一、 工程概況
內(nèi)蒙古國華呼倫貝爾發(fā)電有限公司建設(shè)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有限責任公司產(chǎn)品。鍋爐為超臨界參數(shù)變壓直流爐、一次再熱、
墻式切園燃燒、平衡通風、緊身封閉、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐。每臺鍋爐提供一臺立式單級啟動循環(huán)泵。
主要參數(shù)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)合啟動方式。
主要參數(shù)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(shù)為：600MW /50Hz/20000V/0.9。
DCS系統(tǒng)采用杭州和利時自動化有限公司的MACS分散控制系統(tǒng)。其中第一臺機組（1號機組）于2010年11月通過168小時考核，第二臺2號機組于2010年12月通過168小時考核。
二、 系統(tǒng)配置
和利時公司的HOLLiAS MACS系統(tǒng)是用一個開放的系統(tǒng)軟件平臺，將各種控制功能與管理功能相結(jié)合，構(gòu)成了一個集成開放的系統(tǒng)平臺。在此基礎(chǔ)上，和利時公司結(jié)合不同行業(yè)自動化控制的需求特點，推出專業(yè)化的控制方案，最大限度地滿足不同行業(yè)的應(yīng)用需要。
內(nèi)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(tǒng)的控制范圍包括單元機組、機組脫硫系統(tǒng)和一期公用系統(tǒng)。整個DCS系統(tǒng)按照HOLLiAS MACS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)劃分為#1機組、#1、2機組脫硫、#2機組以及公用系統(tǒng)共四個域，并且與電廠管理信息系統(tǒng)（MIS）、監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS）等留有通訊接口。
單元機組DCS的監(jiān)控范圍包括鍋爐及其輔助系統(tǒng)、汽輪機及其輔助系統(tǒng)、空冷控制系統(tǒng)、DEH控制系統(tǒng)、發(fā)電機變壓器組、廠用電系統(tǒng)等。機組脫硫系統(tǒng)DCS的監(jiān)控范圍包括脫硫增壓風機、吸收塔、氧化風機等。一期公用系統(tǒng)的監(jiān)控范圍包括一期廠用電公用部分、輔機冷卻水泵、燃油泵房、空預(yù)器清洗系統(tǒng)等。同時，DCS還與空預(yù)器間隙調(diào)整PLC程控系統(tǒng)等進行通信。
DCS的主要功能包括：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）、模擬量控制系統(tǒng)（MCS）、順序控制系統(tǒng)（SCS）、鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）、旁路控制系統(tǒng)（BPS）、空冷控制系統(tǒng)（ACC）、DEH控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)（ECS）、脫硫系統(tǒng)（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(tǒng)硬件配置示意圖（單元機組和公用系統(tǒng)）如下：
2.1 DCS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
HOLLIAS MACS分散控制系統(tǒng)，可以劃分為監(jiān)控層和控制層兩個層次。監(jiān)控層的設(shè)備主要包括工程師站、操作員站、通訊站等；控制層的設(shè)備主要包括實現(xiàn)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(tǒng)服務(wù)器的互連，通過監(jiān)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(tǒng)服務(wù)器的互連，通過系統(tǒng)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(yīng)。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，信息傳輸實時、可靠。
控制站內(nèi)部的數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)稱為控制網(wǎng)（C-NET），控制網(wǎng)采用Profibus現(xiàn)場總線。使用Profibus-DP協(xié)議，通訊速率500Kbps，實現(xiàn)控制器與過程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(yīng)的GSD設(shè)備文件，都能作為主控的從站與HOLLIAS MACS系統(tǒng)進行通訊。
HOLLIAS MACS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有靈活的擴展性，對于距離電子設(shè)備間較遠的控制現(xiàn)場，可以通過在現(xiàn)場設(shè)置遠程控制站或遠程I/O站的方式接入系統(tǒng)。例如本項目中，在燃油泵房現(xiàn)場設(shè)置遠程I/O站對燃油泵進行控制。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(tǒng)的硬件設(shè)備主要包括控制機柜、工程師站、操作員站、數(shù)據(jù)服務(wù)器、通訊站、大屏幕顯示器、激光打印機等。另外，根據(jù)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、UPS電源分配柜（含切換裝置）、接地柜等設(shè)備也由和利時公司供貨。
工程師站是配有系統(tǒng)組態(tài)軟件的計算機，工程師站對應(yīng)用系統(tǒng)進行功能組態(tài)，包括操作員站組態(tài)和控制器組態(tài)，并進行在線下裝和在線調(diào)試，是工程師對工程實施各種控制策略和人機交互方式的工作平臺。
操作員站是配有實時監(jiān)控軟件和各種可配置的人機接口設(shè)備的計算機，完成對生產(chǎn)過程和現(xiàn)場參數(shù)的實時監(jiān)視與操作。操作員站可全面完成對現(xiàn)場工藝狀況的顯示、報警、打印、歷史數(shù)據(jù)記錄和再現(xiàn)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(gòu)架的Windows XP中文版SP2平臺之上。
數(shù)據(jù)服務(wù)器采用高性能服務(wù)器，完成實時數(shù)據(jù)庫及歷史數(shù)據(jù)庫的管理和存取，服務(wù)器為雙冗余配置，并可根據(jù)實際工程規(guī)模靈活配置。本工程DCS的數(shù)據(jù)服務(wù)器采用DELL機架式服務(wù)器，型號為PowerEdge 2950，操作系統(tǒng)為Windows Server 2003。
HOLLIAS-MACS系統(tǒng)中，較復(fù)雜的計算和管理任務(wù)交給網(wǎng)絡(luò)上的高性能的數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)靈活、處理效率高，易于擴充、適應(yīng)范圍廣，可維護性強。
運行人員通過操作員站上的人機界面將請求發(fā)給數(shù)據(jù)服務(wù)器，而由高性能的數(shù)據(jù)服務(wù)器完成專門負責數(shù)據(jù)庫的操作和維護，同時把結(jié)果返回給人機界面或?qū)⒅噶钕聜鞯街骺貑卧Ｔ诰W(wǎng)絡(luò)里傳輸?shù)闹挥蠸QL語句和結(jié)果數(shù)據(jù)，提高了整個系統(tǒng)的吞吐量和響應(yīng)時間。
三、 控制功能
3.1 主要工藝系統(tǒng)特點 ：
主蒸汽和再熱蒸汽均采用單元制系統(tǒng)。機組旁路系統(tǒng)采用30%啟動旁路。
給水系統(tǒng)：采用3臺35%容量電動給水泵。給水操作臺設(shè)兩路，主路不設(shè)調(diào)節(jié)閥，正常運行時給水的調(diào)節(jié)通過控制給水泵的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)，旁路上設(shè)置一個給水調(diào)節(jié)閥，供啟動和低負荷時使用。采用帶爐水循環(huán)泵的啟動系統(tǒng)，通過循環(huán)泵將疏水打入省煤器入口。
風煙系統(tǒng)：煙風系統(tǒng)按平衡通風設(shè)計, 空氣預(yù)熱器為三分倉容克式空氣預(yù)熱器，冷端風側(cè)采用暖風器加熱方式。每臺爐配2臺動葉可調(diào)軸流送風機，2臺動葉可調(diào)軸流一次風機，2臺動葉可調(diào)軸流式引風機。
制粉燃燒系統(tǒng)：選用中速磨正壓直吹式制粉系統(tǒng)采用七臺中速磨。
回熱系統(tǒng)：7級（3高＋1除氧＋3低）非調(diào)整回熱抽汽系統(tǒng)。
空冷系統(tǒng)：機械通風直接空冷系統(tǒng)。設(shè)有56臺冷卻風機。
輔機冷卻水系統(tǒng) ：采用帶機械通風冷卻塔的再循環(huán)供水系統(tǒng)，二臺機組設(shè)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(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）
FSSS控制系統(tǒng)主要包括鍋爐自動吹掃邏輯；油檢漏試驗程控邏輯；MFT動作及首出邏輯；冷卻風系統(tǒng)的保護聯(lián)鎖和油角的點火程控啟、停；磨組系統(tǒng)的保護聯(lián)鎖和程控啟、停等等，各功能均有專用的操作、指示面板。
3.3 順序控制系統(tǒng)（SCS）
SCS功能主要完成機組輔機、加熱器及各種閥門的操作、聯(lián)鎖、保護及程控等控制功能。
3.4 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（CCS）
CCS負荷管理中心對負荷指令進行限速、限幅、閉鎖增減等處理后得出實際負荷指令。分別送入鍋爐的燃燒、給水、汽機的調(diào)速系統(tǒng)，維持機組的風/煤、水/煤比，使機組安全穩(wěn)定運行。同時也可實現(xiàn)RB、一次調(diào)頻等功能。機組采用定-滑-定運行方式。自動發(fā)電控制（AGC）以機爐協(xié)調(diào)控制方式為基礎(chǔ)，可接受電網(wǎng)發(fā)來的負荷指令，快速響應(yīng)電網(wǎng)負荷的需要。
3.5 模擬量控制系統(tǒng)（MCS）
MCS功能主要完成對調(diào)節(jié)設(shè)備的控制和多套自動調(diào)節(jié)回路，主要模擬量控制包括了：送風機控制、爐膛壓力控制、一次風機控制、給水控制（分離器出口焓值控制）、過熱器多級減溫控制（主汽溫細調(diào)）、再熱汽溫控制、磨煤機風量控制、磨煤機出口溫度控制、除氧器水位、輔助系統(tǒng)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(tǒng)的監(jiān)控，實現(xiàn)風機和真空泵的啟、停控制和連鎖保護。ACC可根據(jù)機組負荷、環(huán)境溫度以及背壓值，自動控制風機的啟、停和調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，自動控制真空泵的啟、停和連鎖，以控制汽機背壓在允許范圍內(nèi)。
3.7 電氣控制系統(tǒng)（ECS）
ECS功能除了完成對斷路器的控制外，還對廠用電切換裝置、機組勵磁裝置及同期裝置等電氣設(shè)備進行操作控制。
3.8 旁路控制系統(tǒng)(BPS)
旁路系統(tǒng)分為高壓和低壓兩級。高壓旁路為從過熱器出口的主蒸汽經(jīng)減溫、減 壓后到
再熱器的進口，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(guī)律，旁路系統(tǒng)完成以下功能：
（1）鍋爐啟動過程中的汽溫、汽壓控制，避免再熱器干燒；
（2）在鍋爐汽壓過高時，減少對空排氣，避免鍋爐超壓，并回收汽、水；
（3）配合汽機實現(xiàn)中壓缸啟動和帶負荷控制，以減少轉(zhuǎn)子在啟動過程中的熱應(yīng)力；
（4）在發(fā)電機甩負荷時，維持汽機空載運行或帶廠用電運行，以便外界故障消除后能 及時并網(wǎng)帶負荷。
3.9 DEH系統(tǒng)
DEH系統(tǒng)完成汽輪機從開始沖轉(zhuǎn)—并網(wǎng)帶負荷－－正常運行調(diào)節(jié)全部過程，汽輪機通常采
用定——滑——定啟動模式。汽輪機啟動階段，鍋爐燃燒率維持不變。汽輪機所需的啟動蒸汽壓力由旁路系統(tǒng)控制，維持不變。蒸汽溫度由鍋爐溫控系統(tǒng)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(shù)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(tǒng)維持蒸汽壓力不變；鍋爐溫控系統(tǒng)維持蒸汽溫度不變；由汽機功控系統(tǒng)通過改變調(diào)門開度，以滿足電網(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(diào)整電功率的同時，需要兼顧限制蒸汽壓力的波動幅度。
汽輪機采用高壓主汽門沖轉(zhuǎn)、高中壓聯(lián)合啟動方式。汽輪機剛啟動時高壓調(diào)節(jié)閥及中壓
主汽門全開，600r/min 以下IV 控制進汽，600~2900 為TV-IV 控制進汽，2900 以上為GV 控制進汽、IV 保持。并網(wǎng)后為GV-IV 控制進汽。中壓調(diào)節(jié)閥的開度比高壓的大3 倍，在整個正常調(diào)節(jié)過程中不節(jié)流，只是在超速限制、保護動作時才起節(jié)流作用。
(1)DEH電氣控制部分
DEH電氣部分由BTC基本控制站、ATC自啟動控制站組成，共有3個機柜。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(tǒng)共用，主要完成數(shù)據(jù)庫管理、控制組態(tài)及監(jiān)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(tǒng)控制指令的最終執(zhí)行者，主要包括：油源系統(tǒng)、AST跳閘&OPC超速系統(tǒng)、電液油動機。
(3)DEH控制系統(tǒng)在呼倫貝爾工程應(yīng)用的特點:
1、一次調(diào)頻
一次調(diào)頻是保證電網(wǎng)頻率穩(wěn)定很重要的基礎(chǔ)作用，發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速有差調(diào)節(jié)反饋是實現(xiàn)電網(wǎng)一次調(diào)頻作用最有效的手段，機組轉(zhuǎn)速反饋同時也是機組運行安全最有力的保障。
傳統(tǒng)DEH系統(tǒng)，在升速階段一次調(diào)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(wěn)定，也不能檢驗一次調(diào)頻的動態(tài)性能。有的在孤網(wǎng)狀態(tài)下甚至是不穩(wěn)定的。
與傳統(tǒng)DEH比較采用了快速一次調(diào)頻回路，以提高一次調(diào)頻動態(tài)響應(yīng)性能。一次調(diào)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(zhuǎn)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(diào)頻的穩(wěn)定性。另外，在機組并網(wǎng)帶負荷時，若實際發(fā)電機并未并網(wǎng)。對于傳統(tǒng)DEH由于其一次調(diào)頻功能尚未投DEH控制系統(tǒng)SAMA圖主回路入，帶初負荷的指令會引起機組超速。由于此DEH一次調(diào)頻功能的調(diào)節(jié)作用，帶初負荷的指令只會使機組轉(zhuǎn)速升高15r/min左右。
2. 雙冗余LVDT低選功能設(shè)計
LVDT雙通道高選位置反饋方式，若兩個LVDT同時斷線，則油動機將全開，因此不滿足伺服系統(tǒng)安全設(shè)計原則。因此將原LVDT斷線檢測判斷后，拉低LVDT解調(diào)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LVDT斷線，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(tǒng)的正常工作。若兩個LVDT均斷線，LVDT直流電壓大于閥位指令電壓，油動機將全關(guān)。這樣修改后可同時滿足安全和冗余設(shè)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(xiàn)場后進行改造。
3. 主汽門調(diào)門切換
DEH升速過程采用主汽門(TV)控制，當升速到2950 r／min時，切換閥門，由主汽門控制切換為高壓調(diào)門(GV)控制，最后定速3000 r／min。
常規(guī)的閥切換經(jīng)常由于TV與GV的開起和關(guān)閉速率配合不好而造成的汽機轉(zhuǎn)速波動很大，為此，通過改進閥切換控制方案：閥切換開始時，開高調(diào)門系數(shù)由1逐漸變?yōu)?，并且轉(zhuǎn)速PID同時作用于TV和GV，即：
GV閥位輸出＝開高調(diào)門系數(shù)×100＋（1－開高調(diào)門系數(shù)）×閥位給定（轉(zhuǎn)速PID輸出）
TV閥位輸出＝（1－開高調(diào)門系數(shù)）×100＋開高調(diào)門系數(shù)×閥位給定（轉(zhuǎn)速PID輸出）
采用新的閥切換控制方案后，在機組的各次起動中，汽輪機轉(zhuǎn)速在DEH進行閥門切換過程中非常穩(wěn)定，轉(zhuǎn)速波動不超過5 r／min，滿足了DEH 汽輪機轉(zhuǎn)速控制的要求。
3.10 脫硫系統(tǒng)（FGD）控制
本期工程的兩臺機組，同步配套煙氣脫硫系統(tǒng)。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(shè)有兩臺增壓風機。
FGD的控制功能分為調(diào)節(jié)功能和順控功能，主要包括增壓風機入口壓力控制、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(tǒng)FGD啟動/停止順序控制、煙氣系統(tǒng)啟停控制、除霧器清洗程控、石灰石破碎輸送系統(tǒng)順控、石灰石制漿系統(tǒng)順控、吸收塔系統(tǒng)順控、石膏脫水系統(tǒng)順控等。
四、 通訊接口
HOLLIAS MACS系統(tǒng)具有廣泛的開放性，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，可以通過系統(tǒng)的通訊站實現(xiàn)與其它系統(tǒng)的信息交流，系統(tǒng)間根據(jù)需要實現(xiàn)單向或雙向通訊。
本期工程的單元機組設(shè)有一臺SIS接口站和兩臺通訊站，以實現(xiàn)與電廠SIS系統(tǒng)和機組IDAS系統(tǒng)的通訊。SIS接口站，采用OPC方式與SIS系統(tǒng)通訊。SIS接口站運行通訊服務(wù)軟件，將機組各系統(tǒng)的主要參數(shù)送至電廠SIS系統(tǒng)，供電廠生產(chǎn)管理人員在辦公室查閱。每套SIS接口站均有3個以太網(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(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)DCS對機組的集中監(jiān)控。主要包括：鍋爐各受熱面壁溫、空預(yù)器間隙調(diào)整PLC程控系統(tǒng)、發(fā)電機定子線圈溫度、發(fā)電機定子鐵心溫度等。
