XDPS-400在新建300MW機(jī)組的首次應(yīng)用

2013-12-30 15:58:20 電力信息化　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

摘要：媽灣發(fā)電總廠6臺(tái)300MW機(jī)組，1、2號(hào)機(jī)組分散控制系統(tǒng)DCS采用了ABB公司的INFI-90，3、4號(hào)機(jī)組采用了ABB公司的PROCONTROL-P，5、6采用上海新華公司的XDPS-400，這是XDPS-400在新建300MW機(jī)組的首次應(yīng)用。這期項(xiàng)目新華公司對(duì)原有系統(tǒng)作了許多改進(jìn)，如網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、I/O卡件等。

關(guān)鍵詞：分散控制系統(tǒng)；機(jī)組；硬件；軟件

一、概述
深圳西部電廠5、6號(hào)機(jī)組是媽灣電廠擴(kuò)建項(xiàng)目，新建兩臺(tái)300MW燃煤機(jī)組。爐、機(jī)、電全部采用哈爾濱動(dòng)力集團(tuán)的產(chǎn)品。建成后，媽灣電廠的總裝機(jī)容量為6╳300MW。

鍋爐系哈爾濱鍋爐廠的亞臨界，燃煤，一次中間再熱，強(qiáng)制循環(huán)汽包鍋爐，采用單爐膛兀型布置，四角切園燃燒，平衡通風(fēng)，露天布置，固態(tài)排渣，全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)。點(diǎn)火及助燃采用0#輕柴油，過熱器采用一、二級(jí)噴水減溫方式，再熱器采用擺動(dòng)火嘴和噴水方式調(diào)節(jié)。鍋爐設(shè)置6層煤燃燒器和3層油燃燒器。

汽機(jī)為系哈爾濱汽輪機(jī)廠亞臨界一次中間再熱冷凝式汽輪機(jī)，單軸、雙缸雙排汽、高中壓合缸、低壓缸雙流程。

發(fā)電機(jī)采用哈爾濱電機(jī)廠按引進(jìn)西屋公司技術(shù)生產(chǎn)的300MW水氫氫汽輪發(fā)電機(jī)和自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)。型號(hào)：QFSN-300-2。

分散控制系統(tǒng)DCS采用國產(chǎn)新華控制工程有限公司的XDPS-400。XDPS是新華分散處理系統(tǒng)（XinHua Distributed Processing System）的縮寫。西部電廠是XDPS-400對(duì)于新建300MW機(jī)組的首次應(yīng)用。項(xiàng)目于2001年7月簽定合同，2001年12月控制機(jī)柜到貨，開始安裝。2002年4月工程進(jìn)入調(diào)試階段。2002年9月12日，5號(hào)機(jī)組一次并網(wǎng)成功。2002年11月1日，5號(hào)機(jī)組168小時(shí)滿負(fù)荷試運(yùn)一次成功。5號(hào)機(jī)組自試運(yùn)到168小時(shí)通過，未發(fā)生一起DCS原因機(jī)組跳閘，未發(fā)生一起非計(jì)劃停機(jī)。移交生產(chǎn)至今也未發(fā)生一起DCS原因機(jī)組跳閘。說明國產(chǎn)分散控制系統(tǒng)的可靠性完全滿足300MW機(jī)組的控制、保護(hù)要求。

二、控制范圍
深圳西部電廠5、6號(hào)機(jī)組延續(xù)了前4臺(tái)機(jī)組的一體化設(shè)計(jì)，一體化的范圍比前期工程更廣。DCS包括常規(guī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAS、爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)FSSS、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)CCS、順序控制系統(tǒng)SCS、汽機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)DEH、小汽機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)MEH、汽機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)ETS、鍋爐旁路控制系統(tǒng)BPC，還包括煙氣脫硫控制系統(tǒng)FGDCS、電氣控制系統(tǒng)ECS和兩臺(tái)機(jī)組公用部分的控制。

2.1 I/O總點(diǎn)數(shù)
5、6號(hào)機(jī)組I/O總點(diǎn)數(shù)達(dá)到6065點(diǎn)，兩臺(tái)機(jī)組公用部分為954點(diǎn)。具體點(diǎn)數(shù)分布如表1和表2。

2.2 DCS控制電氣部分
電氣進(jìn)入DCS的控制范圍
a) 發(fā)電機(jī)變壓器組控制對(duì)象包括發(fā)電機(jī)變壓器組220kV斷路器、隔離開關(guān)、主變壓器冷卻器、發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)開關(guān)、AVR運(yùn)行方式的設(shè)置和調(diào)節(jié)、自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置等。

b) 高壓廠用工作電源控制對(duì)象包括6kV工作電源斷路器、6kV備用電源斷路器、變壓器散熱器。

c) 低壓廠用工作電源控制對(duì)象包括低壓廠用變壓器6kV和380V側(cè)斷路器分、合等。

d) 輔助車間低壓廠用變壓器6kV側(cè)斷路器分、合。

e) PC到機(jī)、爐MCC電源側(cè)的斷路器分、合。

f) 單元程控電動(dòng)機(jī)的起、停。

g) 保安電源系統(tǒng)各電源側(cè)斷路器分、合及柴油發(fā)電機(jī)的起、停。

h) 起備變220kV斷路器、隔離開關(guān)、變壓器散熱器以及有載調(diào)壓開關(guān)的控制。

i) 電氣倒閘操作、停送電操作的有關(guān)安全措施及有關(guān)開關(guān)之間的閉鎖功能，其邏輯在DCS中實(shí)現(xiàn)。

三、分布式處理單元DPU和I/O卡件
3．1 DPU分布式處理單元
DPU即分布式處理單元，是XDPS-400的過程控制站，是DCS的核心。DPU就是一臺(tái)小型的工業(yè)PC，采用Intel公司的Pentium 233的中央處理器，配置32MB RAM，ISA總線板，可讀寫永久存貯器DiskOnChip 24MB。分布式處理單元DPU存儲(chǔ)系統(tǒng)信息和過程控制策略與數(shù)據(jù)，通過冗余的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)與MMI節(jié)點(diǎn)及其它DPU連接，通過I/O網(wǎng)絡(luò)與I/O站節(jié)點(diǎn)連接，提供雙向的信息交換，實(shí)現(xiàn)各種控制策略，完成數(shù)據(jù)采集、模擬調(diào)節(jié)、順序控制、高級(jí)控制、專家系統(tǒng)等功能要求。

3．2 I/O卡件
I/O站由機(jī)箱、I/O總線板、I/O站通訊卡、I/O卡組成。每個(gè)I/O站可安裝14塊卡件。其中，I/O站通訊卡二塊，I/O卡件12塊。I/O通訊卡與冗余DPU通訊，I/O卡分別與相應(yīng)端子板連接，I/O站根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用場(chǎng)合的不同可以靈活配置。I/O站與DPU安裝在DPU機(jī)柜內(nèi)。DPU柜與I/O端子柜配合使用。

深圳西部電廠5、6號(hào)機(jī)組采用的XDPS-400的I/O卡件基本是新開發(fā)的卡件，采用表面安裝SMT技術(shù)，帶8位CPU，輸入/輸出信號(hào)的轉(zhuǎn)換與處理在卡件內(nèi)完成。卡件的類型有：模擬量輸入卡AI、模擬量輸出卡AO、數(shù)字量輸入卡DI、開關(guān)量輸出卡DO、脈沖量輸入卡PI、回路控制卡LC、伺服控制卡LC-S、轉(zhuǎn)速測(cè)量卡MCP、伺服閥控制卡VCC、I/O通訊卡BC。

四系統(tǒng)配置
單元機(jī)組共23對(duì)DPU，如圖1所示共21對(duì) DPU，還有兩對(duì)DPU用于與外圍PLC控制系統(tǒng)的通訊接口，如鍋爐吹灰PLC、空預(yù)器漏風(fēng)PLC等。DCS系統(tǒng)按功能劃分，DAS系統(tǒng)3對(duì)DPU，分別處理鍋爐測(cè)點(diǎn)；汽機(jī)測(cè)點(diǎn)；電氣開關(guān)量以及SOE。FSSS系統(tǒng)3對(duì)DPU，分別處理公共邏輯和CD油層；AB油層和煤層A、B、C；EF油層+煤層D、E、F。 CCS系統(tǒng)3對(duì)DPU，分別處理協(xié)調(diào)控制和燃料控制；煙風(fēng)系統(tǒng)和爐側(cè)單回路調(diào)節(jié)；汽水系統(tǒng)、旁路和機(jī)側(cè)單回路調(diào)節(jié)。 SCS系統(tǒng)4對(duì)DPU，分別處理A側(cè)煙風(fēng)系統(tǒng)、爐水循環(huán)泵和爐側(cè)雜項(xiàng)；B側(cè)煙風(fēng)系統(tǒng)、電泵和電動(dòng)門；汽機(jī)側(cè)設(shè)備A；汽機(jī)側(cè)設(shè)備B。DEH系統(tǒng)2對(duì)DPU，分別處理基本控制；汽機(jī)自啟動(dòng)ATC。MEH系統(tǒng)2對(duì)DPU，分別處理兩臺(tái)小汽機(jī)。ETS系統(tǒng)1對(duì)DPU。FGDCS系統(tǒng)1對(duì)DPU，負(fù)責(zé)處理煙氣海水脫硫控制系統(tǒng)。ECS系統(tǒng)2對(duì)DPU，分別處理高壓和低壓電氣部分。

兩對(duì)通訊的DPU，負(fù)責(zé)與外圍PLC通訊。主要包括鍋爐吹灰PLC、空預(yù)器漏風(fēng)PLC、凝結(jié)水精處理PLC、鍋爐除灰渣PLC、空壓機(jī)PLC、連續(xù)煙氣排放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、鍋爐泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。通訊采用廣泛使用、現(xiàn)成的通訊協(xié)議，如TCP/IP，MODBUS，MODBUS PLUS或PROFIBUS。

公用系統(tǒng)設(shè)置4對(duì)DPU。5、6號(hào)公用系統(tǒng)4對(duì)DPU，分別處理高、低壓廠用電公用系統(tǒng)和空壓機(jī)。循環(huán)水泵房2對(duì)DPU，分別處理循環(huán)水泵A、B和循環(huán)水泵C、D。公用系統(tǒng)設(shè)置一臺(tái)工程師站，不設(shè)獨(dú)立的操作員站，由#5或6機(jī)組的DCS操作員站控制，由網(wǎng)關(guān)ICI設(shè)置相應(yīng)的切換開關(guān)。

五．網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
新華公司XDPS-400常規(guī)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為10M/100M以太網(wǎng)，符合IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)是帶有沖突檢測(cè)的載波偵聽多路訪問（CSMA/CD）訪問方式和物理層規(guī)范。XDPS-400常規(guī)采用民用交換機(jī)，通常為D-LINK的交換機(jī)總線連接或星形互連。工業(yè)控制采用以太網(wǎng)有下列幾個(gè)方面的明顯優(yōu)勢(shì)：低成本，良好的連接性，易于移植到高速網(wǎng)絡(luò)。電廠分散控制系統(tǒng)DCS對(duì)實(shí)時(shí)控制有非常高的要求。為了進(jìn)一步提高DCS通訊網(wǎng)絡(luò)的可靠性，通過調(diào)研、比較以太網(wǎng)交換機(jī)，選用了德國HIRSCHMANN公司的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)。德國HIRSCHMANN公司的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)的自愈、容錯(cuò)等性能更能滿足分散控制系統(tǒng)DCS的需要。

西部電廠5、6號(hào)機(jī)組網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。每臺(tái)機(jī)組設(shè)置一個(gè)DCS控制網(wǎng)絡(luò)。其控制包括機(jī)組的鍋爐(含煙氣脫硫系統(tǒng))、汽機(jī)、發(fā)變組及廠用電的控制。主干網(wǎng)段采用100M光纖以太網(wǎng), 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為環(huán)形連接（邏輯上為總線網(wǎng)），是冗余容錯(cuò)的虛擬環(huán)網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)具有自愈功能，在某一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或某一段光纖發(fā)生故障的情況下，其余節(jié)點(diǎn)還能正常通訊。同時(shí)，又采用冗余配置，與傳統(tǒng)的總線網(wǎng)相比安全性有了較大的提高。

光纖交換機(jī)采用德國HIRSCHMANN公司的RS2-FX/FX快速以太網(wǎng)交換機(jī)。單元機(jī)組網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中每個(gè)光纖交換機(jī)與2個(gè)RS2-TX交換機(jī)組成交換機(jī)組，每個(gè)交換機(jī)組可提供16個(gè)RJ45口用于外部聯(lián)接（即可提供8對(duì)DPU的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接）。各子系統(tǒng)DPU均有兩塊網(wǎng)卡，分別與A網(wǎng)和B網(wǎng)相連，通過RS2-TX以太網(wǎng)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)星形互連。考慮到公用系統(tǒng)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)較少，宜采用星形聯(lián)接，故不設(shè)置光纖交換機(jī)，站點(diǎn)之間通過2個(gè)RS2-TX交換機(jī)聯(lián)接。

循環(huán)水泵房和煙氣海水脫硫控制由于距離較遠(yuǎn)，采用光纖交換機(jī)RS2-5FX/TX連接，再通過光端機(jī)接入系統(tǒng)。C網(wǎng)是非實(shí)時(shí)控制網(wǎng)，所以采用了低廉的D-LINK 24口交換機(jī)連接。

六．MMI人機(jī)接口站
XDPS-400的MMI人機(jī)接口站采用Windows NT為平臺(tái)。MMI包括操作員站、工程師站、歷史數(shù)據(jù)站，均采用相同的硬件平臺(tái)。西部電廠MMI配置了5臺(tái)操作員站、1臺(tái)工程師站和一套大屏幕系統(tǒng)。操作員站采用NEC公司20.1英寸LCD。每臺(tái)機(jī)組的大屏幕系統(tǒng)包括EOS拼接顯示系統(tǒng)和4塊大屏幕，大屏幕采用BARCO公司的產(chǎn)品，為最新顯示技術(shù)的84英寸一體化多晶硅背投箱ATLAS CS4 PSI-84。EOS拼接顯示系統(tǒng)預(yù)裝了XDPS-400系統(tǒng)的操作員站顯示軟件，并且接入了汽包水位電視、爐膛火焰電視和全廠工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)。

歷史數(shù)據(jù)站HSU儲(chǔ)存所有歷史數(shù)據(jù)，XDPS-400的操作員站OPU不儲(chǔ)存任何數(shù)據(jù)信息，歷史趨勢(shì)圖、操作報(bào)警信息、SOE等都依賴歷史數(shù)據(jù)站的正常工作。西部電廠5、6號(hào)機(jī)組還首次采用了PCI卡的全球定位系統(tǒng)GPS方案。該方案采用了一塊GPS卡，安裝于歷史數(shù)據(jù)站的PCI的插槽中。該卡與GPS的對(duì)時(shí)精度可以達(dá)到1ms。歷史數(shù)據(jù)站接受來自GPS的對(duì)時(shí)信號(hào)，再通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)所有DPU進(jìn)行對(duì)時(shí)。

DCS系統(tǒng)報(bào)警顯示分成三級(jí)處理：操作員站上設(shè)有常顯報(bào)警區(qū)實(shí)現(xiàn)常規(guī)報(bào)警；所有相對(duì)重要的報(bào)警信號(hào)均能在大屏幕上彈出軟光字牌；最重要的報(bào)警信號(hào)將能在操作員站上彈出報(bào)警框，同時(shí)發(fā)出語音報(bào)警。

七.結(jié)論
XDPS-400分散控制系統(tǒng)硬件可靠，軟件組態(tài)功能強(qiáng)大，已經(jīng)完全可以滿足新建300MW燃煤機(jī)組的需要。

責(zé)任編輯：和碩涵

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