1 000 MW火電機組MEH控制系統(tǒng)一體化改造

鄭衛(wèi)東，梁海騰，邵帥，熊志成

（華能玉環(huán)電廠，浙江臺州317604）

1 000 MW火電機組MEH控制系統(tǒng)一體化改造

鄭衛(wèi)東，梁海騰，邵帥，熊志成

（華能玉環(huán)電廠，浙江臺州317604）

針對某1 000 MW火電機組MEH控制系統(tǒng)存在的系統(tǒng)老化、維護不便等問題，實施了一體化改造，分析了改造的內(nèi)容，探討了改造過程中的技術(shù)難點問題。給出了解決三菱伺服系統(tǒng)與OVATION系統(tǒng)接口不一致問題的方案，同時對施工調(diào)試中遇到的問題進行了闡述。改造后系統(tǒng)運行穩(wěn)定，控制功能滿足要求，對全廠自動化提升有較好預(yù)期。

超超臨界；給水泵；控制；一體化改造

0 引言

隨著火力發(fā)電廠熱工自動化的飛速發(fā)展，建設(shè)數(shù)字化發(fā)電廠成為必然的發(fā)展。但目前同一發(fā)電廠控制系統(tǒng)品牌繁多的現(xiàn)象普遍存在，造成了全廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)融合度差，存在不同程度的信息孤島。這些影響著發(fā)電廠數(shù)字化發(fā)展的進程，同時也給熱控人員的運行維護帶來困難。已建成發(fā)電廠如何逐步消除信息孤島?全廠控制系統(tǒng)一體化是其中一種方案。

1 機組概況

浙江某發(fā)電廠4×1 000 MW火電機組，鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責任公司設(shè)計的超超臨界變壓運行直流鍋爐,汽輪機由上海汽輪機廠設(shè)計的一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、凝汽式汽輪機。每臺機組配置2臺50%BMCR（鍋爐最大出力工況）容量的給水泵，給水泵由小汽輪機（簡稱小機）驅(qū)動，小汽輪機為日本三菱重工生產(chǎn)的單缸、單流程、下排汽純凝汽式汽輪機，每臺給水泵小機自身配置供油系統(tǒng)。

主機及脫硫DCS（分散控制系統(tǒng)）、電除塵DCS采用艾默生過程控制公司的OVATION系統(tǒng)。水、灰渣、除塵及輸煤系統(tǒng)采用PLC（可編程邏輯控制器）控制系統(tǒng)，其中化水、灰渣、渣水系統(tǒng)組成輔網(wǎng)，實行集中控制。

2 MEH控制系統(tǒng)改造的意義

2.1 MEH控制系統(tǒng)概況

給水泵小機控制系統(tǒng)隨小機本體由日本三菱原裝成套提供，采用的是三菱“Diasys Netmation”分散控制系統(tǒng)。每臺機組MEH（小汽輪機電液控制系統(tǒng)）主要由4對控制器、1臺操作員站、1臺服務(wù)器（含工程師站功能）、I/O卡件組成，系統(tǒng)集成TSI（汽輪機安全監(jiān)視系統(tǒng)）及ETS（汽輪機跳閘保護系統(tǒng)）功能?？刂茩C柜6個，其中2個MEH控制柜，2個ETS控制柜，2個TSI控制柜，2個電源分配柜。

MEH與DCS系統(tǒng)獨立，通過通信方式與主機DCS連接，沖轉(zhuǎn)、并泵、試驗等主要操作在DCS上完成，泵轉(zhuǎn)速達到工作轉(zhuǎn)速后，切遙控模式，接收DCS系統(tǒng)發(fā)出的轉(zhuǎn)速指令，MEH轉(zhuǎn)速進行控制。未配置與SIS（廠級監(jiān)控系統(tǒng)）對接的接口，主要數(shù)據(jù)通過通信方式送至DCS后再送至SIS系統(tǒng)。

2.2 MEH控制系統(tǒng)存在的問題

該系統(tǒng)基建階段由日本三菱公司的技術(shù)人員進廠完成整套調(diào)試工作，后期應(yīng)用過程中遇到了諸多困難，影響到機組安全穩(wěn)定運行。

（1）系統(tǒng)設(shè)備老化。經(jīng)過十多年運行，控制系統(tǒng)大部分元器件已進入老化期，系統(tǒng)可靠性降低，故障發(fā)生的頻度增大，影響了機組的安全運行。根據(jù)原廠家提供的小機MEH系統(tǒng)硬件維護計劃，十年期限需要進行定期更換的設(shè)備基本涵蓋了小機MEH系統(tǒng)絕大數(shù)硬件設(shè)備。2015年某臺MEH控制系統(tǒng)的缺陷超過10條。

（2）廠家技術(shù)支持缺乏。該系統(tǒng)作為全進口給水泵配套設(shè)備，日常維護中，發(fā)現(xiàn)問題和有技術(shù)性難題后，缺乏廠家技術(shù)支持。

（3）備品備件困難。MEH系統(tǒng)需要與DCS分開單獨采購備品備件，且采購周期長。而且由于國外系統(tǒng)升級換代等原因，導(dǎo)致原型號備件困難。

（4）MEH與DCS之間信號傳輸延時長，DCS與MEH整體的協(xié)調(diào)性差：MEH系統(tǒng)和DCS之間通過MODBUS協(xié)議進行通信。由于MEH系統(tǒng)比較封閉，2個系統(tǒng)通信傳輸會產(chǎn)生比較大的延時。以4號機組給水泵小機油泵為例：當運行人員對油泵進行手/自動切換的時，從按下切換按鈕開始一般在6～8 s能在DCS上收到切換信號。較大的延時給運行人員造成了困擾，影響事故狀態(tài)下的處理速度，同時對系統(tǒng)的可靠性也提出了挑戰(zhàn)。

2.3 MEH控制系統(tǒng)一體化改造的目的

（1）解決系統(tǒng)存在的老化問題，提高系統(tǒng)可靠性，防患于未然，解決備品備件費用高、采購周期過長和技術(shù)服務(wù)缺乏等方面的問題。改造后，MEH與DCS備件通用，不需要單獨采購備品備件。改造后可減少檢修、維護的工作量，降低維修成本。

（2）可以提高系統(tǒng)操作反應(yīng)速度，降低系統(tǒng)通信傳輸延時。

（3）通過改造提高DCS與MEH整體的協(xié)調(diào)性，使系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)和操作更加便捷，減少運行操作和監(jiān)盤強度，提高機組運行的經(jīng)濟效益。

（4）提高機組熱工自動化水平和熱控系統(tǒng)的可靠性，一體化改造后，MEH系統(tǒng)數(shù)據(jù)孤島將被消除。

3 MEH控制系統(tǒng)改造內(nèi)容

3.1 MEH控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

考慮到主機版本較低，改造后MEH系統(tǒng)選用Ovation最新版本（Ovation3.5）系統(tǒng)，待主機升級后進行合并。MEH控制系統(tǒng)單獨組網(wǎng)，3臺Cisco 2960交換機，冗余以太網(wǎng)配置。系統(tǒng)包含工程師站、歷史站、操作員站1套，4對OCR1100控制器，小機A控制器定義為CTRL40/90，CTRL41/ 91，B控制器定義為CTRL42/92，CTRL43/93，預(yù)留DEH一體化控制器定義段，改造后能通過DCS對MEH系統(tǒng)進行控制。系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 MEH系統(tǒng)

3.2 MEH控制系統(tǒng)改造方案

3.2.1 硬件方案

現(xiàn)場一次設(shè)備不進行任何改造為總原則，重點改造閥門控制及轉(zhuǎn)速測量等接口。單臺小機各增加2個緊急跳閘按鈕；原先油動機沒有位置反饋顯示，每個調(diào)門增加LVDT（線性可變差動變壓器）反饋裝置1套，配套增加儀表控制箱1只。采用2路220 V（20 A）交流DCS供電，保留原有系統(tǒng)1路110 V DC、1路220 V AC進線電源，增加1套110 V DC/24 V DC（20 A）電源切換、增加1套220 V/24 V DC（20 A）電源切換裝置。具體軟件改造如下：

（1）電液轉(zhuǎn)換器：電液轉(zhuǎn)換器與新系統(tǒng)對接成功是MEH改造的基礎(chǔ)，原三菱MEH高、低壓調(diào)門為WOODWARD公司的EG-3P電液轉(zhuǎn)換器，接收MEH閥門控制卡電流信號，控制電流大小20～160 mA，開環(huán)控制。由于OVATION系統(tǒng)無此類型的閥門控制卡及AO卡，增加控制接口卡，選用WOODWARD公司的SPC卡（最大輸出電流250 mA），改造后OVATION控制器通過AO卡送出4～20 mA閥位控制信號給SPC（位置伺服單元）卡，SPC卡驅(qū)動電液轉(zhuǎn)換器。SPC可以設(shè)置比例型或者積分型，本改造尊重原始設(shè)計，未將LVDT信號引入閉環(huán)，選擇比例功能。LVDT可靠的情況下，可以將反饋引入SPC卡（圖中虛線部分），以實現(xiàn)調(diào)閥閉環(huán)控制。原理圖及SPC卡見圖2、圖3。

圖2 電液轉(zhuǎn)換器原理

圖3 閥門控制卡

（2）轉(zhuǎn)速采集：原轉(zhuǎn)速傳感器是5只磁阻式轉(zhuǎn)速探頭1只電渦流探頭，現(xiàn)場6只轉(zhuǎn)速探頭保持不變，5路進入MEH，轉(zhuǎn)速卡采用OVATION特殊的轉(zhuǎn)速采集卡，電渦流探頭進入TSI系統(tǒng)后輸出標準信號至MEH。

（3）控制器：將原有的MEH系統(tǒng)控制單元CPU全部更換為冗余的OVATION系統(tǒng)OCR1100控制器。

（4）I/O卡件：將原有的MEH系統(tǒng)DCS和所有卡件更換為OVATION系統(tǒng)系列模件。原則上，原系統(tǒng)電纜接入機柜位置保持不變。

（5）控制器機柜：原控制柜利舊，改造后控制柜保留，內(nèi)部重新進行集成。TSI系統(tǒng)設(shè)備保持不變，輸出直接入新系統(tǒng)。所有輸入電纜及柜內(nèi)接線端子排保留原設(shè)計。改造后的控制柜如圖4所示。

圖4 改造后控制柜、網(wǎng)絡(luò)柜、電源柜實物

3.2.2 軟件方案

在此次改造中，畫面及邏輯組態(tài)由DCS廠家負責。在不改變給水泵小機控制策略基礎(chǔ)上，結(jié)合以前DCS與MEH的設(shè)計理念，重新設(shè)計MEH畫面，重新進行MEH組態(tài)和系統(tǒng)調(diào)試。DCS廠家根據(jù)用戶提供的IO清單、運行規(guī)程和控制要求及原系統(tǒng)的流程圖，編寫改造邏輯控制說明，發(fā)電廠進行審核，確?？刂品桨笣M足要求后開始實施。

畫面及邏輯組態(tài)由DCS廠家提供模板，具備操作確認及掛牌功能，考慮與主機合并的要求，預(yù)留圖號及操作窗口等，保持整體風格與主機DCS一致性。畫面如圖5所示。

3.2.3 其他方面

由于MEH暫時沒有和DCS合并，二者采用Moudbus通信方式進行數(shù)據(jù)交互。2套系統(tǒng)通過LC卡實現(xiàn)通信，由于2個系統(tǒng)為同一品牌，通信易于實現(xiàn)。需要注意的是設(shè)置通信卡時，可以將DCS設(shè)置為主，MEH設(shè)置為輔。為提高可靠性，通信卡冗余配置。MEH系統(tǒng)的OPC（機組超速保護）站與SIS系統(tǒng)對接，時鐘接入全廠GPS（全球定位系統(tǒng)）時鐘單元。

DCS至MEH轉(zhuǎn)速指令采用硬接線方式，MEH接受來自DCS的轉(zhuǎn)速遙控信號（4～20 mA）,小汽輪機轉(zhuǎn)速對應(yīng)2 850～6 000 r/min。

增加超速停機及手動打閘停機硬回路保護，保留MEH控制器故障停機硬回路設(shè)計。超速保護MEH“三取二”，5塊轉(zhuǎn)速卡均輸出轉(zhuǎn)速越限邏輯量信號，定值6 440 r/min，其中3路進入硬保護回路。另外2路及超速第1路作為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號，根據(jù)故障安全性原則，3路轉(zhuǎn)速信號進行高選，控制回路將此信號作為實際轉(zhuǎn)速輸入信號，TSI系統(tǒng)轉(zhuǎn)速信號作為零轉(zhuǎn)速。

3.2.4 調(diào)試和施工遇到的問題

施工中，一是遇到柜內(nèi)空間不足的問題，SPC卡較大，沒有合適的空間布置，有2個方案選擇，一是將SPC卡放置就地，二是布置在小機TSI機柜，考慮到抗干擾及系統(tǒng)完善等原因，將SPC卡布置在TSI機柜。

二是在現(xiàn)場集成時，出廠的卡件機架偏大，無法直接安裝在原有控制柜內(nèi)，現(xiàn)場臨時調(diào)整卡件分布，需要在以后改造中計算好尺寸。

調(diào)試比較順利，遇到轉(zhuǎn)速大偏差時，PID算法中比例作用不明顯，轉(zhuǎn)速自動跟蹤慢的問題，檢查設(shè)置，輸入增益未設(shè)置，默認為“1”，而PID在偏差超過100時，按照100計算，調(diào)整輸入增益為0.02，并根據(jù)現(xiàn)場實際整定PID比例系數(shù)后正常。

圖5 控制畫面

4 改造后MEH功能及性能

4.1 改造后MEH主要控制功能

4.1.1 轉(zhuǎn)速控制功能

MEH控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速有3種運行控制方式：手動、轉(zhuǎn)速自動控制、轉(zhuǎn)速遙控。手動控制方式為開環(huán)控制方式，在該方式時，操作員手動設(shè)定小機調(diào)閥開度，通過直接控制閥門達到控制轉(zhuǎn)速的目的。轉(zhuǎn)速自動控制方式是自動調(diào)節(jié)常用的方式之一，操作員選擇轉(zhuǎn)速自動控制方式時，通過設(shè)定目標轉(zhuǎn)速及升速率，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速自動控制。轉(zhuǎn)速遙控方式：遙控投入條件滿足并投入遙控時，MEH接收來自DCS轉(zhuǎn)速指令信號，MEH作為DCS的一個執(zhí)行機構(gòu)。

4.1.2 小汽輪機的掛閘和打閘功能

在任何情況下可以通過畫面或者儀表控制箱的手動停機按鈕停機，METS具有完整的保護停機設(shè)計。

4.1.3 超速保護和超速試驗功能

若運行時汽輪機的實際轉(zhuǎn)速超過設(shè)定的超速保護值時，MEH輸出超速信號，使現(xiàn)場的各個電磁閥動作，卸載保安油，使高低壓主汽閥和高低壓調(diào)節(jié)閥迅速關(guān)閉。

油系統(tǒng)連鎖控制功能，具備主、備油泵聯(lián)鎖保護，直流油泵聯(lián)鎖等功能。

4.2 MEH系統(tǒng)的性能

經(jīng)過性能試驗，MEH系統(tǒng)的DPU（分散處理單元）負荷率小于20%、掃描處理速率小于200 ms，主要性能指標均優(yōu)于原系統(tǒng)。任何顯示畫面均能在小于2 s的時間內(nèi)完全顯示出來，顯示屏畫面刷新周期為1 s；鍵盤操作指令響應(yīng)時間不大于1 s。

4.3 改造后的運行情況

改造于2016年10月完成，啟動沖轉(zhuǎn)一次成功,B修后連續(xù)運行100天，控制系統(tǒng)未發(fā)生任何異常和缺陷。MEH控制系統(tǒng)功能達到了原設(shè)計的要求，轉(zhuǎn)速控制精度靜態(tài)穩(wěn)定精度±1 r/min，動態(tài)響應(yīng)時間小于0.5 s，最大動態(tài)偏差±4 r/min。響應(yīng)曲線如圖6所示。

圖6 小機轉(zhuǎn)速控制響應(yīng)曲線

5 結(jié)語

在IO清冊核對準確、伺服系統(tǒng)接口可靠轉(zhuǎn)換及原有柜接線圖紙“消化”的前提下，實施MEH一體化改造，可以取得較好效果。在智能發(fā)電廠呼之欲出的今天，消除信息孤島，提高數(shù)據(jù)可用性成為必然，控制系統(tǒng)一體化改造是信息整合的有效手段之一。該改造案例可供同類型MEH控制系統(tǒng)改造借鑒。

[1]周文龍，王祖榮，楊炯.常熟電廠300 MW汽輪機數(shù)字電液控制系統(tǒng)DEH、MEH的改造[J].上海汽輪機，2000（2）∶1-8.

[2]潘煒瑋.全廠DCS一體化控制方案在超超臨界間接空冷燃煤機組中的設(shè)計應(yīng)用[J].浙江電力，2016，35（11）∶42-45.

[3]邢偉，檀煒，朱曉峰.600 MW機組DEH、MEH旁路控制系統(tǒng)改造[J].華東電力，2001（7）∶1-3.

[4]顧志恩，林光銳.北侖發(fā)電廠控制系統(tǒng)一體化改造[J].浙江電力，2017，36（1）∶31-34.

[5]趙世遠，鄭海生.火電廠汽輪機DEH/MEH控制系統(tǒng)的改造[J].中國儀器儀表，2013（7）∶23-25.

[6]胡陽軍，譚杰.DCS一體化控制在大型火電廠的應(yīng)用[J].自動化博覽，2011（10）∶104-107.

[7]陳輝，曾憲平，王勝虎.SPPA-T3000DEH系統(tǒng)電超速保護裝置旁路改造與分析[J].浙江電力，2017，36（5）∶48-52.

[8]徐華艷.大型機組控制系統(tǒng)改造方案及實施[J].電子技術(shù)與軟件工程，2014（19）∶117.

[9]梁華，郭佳薇，張渡.關(guān)于電廠控制系統(tǒng)電源的評價與分析[J].河南電力，2013（3）∶38-42.

[10]李誠香.萊城發(fā)電廠1號機組DEH-IIIA改造應(yīng)用[J].電子制作，2013（14）∶46.

[11]許新聞.600 MW汽輪機組MEH常見問題分析及處理[J].廣西電力，2008（3）∶17-20.

[12]金自明.MEH-ⅢA控制邏輯的改進與完善[J].電力建設(shè)，2007（9）∶86-88.

（本文編輯：陸瑩）

Integrated Transformation of MEH for 1 000 MW Thermal Power Generating Units

ZHENG Weidong，LIANG Haiteng，SHAO Shuai，XIONG Zhicheng
（Huaneng Yuhuan Power Plant，Taizhou Zhejiang 317604，China）

This paper introduces the transformation of a 1 000 MW thermal power plant MEH（micro electrohydraulic control system）in the context of system ageing and maintenance inconvenience.The paper analyzes the content of the transformation and explores the technical difficulties in the process of transformation.The paper presents a scheme to handle interface inconsistency between Mitsubishi servo system and OVATION system；meanwhile，it elaborates on the problems in construction and debugging.After the transformation，operation stability of the system is achieved，and its control functions are up to standard，which is expected to improve the automation of the entire plant.

ultra-supercritical；feed pump；control；integrated transformation

10.19585/j.zjdl.201708013

1007-1881（2017）08-0064-05

TK323

B

2017-03-27

鄭衛(wèi)東（1975），男，工程師，長期從事電廠熱工研究管理工作。