一、 工程概況
 
                   

   內蒙古國華呼倫貝爾發(fā)電有限公司建設2×600MW超臨界空冷凝器式燃煤發(fā)電機組 。

  鍋爐采用哈爾濱鍋爐廠(chǎng)有限責任公司產(chǎn)品。鍋爐為超臨界參數變壓直流爐、一次再熱、

  墻式切園燃燒、平衡通風(fēng)、緊身封閉、固態(tài)排渣、全鋼構架、全懸吊結構Π型鍋爐。每臺鍋爐提供一臺立式單級啟動(dòng)循環(huán)泵。

   主要參數為： 1913 t/h /25.5 MPa.a /571 ℃ /1585 /282.5 ℃ 。

   汽機采用上海汽輪機有限公司的超臨界、一次中間再熱、單軸、兩缸兩排汽直接空冷凝

   汽式汽輪機。機組的銘牌出力(TRL)為600MW。汽輪機采用高中壓聯(lián)合啟動(dòng)方式。

   主要參數為：600MW /3000r/min /24.2 MPa /566℃/30kPa 。

  發(fā)電機采用采用上海汽輪發(fā)電機有限公司產(chǎn)品。冷卻方式為水、氫、氫。

  主要參數為：600MW /50Hz/20000V/0.9。

  DCS系統采用杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司的MACS分散控制系統。其中第一臺機組（1號機組）于2010年11月通過(guò)168小時(shí)考核，第二臺2號機組于2010年12月通過(guò)168小時(shí)考核。

  二、 系統配置

  和利時(shí)公司的HOLLiAS MACS系統是用一個(gè)開(kāi)放的系統軟件平臺，將各種控制功能與管理功能相結合，構成了一個(gè)集成開(kāi)放的系統平臺。在此基礎上，和利時(shí)公司結合不同行業(yè)自動(dòng)化控制的需求特點(diǎn)，推出專(zhuān)業(yè)化的控制方案，最大限度地滿(mǎn)足不同行業(yè)的應用需要。

  內蒙古國華呼倫貝爾發(fā)電有限公司一期工程包括#1機組和#2機組，分散控制系統的控制范圍包括單元機組、機組脫硫系統和一期公用系統。整個(gè)DCS系統按照HOLLiAS MACS的網(wǎng)絡(luò )結構劃分為#1機組、#1、2機組脫硫、#2機組以及公用系統共四個(gè)域，并且與電廠(chǎng)管理信息系統（MIS）、監控信息系統（SIS）等留有通訊接口。

  單元機組DCS的監控范圍包括鍋爐及其輔助系統、汽輪機及其輔助系統、空冷控制系統、DEH控制系統、發(fā)電機變壓器組、廠(chǎng)用電系統等。機組脫硫系統DCS的監控范圍包括脫硫增壓風(fēng)機、吸收塔、氧化風(fēng)機等。一期公用系統的監控范圍包括一期廠(chǎng)用電公用部分、輔機冷卻水泵、燃油泵房、空預器清洗系統等。同時(shí)，DCS還與空預器間隙調整PLC程控系統等進(jìn)行通信。

   DCS的主要功能包括：數據采集系統（DAS）、模擬量控制系統（MCS）、順序控制系統（SCS）、鍋爐爐膛安全監控系統（FSSS）、旁路控制系統（BPS）、空冷控制系統（ACC）、DEH控制系統、電氣控制系統（ECS）、脫硫系統（FGD）控制等。

  國華呼倫貝爾發(fā)電有限公司一期工程的DCS控制系統硬件配置示意圖（單元機組和公用系統）如下:
  
                     

  2.1 DCS網(wǎng)絡(luò )結構

  HOLLIAS MACS分散控制系統，可以劃分為監控層和控制層兩個(gè)層次。監控層的設備主要包括工程師站、操作員站、通訊站等；控制層的設備主要包括實(shí)現各種控制功能的控制站（包括遠程控制站和遠程I/O站）。

  工程師站、操作員站和通訊站等與系統服務(wù)器的互連，通過(guò)監控網(wǎng)（M-NET）使用以太網(wǎng)協(xié)議通訊，通訊速率100Mbps。

  控制站與系統服務(wù)器的互連，通過(guò)系統網(wǎng)絡(luò )（S-NET）使用HSIE網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，通訊速率10/100M自適應。HSIE網(wǎng)絡(luò )協(xié)議基于可靠的工業(yè)以太網(wǎng)通訊協(xié)議，信息傳輸實(shí)時(shí)、可靠。

  控制站內部的數據通訊網(wǎng)絡(luò )稱(chēng)為控制網(wǎng)（C-NET），控制網(wǎng)采用Profibus現場(chǎng)總線(xiàn)。使用Profibus-DP協(xié)議，通訊速率500Kbps，實(shí)現控制器與過(guò)程I/O模塊的通訊，符合IEC61158國際標準。所有支持Profibus-DP協(xié)議的控制器（如PLC）和智能儀表只要提供相應的GSD設備文件，都能作為主控的從站與HOLLIAS MACS系統進(jìn)行通訊。

  HOLLIAS MACS系統的網(wǎng)絡(luò )結構具有靈活的擴展性，對于距離電子設備間較遠的控制現場(chǎng)，可以通過(guò)在現場(chǎng)設置遠程控制站或遠程I/O站的方式接入系統。例如本項目中，在燃油泵房現場(chǎng)設置遠程I/O站對燃油泵進(jìn)行控制。遠程控制站和遠程I/O站采用光纜通訊，保證了通訊的速度和質(zhì)量。

  2.2 DCS硬件配置

  HOLLIAS MACS分散控制系統的硬件設備主要包括控制機柜、工程師站、操作員站、數據服務(wù)器、通訊站、大屏幕顯示器、激光打印機等。另外，根據DCS合同要求，集控室和工程師站的操作臺、緊急跳閘按鈕操作盤(pán)、UPS電源分配柜（含切換裝置）、接地柜等設備也由和利時(shí)公司供貨。

  工程師站是配有系統組態(tài)軟件的計算機，工程師站對應用系統進(jìn)行功能組態(tài)，包括操作員站組態(tài)和控制器組態(tài)，并進(jìn)行在線(xiàn)下裝和在線(xiàn)調試，是工程師對工程實(shí)施各種控制策略和人機交互方式的工作平臺。

   操作員站是配有實(shí)時(shí)監控軟件和各種可配置的人機接口設備的計算機，完成對生產(chǎn)過(guò)程和現場(chǎng)參數的實(shí)時(shí)監視與操作。操作員站可全面完成對現場(chǎng)工藝狀況的顯示、報警、打印、歷史數據記錄和再現以及報表等功能。本工程中，DCS的工程師站和操作員站采用研華工控機, 型號為Ipc-610MB/AIMB-763G2，運行在基于Windows NT/2000構架的Windows XP中文版SP2平臺之上。

   數據服務(wù)器采用高性能服務(wù)器，完成實(shí)時(shí)數據庫及歷史數據庫的管理和存取，服務(wù)器為雙冗余配置，并可根據實(shí)際工程規模靈活配置。本工程DCS的數據服務(wù)器采用DELL機架式服務(wù)器，型號為PowerEdge 2950，操作系統為Windows Server 2003。

  HOLLIAS-MACS系統中，較復雜的計算和管理任務(wù)交給網(wǎng)絡(luò )上的高性能的數據服務(wù)器，頻繁與操作員打交道的人機界面等任務(wù)交給操作員站。這種體系結構結構靈活、處理效率高，易于擴充、適應范圍廣，可維護性強。

  運行人員通過(guò)操作員站上的人機界面將請求發(fā)給數據服務(wù)器，而由高性能的數據服務(wù)器完成專(zhuān)門(mén)負責數據庫的操作和維護，同時(shí)把結果返回給人機界面或將指令下傳到主控單元。在網(wǎng)絡(luò )里傳輸的只有SQL語(yǔ)句和結果數據，提高了整個(gè)系統的吞吐量和響應時(shí)間。

  三、 控制功能

  3.1 主要工藝系統特點(diǎn) ：

  主蒸汽和再熱蒸汽均采用單元制系統。機組旁路系統采用30%啟動(dòng)旁路。

   給水系統：采用3臺35%容量電動(dòng)給水泵。給水操作臺設兩路，主路不設調節閥，正常運行時(shí)給水的調節通過(guò)控制給水泵的轉速來(lái)實(shí)現，旁路上設置一個(gè)給水調節閥，供啟動(dòng)和低負荷時(shí)使用。采用帶爐水循環(huán)泵的啟動(dòng)系統，通過(guò)循環(huán)泵將疏水打入省煤器入口。

  風(fēng)煙系統：煙風(fēng)系統按平衡通風(fēng)設計, 空氣預熱器為三分倉容克式空氣預熱器，冷端風(fēng)側采用暖風(fēng)器加熱方式。每臺爐配2臺動(dòng)葉可調軸流送風(fēng)機，2臺動(dòng)葉可調軸流一次風(fēng)機，2臺動(dòng)葉可調軸流式引風(fēng)機。

  制粉燃燒系統：選用中速磨正壓直吹式制粉系統采用七臺中速磨。

   回熱系統：7級（3高＋1除氧＋3低）非調整回熱抽汽系統。 

   空冷系統：機械通風(fēng)直接空冷系統。設有56臺冷卻風(fēng)機。 

  輔機冷卻水系統 ：采用帶機械通風(fēng)冷卻塔的再循環(huán)供水系統，二臺機組設三臺冷卻水泵、一根供水母管及一根回水母管。

  3.2 鍋爐爐膛安全監控系統（FSSS）

  FSSS控制系統主要包括鍋爐自動(dòng)吹掃邏輯；油檢漏試驗程控邏輯；MFT動(dòng)作及首出邏輯；冷卻風(fēng)系統的保護聯(lián)鎖和油角的點(diǎn)火程控啟、停；磨組系統的保護聯(lián)鎖和程控啟、停等等，各功能均有專(zhuān)用的操作、指示面板。

  3.3 順序控制系統（SCS）

  SCS功能主要完成機組輔機、加熱器及各種閥門(mén)的操作、聯(lián)鎖、保護及程控等控制功能。

  3.4 協(xié)調控制系統（CCS）

  CCS負荷管理中心對負荷指令進(jìn)行限速、限幅、閉鎖增減等處理后得出實(shí)際負荷指令。分別送入鍋爐的燃燒、給水、汽機的調速系統，維持機組的風(fēng)/煤、水/煤比，使機組安全穩定運行。同時(shí)也可實(shí)現RB、一次調頻等功能。機組采用定-滑-定運行方式。自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）以機爐協(xié)調控制方式為基礎，可接受電網(wǎng)發(fā)來(lái)的負荷指令，快速響應電網(wǎng)負荷的需要。

   3.5 模擬量控制系統（MCS）

  MCS功能主要完成對調節設備的控制和多套自動(dòng)調節回路，主要模擬量控制包括了：送風(fēng)機控制、爐膛壓力控制、一次風(fēng)機控制、給水控制（分離器出口焓值控制）、過(guò)熱器多級減溫控制（主汽溫細調）、再熱汽溫控制、磨煤機風(fēng)量控制、磨煤機出口溫度控制、除氧器水位、輔助系統控制等等。

   3.6 空冷控制功能（ACC）

  ACC功能主要完成機組空冷系統的監控，實(shí)現風(fēng)機和真空泵的啟、?？刂坪瓦B鎖保護。ACC可根據機組負荷、環(huán)境溫度以及背壓值，自動(dòng)控制風(fēng)機的啟、停和調節轉速，自動(dòng)控制真空泵的啟、停和連鎖，以控制汽機背壓在允許范圍內。

   3.7 電氣控制系統（ECS）

   ECS功能除了完成對斷路器的控制外，還對廠(chǎng)用電切換裝置、機組勵磁裝置及同期裝置等電氣設備進(jìn)行操作控制。

   3.8 旁路控制系統(BPS)

   旁路系統分為高壓和低壓兩級。高壓旁路為從過(guò)熱器出口的主蒸汽經(jīng)減溫、減 壓后到再熱器的進(jìn)口，低壓旁路為從再熱器出口的蒸汽經(jīng)減溫、減壓后去凝汽器。為了配合 鍋爐和汽機的特定運行規律，旁路系統完成以下功能：

（1）鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中的汽溫、汽壓控制，避免再熱器干燒；
（2）在鍋爐汽壓過(guò)高時(shí)，減少對空排氣，避免鍋爐超壓，并回收汽、水；
（3）配合汽機實(shí)現中壓缸啟動(dòng)和帶負荷控制，以減少轉子在啟動(dòng)過(guò)程中的熱應力；
（4）在發(fā)電機甩負荷時(shí)，維持汽機空載運行或帶廠(chǎng)用電運行，以便外界故障消除后能 及時(shí)并網(wǎng)帶負荷。

   3.9 DEH系統

   DEH系統完成汽輪機從開(kāi)始沖轉—并網(wǎng)帶負荷--正常運行調節全部過(guò)程，汽輪機通常采用定——滑——定啟動(dòng)模式。汽輪機啟動(dòng)階段，鍋爐燃燒率維持不變。汽輪機所需的啟動(dòng)蒸汽壓力由旁路系統控制，維持不變。蒸汽溫度由鍋爐溫控系統控制，維持不變（約30%負荷）。機組并網(wǎng)帶負荷且旁路閥全關(guān)后，逐漸增加鍋爐燃燒率，蒸汽升溫、升壓，滑參數加負荷（約30~90%負荷）。正常運行期間（90%負荷以上），由鍋爐壓控系統維持蒸汽壓力不變；鍋爐溫控系統維持蒸汽溫度不變；由汽機功控系統通過(guò)改變調門(mén)開(kāi)度，以滿(mǎn)足電網(wǎng)對發(fā)電機功率的要求。由于超臨界鍋爐的蓄能較小，在汽機調整電功率的同時(shí)，需要兼顧限制蒸汽壓力的波動(dòng)幅度。

   汽輪機采用高壓主汽門(mén)沖轉、高中壓聯(lián)合啟動(dòng)方式。汽輪機剛啟動(dòng)時(shí)高壓調節閥及中壓主汽門(mén)全開(kāi)，600r/min 以下IV 控制進(jìn)汽，600~2900 為T(mén)V-IV 控制進(jìn)汽，2900 以上為GV 控制進(jìn)汽、IV 保持。并網(wǎng)后為GV-IV 控制進(jìn)汽。中壓調節閥的開(kāi)度比高壓的大3 倍，在整個(gè)正常調節過(guò)程中不節流，只是在超速限制、保護動(dòng)作時(shí)才起節流作用。

   (1)DEH電氣控制部分

    DEH電氣部分由BTC基本控制站、ATC自啟動(dòng)控制站組成，共有3個(gè)機柜。機柜中安裝有冗余主控單元及各種I/O模塊（如圖所示），以完成各種控制功能。服務(wù)器、工程師站及操作員站與DCS系統共用，主要完成數據庫管理、控制組態(tài)及監視操作等功能。

   (2)DEH液壓控制部分

   液壓控制部分是DEH控制系統控制指令的最終執行者，主要包括：油源系統、AST跳閘&OPC超速系統、電液油動(dòng)機。

   (3)DEH控制系統在呼倫貝爾工程應用的特點(diǎn):

   1、一次調頻

   一次調頻是保證電網(wǎng)頻率穩定很重要的基礎作用，發(fā)電機組的轉速有差調節反饋是實(shí)現電網(wǎng)一次調頻作用最有效的手段，機組轉速反饋同時(shí)也是機組運行安全最有力的保障。 

   傳統DEH系統，在升速階段一次調頻功能不起作用。在機組并入大電網(wǎng)后，而由于通常電網(wǎng)頻率較穩定，也不能檢驗一次調頻的動(dòng)態(tài)性能。有的在孤網(wǎng)狀態(tài)下甚至是不穩定的。

    與傳統DEH比較采用了快速一次調頻回路，以提高一次調頻動(dòng)態(tài)響應性能。一次調頻信號不加任何切換邏輯，直接作用到DEH的總閥位給定。機組在任何工況下，轉速反饋都存在，對機組及電網(wǎng)的安全運行提供了有力的安全防護。在升速階段即可驗證一次調頻的穩定性。另外，在機組并網(wǎng)帶負荷時(shí)，若實(shí)際發(fā)電機并未并網(wǎng)。對于傳統DEH由于其一次調頻功能尚未投DEH控制系統SAMA圖主回路入，帶初負荷的指令會(huì )引起機組超速。由于此DEH一次調頻功能的調節作用，帶初負荷的指令只會(huì )使機組轉速升高15r/min左右。

   2. 雙冗余LVDT低選功能設計
  
                    

   LVDT雙通道高選位置反饋方式，若兩個(gè)LVDT同時(shí)斷線(xiàn)，則油動(dòng)機將全開(kāi)，因此不滿(mǎn)足伺服系統安全設計原則。因此將原LVDT斷線(xiàn)檢測判斷后，拉低LVDT解調后的直流電壓，改為拉高LVDT直流電壓；將原LVDT直流電壓高選電路，改為低選電路，這樣若單個(gè)LVDT斷線(xiàn)，該LVDT直流電壓大于閥位指令電壓，由于采用低選電路，將不影響伺服系統的正常工作。若兩個(gè)LVDT均斷線(xiàn)，LVDT直流電壓大于閥位指令電壓，油動(dòng)機將全關(guān)。這樣修改后可同時(shí)滿(mǎn)足安全和冗余設計原則。目前情況，DEH卡件具備此項功能，但是隨汽輪機配供的LVDT是單路的，只有到達現場(chǎng)后進(jìn)行改造。

   3. 主汽門(mén)調門(mén)切換

   DEH升速過(guò)程采用主汽門(mén)(TV)控制，當升速到2950 r／min時(shí)，切換閥門(mén)，由主汽門(mén)控制切換為高壓調門(mén)(GV)控制，最后定速3000 r／min。

  常規的閥切換經(jīng)常由于TV與GV的開(kāi)起和關(guān)閉速率配合不好而造成的汽機轉速波動(dòng)很大，為此，通過(guò)改進(jìn)閥切換控制方案：閥切換開(kāi)始時(shí)，開(kāi)高調門(mén)系數由1逐漸變?yōu)?，并且轉速PID同時(shí)作用于TV和GV，即：

GV閥位輸出＝開(kāi)高調門(mén)系數×100＋（1－開(kāi)高調門(mén)系數）×閥位給定（轉速PID輸出）
TV閥位輸出＝（1－開(kāi)高調門(mén)系數）×100＋開(kāi)高調門(mén)系數×閥位給定（轉速PID輸出）

   采用新的閥切換控制方案后，在機組的各次起動(dòng)中，汽輪機轉速在DEH進(jìn)行閥門(mén)切換過(guò)程中非常穩定，轉速波動(dòng)不超過(guò)5 r／min，滿(mǎn)足了DEH 汽輪機轉速控制的要求。

   3.10 脫硫系統（FGD）控制

  本期工程的兩臺機組，同步配套煙氣脫硫系統。煙氣脫硫裝置采用石灰石/石膏濕法脫硫工藝，按一爐一塔配置，設有兩臺增壓風(fēng)機。

   FGD的控制功能分為調節功能和順控功能，主要包括增壓風(fēng)機入口壓力控制、石灰石漿液濃度控制、脫硫塔pH值及塔出口SO2濃度控制、吸收塔液位控制、石膏漿排出量控制以及脫硫系統FGD啟動(dòng)/停止順序控制、煙氣系統啟?？刂?、除霧器清洗程控、石灰石破碎輸送系統順控、石灰石制漿系統順控、吸收塔系統順控、石膏脫水系統順控等。

  四、 通訊接口

  HOLLIAS MACS系統具有廣泛的開(kāi)放性，支持TCP/IP、OPC/ODBC、MODBUS 、Profibus等通訊協(xié)議，采用RS232/RS422/RS485、以太網(wǎng)絡(luò )等接口方式，可以通過(guò)系統的通訊站實(shí)現與其它系統的信息交流，系統間根據需要實(shí)現單向或雙向通訊。

  本期工程的單元機組設有一臺SIS接口站和兩臺通訊站，以實(shí)現與電廠(chǎng)SIS系統和機組IDAS系統的通訊。SIS接口站，采用OPC方式與SIS系統通訊。SIS接口站運行通訊服務(wù)軟件，將機組各系統的主要參數送至電廠(chǎng)SIS系統，供電廠(chǎng)生產(chǎn)管理人員在辦公室查閱。每套SIS接口站均有3個(gè)以太網(wǎng)通訊口和招標文件要求的硬件防火墻。兩臺通訊站采用MODBUS等通訊協(xié)議，與機組IDAS系統進(jìn)行數據交換，實(shí)現DCS對機組的集中監控。主要包括：鍋爐各受熱面壁溫、空預器間隙調整PLC程控系統、發(fā)電機定子線(xiàn)圈溫度、發(fā)電機定子鐵心溫度等。