電機組安全運行，各項性能指標優異[4]。

5 結 論

本文介紹了國產NT6000系統在大唐南京發電廠2號發電機組汽輪機控制系統國產化改造中的成功應用，重點介紹了NT6000系統和西門子T3000系統的差異對比，其具有100%自主可控的優勢，并通過實踐驗證了科遠NT6000系統穩定、可靠。科遠NT6000系統能夠滿足超超臨界汽輪機的控制要求，且性能優異，可以在660 MW機組及其他容量機組上推廣應用。