Ovation DCS控制系統(tǒng)取代莫迪康PLC控制器在ETS系統(tǒng)中的成功運用

黃慶龍

【摘 要】莫迪康PLC控制器在ETS系統(tǒng)中的運用較為普遍，且該型PLC控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定，可靠性較高，但是隨著電力過程控制系統(tǒng)的發(fā)展和升級，原有的莫迪康PLC控制系統(tǒng)已出現(xiàn)了較多影響設(shè)備和系統(tǒng)安全運行的隱患點，例如：該套ETS系統(tǒng)跳閘硬回路存在失電保護拒動的風(fēng)險；通訊網(wǎng)絡(luò)未完全獨立的冗余配置，不具備無擾切換功能等。這些較嚴重的設(shè)備缺陷，均已無法滿足《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求》中的相關(guān)規(guī)定。

【Abstract】 The application of Modicon PLC controller in the ETS system is more common， and the type of PLC control system is stable， high reliability， but with the development and upgrade of the power process control system， the original Modicon PLC control system has more impact on the safe operation of the equipment and system， such as the risk of loss protection for the trip hard circuit of the ETS system， the communication network is not completely independent of redundant configuration， there is no switching function and so on. These serious equipment defects can not meet the relevant provisions of "the 25 Priority Requirements for Prevention of Electric Power Production Accidents".

【關(guān)鍵詞】保護拒動；冗余；隱患

【Keywords】refusal-operation of protection； redundancy； hidden danger

【中圖分類號】TK269 【文獻標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）01-0160-02

1 引言

汽輪機危急跳閘系統(tǒng)（ETS系統(tǒng)）作為機組重要的保護系統(tǒng)，在機組跳閘回路中應(yīng)設(shè)計為失電動作，同時系統(tǒng)本身要有防止誤操作、保護誤動的措施。我公司的莫迪康PLC控制器在設(shè)備硬件和保護配置方面已不滿足《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求》中的相關(guān)規(guī)定。

2 改造前的莫迪康PLC控制系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)概述

大唐三門峽發(fā)電有限責(zé)任公司4號機組原ETS控制系統(tǒng)為莫迪康PLC控制器，該套系統(tǒng)于2006年投入運行，整套系統(tǒng)集成了PLC雙機熱備控制器；I/O卡件；觸摸屏上位機等配置，在2015年進行了整套系統(tǒng)的電源系統(tǒng)改造，將單配電源模塊升級為西門子24VDC雙電源切換電源系統(tǒng)。系統(tǒng)內(nèi)配置有110VDC AST跳閘回路和機組各抽汽逆止門電源回路。

2.2 改造必要性分析

根據(jù)《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求》9.4.8條、9.1.2條和9.4.3的要求，“汽輪機緊急跳閘系統(tǒng)跳機繼電器應(yīng)設(shè)計為失電動作，硬手操設(shè)備本身要有防止誤操作、動作不可靠的措施，手動停機保護應(yīng)具有獨立于分散控制系統(tǒng)（或可編程邏輯控制器PLC）裝置的硬跳閘控制回路”；“分散控制系統(tǒng)的控制器、系統(tǒng)電源、為I/O模件供電的直流電源、通訊網(wǎng)絡(luò)等均采用完全獨立的冗余配置，且具備無擾切換功能”；“所有重要的主、輔機保護都應(yīng)采用“三取二”的邏輯判斷方式，保護信號應(yīng)遵循從取樣點到輸入模件全程相對獨立的原則，確因系統(tǒng)原因測點數(shù)量不夠，應(yīng)有防保護誤動措施?！?/p>

大唐三門峽發(fā)電有限責(zé)任公司的4號機組原ETS系統(tǒng)在保護配置和硬件組態(tài)方面均不滿足技術(shù)規(guī)范的要求，存在較高的保護誤動和拒動的風(fēng)險，需進行全面系統(tǒng)升級。

3 Ovation DCS控制系統(tǒng)簡介說明

3.1 Ovation控制系統(tǒng)優(yōu)勢

艾默生的Ovation 控制器在電力系統(tǒng)的過程控制中功能性較為強大，控制器能夠按需進行多任務(wù)、多系統(tǒng)兼容性的操作和執(zhí)行等功能，適于執(zhí)行關(guān)鍵程序控制任務(wù)。同時控制器能夠?qū)崿F(xiàn)完全的無擾切換?？刂葡到y(tǒng)集成SOE系統(tǒng)（歷史事件順序），SOE記錄下用戶設(shè)定的數(shù)字量輸入變化狀態(tài)序列的分辨率為1/8毫秒。

同時，控制系統(tǒng)的控制器能夠滿足不同設(shè)備的冗余要求，Ovation控制器的冗余配置主要包括：網(wǎng)絡(luò)接口；功能處理器、內(nèi)存和網(wǎng)絡(luò)控制器；處理器電源；I/O接口；輸入電源；I/O電源；輔助電源；遠程I/O等。

3.2 Ovation控制器說明

Ovation控制器硬件配置在兼容通訊和供電的底板上，安裝有主控制器和后備控制器，冗余配置的24V電源分別為兩個控制器供電，每個控制器包含兩個模塊，一個模塊單元上配置有處理器、內(nèi)存和網(wǎng)絡(luò)端口；另一個模塊單元上配置有本地和遠方的Ovation和Q Line I/O接口、內(nèi)部供電等。

每個控制器都執(zhí)行同樣的應(yīng)用程序，但只有一個控制器能與I/O通訊并且運行在主控制模式下，備份的控制器運行在后備、組態(tài)和離線模式，這樣的兩種模式被稱為“控制模式”和“后備模式”。

在控制模式下，主控制器為非冗余的處理器，它能直接對I/O進行讀取、寫入和執(zhí)行數(shù)據(jù)采集、控制功能。此外，主控制器監(jiān)視著“后備”控制器和網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)。同時，在后備模式下，后備控制器診斷和監(jiān)視主控制器的狀態(tài)，后備控制器維持控制所需的最新數(shù)據(jù)，并且通過Ovation網(wǎng)絡(luò)獲取所有控制處理器發(fā)出的信息，包括過程點數(shù)據(jù)、算法塊的參數(shù)和變量點的屬性等。endprint

4 改造方案

4.1 ETS系統(tǒng)改造整體思路

原莫迪康的PLC控制系統(tǒng)改造為Ovation 的 DCS控制系統(tǒng)，該保護系統(tǒng)配置獨立的電源模塊、主備控制器、I/O卡件，主控制器運行期間副控制器備用，主副控制器實現(xiàn)無擾切換。機組的主保護信號進入到Ovation的ETS保護系統(tǒng)，在系統(tǒng)中執(zhí)行相關(guān)邏輯運算，當(dāng)各保護信號達到保護動作值時，將跳閘指令傳輸?shù)紸ST動作指令單元，四塊獨立的AST繼電器卡動作執(zhí)行跳閘指令。同時，動作信號通過DO卡件最終輸出到DCS系統(tǒng)用于后續(xù)的連鎖動作邏輯和報警顯示。

4.2 ETS系統(tǒng)硬接線的跳閘回路改造

原ETS保護跳閘硬接線回路中四個AST跳閘電磁閥回路電源為直流110VDC控制回路，AST1、AST3為一組，AST2、AST4為一組，保護主回路為失電動作。AST主回路通過跳閘中間繼電器動作，中間繼電器回路為24V控制回路，回路中包含手動打閘停機和PLC輸出保護動作兩部分。此回路存在的問題：24V電源一旦失去，手動打閘停機和PLC輸出保護動作均將失效，造成機組將無法安全打閘。

改造后ETS系統(tǒng)直接驅(qū)動110VDC控制回路，手動打閘、ETS跳閘均增加到此回路，AST跳閘回路依然為兩路110VDC獨立供電，跳閘節(jié)點為110VDC ETS系統(tǒng)跳閘繼電器的常開節(jié)點，機組正常運行時110VDC ETS系統(tǒng)跳閘繼電器帶電，則跳閘回路通，AST電磁閥得電；機組跳閘或ETS系統(tǒng)失電時，則跳閘回路斷開，AST電磁閥失電跳機。

4.3 ETS系統(tǒng)改造主保護邏輯改造

ETS系統(tǒng)中所配置機組主保護有20項，分別為：EH油壓低；潤滑油壓低；高壓凝汽器真空低；低壓凝汽器真空低；軸向位移大；軸承振動大；TSI超速；DEH超速；高排溫度高；軸承溫度高；手動打閘；發(fā)電機故障；MFT；透平壓比低；就地打閘；主汽溫突降；再熱汽溫突降；發(fā)電機主油開關(guān)斷開；主油箱油位低；DEH失電。

ETS系統(tǒng)改造后，所有保護的信號均從取樣點到輸入模件全程相對獨立，且輸入至Ovation系統(tǒng)三路獨立信號，在Ovation系統(tǒng)邏輯中完成“三取二”的邏輯判斷輸出，保證了信號和保護的可靠性。

4.4 系統(tǒng)試驗改造

AST電磁閥活動試驗、主機潤滑油低試驗、EH油壓低試驗、真空低試驗等操作試驗，在原ETS系統(tǒng)中，需要在莫迪康PLC的集成工程機中進行操作和監(jiān)視，這種試驗方式非常不利于運行人員和試驗人員的監(jiān)視和操作，且相關(guān)試驗不進入DCS系統(tǒng)，無法進行試驗時的相關(guān)數(shù)據(jù)的收集和分析。

利用這次ETS系統(tǒng)升級改造的機會，將AST電磁閥活動試驗、主機潤滑油低試驗、EH油壓低試驗、真空低試驗等操作試驗的操作方式由ETS系統(tǒng)移至DCS系統(tǒng)，邏輯保護配置在ETS的Ovation系統(tǒng)中，保證了邏輯組態(tài)的可靠性的同時也使操作方式便捷和直觀。

4.5 ETS系統(tǒng)改造后試驗

新的Ovation系統(tǒng)硬件安裝完成后，進行了一系列的系統(tǒng)測試，包含了系統(tǒng)建立后的功能；信息確認；I/O測試；網(wǎng)絡(luò)、控制器冗余功能測試；各功能站測試、網(wǎng)絡(luò)功能測試；上位機功能測試、機柜接地測試等。

5 改造后效果分析

現(xiàn)隨著機組啟動運行，ETS系統(tǒng)運行穩(wěn)定，在系統(tǒng)穩(wěn)定運行的情況下，先后進行了系統(tǒng)性能指標(biāo)測試，各項系統(tǒng)指標(biāo)均符合相關(guān)技術(shù)要求和規(guī)范。ETS系統(tǒng)改造后使機組穩(wěn)定性和安全性得到大幅提升。

【參考文獻】

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