(河北西柏坡发电有限责任公司 河北省石家庄市 050400)
【摘 要】本文对西柏坡电力600MW超临界燃煤机组A级检修DCS系统整体改造中的DEH系统改造过程进行详细说明。DCS系统从ABB公司的Symphony系统改造为爱默生公司的OVATION系统。本文从工程概况、硬件设计、逻辑设计、人机界面、操作功能等几个方面进行了深入阐述。在原有功能基础上，增加了提效增容和抽汽供热的控制逻辑画面设计，为跨平台改造施工方案提供宝贵技术经验。
【关键词】 DEH改造 ABB Symphony Emerson OVATION 跨平台
1. 工程概况
西柏坡电力三单元为2*600MW超临界机组。系哈尔滨汽轮机有限责任公司生产的国内CLN600-24.2/538/566型超临界、一次中间再热、三缸、四排气、单轴、双背压、凝汽式汽轮发电机组。每台机组有两个可调节高压主汽阀（TV），四个高压调节阀（GV），两个开关式再热主汽阀（RSV），四个再热调节阀（IV）组成。本次提效增容改造将额定负荷提升至640MW。
三单元DEH系统原为ABB北京贝利控制有限公司的Symphony系统，本次改造使用艾默生过程控制（上海）有限公司的OVATION系统，所有控制柜和上位机全部更换，电缆部分充分利旧。系统逻辑和画面在原有基础上进行优化，并根据提效增容改造修改部分逻辑，增加供热控制逻辑和画面。
2. 系统硬件配置设计
2.1 原DEH系统构成
原DEH系统由三个ABB控制柜组成：#34、#35、#36。
#35为模件柜，#34和#36为端子柜。三对互为冗余的控制器对应三个功能部分：超速保护（OPC）、汽机基本控制（BTC）和汽机自启停（ATC）。
#34柜使用点数统计：AI：52点，AO：11点，ASI：51点，HSS：20点。
#36柜使用点数统计：DI：65点，DO：38点，FCS：3点。
2.2 新硬件设计
需要充分考虑以下事项
1）由于电缆全部利旧，设计新接线位置需充分考虑电缆原接线端子排高度，保证能够接入新机柜端子排。
2）充分考虑将同一功能模块的点设计在同一控制器内，尽量减少跨控制器运算。
3）考虑新旧卡件测点容量的不同，将相同测点分布到多块板卡上。
4）每块卡件预留出合适的备用通道。
5）机柜内预留出合适的扩展卡槽。
根据以上原则，新DEH改造为三个控制柜：DPU42/92、DPU41/91、EXT41_1，其中EXT41_1为DPU41/91的扩展柜，与DPU41/91共用控制器。DPU42/92控制器负责汽机自启停（ATC），DPU41/91控制器负责基本控制（BTC）、超速保护（OPC）和供热控制。
OVATION控制器建立在开放的工业标准基础之上，是最有效的工业过程控制器。OVATION控制器执行简单或复杂地调节和顺序控制策略，能实现数据获取功能，可以与网络及I/O子系统连接。工程师/高性能工具库工作站、操作员站均采用WINDOWS平台。
阀定位模块VP（Valve Positioner Module），2块VP卡实现原系统一块HSS03模块功能。
OVATION阀定位I/O模块提供汽轮机可调蒸汽阀门闭环位置控制。I/O模块为电液伺服阀执行器和OVATION控制器之间的接口。主汽阀、高压调节阀及再热调节阀均由阀定位模块控制。它实际上是一块智能I/O模件，通过卡件内的处理器完成蒸汽阀门的精确定位控制。阀定位模块可以设定阀的位置设定值，通常这是OVATION控制器来完成的。在模块内部，微处理器提供实时阀位的闭环PI(比例－积分)控制，阀位设定值引起I/O模块产生冗余输出控制信号，这些控制信号驱动电液伺服阀执行器上的线圈，和安装在阀杆上的LVDT而检测到的阀位信号一起构成闭环回路。每块控制一个可调蒸汽阀门，基于冗余控制设计，因此DEH配置了20个阀定位模块：TV×2×2、GV×4×2、IV×4×2。
双卡冗余使用，配有专用的冗余线，其连接如下图
图1 VP卡冗余接线图
当主卡故障或主卡的LVDT故障或伺服阀线圈开路等故障时自动切换到副卡，也可人为通过阀门整定画面人为操作进行切换。
速度检测器模块SS（Speed Detector Module），3块SS卡实现原系统一块FCS01模块的功能。
OVATION速度检测器I/O模块通过检测磁阻式转速探头输出信号的频率而得到汽轮机的转速。它将磁阻式转速探头输出信号的频率转换成16bit和32bit二进制数，16bit输出值，以5ms速度更新信息，用来检测汽轮机的转速。32bit输出值，也以适当的速度更新数据，控制汽轮机的转速。
每块转速卡接受一路转速脉冲信号，因此DEH配置了三块转速测量模件。
数字量输入模块DI，实现原系统DI模块功能。数字量输入模块的通道为16路开关量（干接点）查询电压为48VDC。
数字量输出模块DOC，实现原系统DO模块功能。数字量输出模块的通道为16路开关量输出模块。
数字量输出模块DOX，实现原系统DO模块加扩展继电器功能。数字量输出模块的通道为12路开关量输出模块。
模拟量输入模块AI，实现原系统AI模块功能。为8路模拟量输入模块，专门用于4～20mA或1～5VDC模拟量输入测量通过不同的接线方式，可实现电流输入方式（外部提供24VDC）或者变送器输入方式（机柜内部提供24VDC）。
模拟量输出模块HAO2，实现原系统AO模块功能。为8路模拟量输出模块，专门用于4～20mA信号输出。
热电偶输入模块TC，实现原系统ASI23模块功能。为8路热电偶输入模块，专门用于热电偶（TC）温度信号测量。
3. 逻辑分布设计
DEH主要控制汽轮机转速和功率，即从汽机挂闸、冲转、暖机、进汽阀切换、同期并网、带初负荷、供热投入到带全负荷的整个过程，通过TV、GV、IV和RSV实现，同时具备防止汽机超速的保护逻辑。西柏坡电厂DEH控制功能分别由两对冗余的OVATION控制器实现，即超速保护（OPC）、基本控制（BTC）、供热控制和自启停（包括转子应力计算）。这四部分既相互独立，同时又通过控制总线交换控制信息或状态。
超速保护部分（OPC）
超速保护部分的主要作用是提供转速三选中、油开关状态及汽机自动停机挂闸（ASL）状态三选二、超速保护逻辑、超速试验选择逻辑以及DEH跳闸逻辑，它控制着OPC电磁阀，同时汇总DEH其余相关跳闸信号后通过硬接线送ETS，没有转速和负荷调节控制。
基本控制部分（BTC）
基本控制部分是DEH的核心，它提供与转速和负荷控制相关的逻辑、调节回路，所有闭环控制的PID调节器和伺服阀接口均通过一对冗余的DPU实现。这部分还包括与自动控制有关的其他功能，如设定值/变化率发生器、限值设定、阀门切换、阀门管理、阀门试验、控制回路切换以及阀门校验等。与基本控制有关的重要模拟量，如发电机有功功率、主蒸汽压力、中压排汽压力和调节级压力同样也是三取中。
供热控制部分
供热控制是本次改造新增的控制内容。通过控制连通管调节阀（EGV）、抽汽逆止阀、抽汽快关阀（FEV）和抽汽调节阀（LEV）实现截流中压缸排汽，供给供热系统加热器用汽。主要实现以下功能：供热投入允许、供热事故切除、连通管调节阀控制、抽汽逆止阀控制、抽汽快关阀控制、抽汽调节阀控制、供热RB控制、供热EH油站控制。
自启停部分（ATC）
汽轮机自启停（ATC）是以转子应力计算为基础，控制并监视汽轮机从盘车、升速、并网到带负荷全过程。基本的ATC逻辑由两部分组成，即转子应力计算、温度监视、振动监视和启动步骤。这两部分相辅相成，共同组成一套使汽轮机自动完成从盘车到带负荷整个过程的平稳、高效的控制系统。ATC功能由一对冗余的DPU(DROP42/92)完成。
4. 主要人机界面
汽机总貌：画面5727-m
该画面显示了DEH许多重要的参数，如转速、负荷、蒸汽压力/温度、凝汽器真空、各蒸汽阀门开度/状态等，还有DEH控制回路投/切状态、操作方式。
自动控制：画面5701-m
该画面为运行人员提供了主要的操作手段，并且用棒图和数字显示TV/GV/IV开度。是汽机运行时操作人员主要面对的画面。
超速试验：画面5730-m
超速试验包括OPC超速试验、电超速试验（EOST）和机械超速试验（MOST）。
转子应力监视：画面5732-m
汽轮机通流部分高中压缸转子热应力是影响汽轮机运行寿命的关键因素，ATC程序计算出与热应力有关的各种信息，通过该画面表现出来。
自动限制：画面5728-m
该画面用于设定DEH各种限值。
阀门校验：画面7954-dehcal1
该画面用于eRVP卡离线或在线校验。
阀门试验：画面5729-m
阀门试验部分：通过该画面可以实现这两种类型四组的阀门活动试验操作。TV1/GV1/GV4，TV2/GV2/GV3，RSV1/IV1/IV3，RSV2/IV2/IV4，TV1松动试验和TV2松动试验。严密性试验包括主门严密性试验（TV/RSV）,调门严密性试验（GV/IV）和停止所有严密性试验(STOP ALL LEAK TEST)。
TSI监视：画面5733-m
该画面显示的是汽机TSI的参数，如振动、差胀、偏心、轴位移等；此外轴承金属温度（包括推力瓦）和回油温度也在这幅画面上显示出来。
高/中压汽缸温度：画面5734-m
该画面显示了高/中汽缸上主要的温度测点分布及实际测量值。
供热控制：画面5735-m
该画面显示了供热控制的监控内容。
5. 操作功能介绍
汽机远方挂闸
画面（5701-m自动控制）。
手动/自动选择
画面（5701-m自动控制）。
投/切ATC方式
画面（5701-m自动控制）。
设定目标值
画面（5701-m自动控制）。
设定变化率
画面（5701-m自动控制）。
TV/GV切换
画面（5701-m自动控制）。
OPC超速试验
3000RPM定速后，（5730-m超速试验）。
电超速试验
3000RPM定速后，画面（5730-m超速试验）。
机械超速试验
3000RPM定速后，画面（5730-m超速试验）。
主汽门严密性试验
3000RPM定速后，画面（5729-m阀门试验）。
调门严密性试验
3000RPM定速后，画面（5729-m阀门试验）。
投/切自动同期方式
3000RPM定速后，画面（5701-m自动控制）。
投/切功率闭环
发电机并网后，画面（5701-m自动控制）。
投/切主蒸汽压力闭环（TPC）
发电机并网后，画面（5701-m自动控制）。
投/切协调方式
发电机并网后，画面（5701-m自动控制）。
设定阀位限值
画面（5728-m自动限制）。
设定负荷高限
画面（5728-m自动限制）。
设定负荷低限
画面（5728-m自动限制）。
设定主汽压保护限值
画面（5728-m自动限制）。
高压主汽门在线活动试验
发电机并网后，画面（5729-m阀门试验）。
中压主汽门在线活动试验
发电机并网后，画面（5729-m阀门试验）。
阀门校验
汽机复位后，画面（5954-cal1DEH阀门整定）。
供热控制
发电机并网后，画面（5735-m供热控制）。
作者简介：
曹瑞奎，男，1981年出生，硕士研究生，工程师，2004年本科毕业于河北地质大学电子信息工程专业，在中国电科院从事电网电能量计量调度平台工作。2012年研究生毕业于石家庄铁道大学机械电子专业，一直从事热控专业的技术管理和火电厂热工设备的检修维护工作。
论文作者:曹瑞奎,党鹏飞,赵辉
论文发表刊物:《电力设备》2018年第13期
论文发表时间:2018/8/22
标签：画面论文; 模块论文; 阀门论文; 汽机论文; 汽轮机论文; 系统论文; 转速论文; 《电力设备》2018年第13期论文;