国产200MW机组DCS系统二次改造及存在技术问题分析

国产200MW机组DCS系统二次改造及存在技术问题分析作者姓名：刘超工作单位：（大唐长春第二热电有限责任公司）摘要：随着控制技术的不断发展，新建设机组全部采用先进的DCS控制技术，国产200MW机组的控制系统也相继进行了改造。

我公司DCS系统改造较早，1、2号机组在1998年完成改造，经过10年左右的运行原DCS系统在技术及安全性上都无法满足运行上的要求，这就必然要进行二次改造，本文中阐述了XDPS－400e系统在我公司200MW机组上的应用及改造中出现的技术问题并进行针对性分析。

关键词：XDPS，DCS，问题大唐长春第二热电有限责任公司1、2号机组是由哈尔滨三大动力厂生产的200MW双抽供热机组，采用单元控制方式，分别于1990年11月和1991年12月正式投入运行。

公司于1995年和1998年分两次对2号机组控制系统进行了改造，选用国家电力科学研究院开发的EDPF-3000型分散控制系统。

通过这两次改造，1、2号机组完成了由常规控制系统到集散控制系统的过渡，机组自动化水平有了质的提升：以微机鼠标替代了原始的操作按钮，自动投入率大幅度提高，并实现了机炉协调控制。

改造后的系统在当时是先进的，但随着时间的推移，经过了十年左右时间的使用，越来越多的问题显现出来，设备老化、软件出现问题，备品备件无法购置，这些问题的显现使机组运行的安全性降低很多。

其实大部分的200MW机组是在2000年左右进行的改造，运行8年后大部分的机组需要二次改造，此次我公司对1、2号机组进行的二次改造使用的是GE新华公司XDPS400e系统，这是一种集成度非常高的系统，I/O及DPU 还有端子板都布置在一个柜中，非常紧凑。

这种系统比较适合于旧机组改造不占用太多空间的方式。

本文中讲述的就是我公司二次DCS系统改造所应用的XDPS400e系统的使用方式及在改造过程中所产生问题的研究。

1、二次改造情况说明1.1 改造前情况大唐长春第二热电有限责任公司1、2号机组是由哈尔滨三大动力厂生产的200MW双抽供热机组，采用单元控制方式，分别于1990年11月和1991年12月正式投入运行。

根据基建设计，长春二热1、2号机组MCS部分采用的是以单回路调节器为核心组成的常规控制系统，DAS 系统该系统采用的是东南计算机公司生产的索拉机，在当时的情况与同时期同类机组相比，技术上是比较先进的。

但是，随着DCS系统的飞速发展，单回路调节器逐渐成为制约机组整体自动化水平提高的瓶颈。

在这种情况下，公司于1995年和1998年分两次对2号机组控制系统进行了改造，选用国家电力科学研究院开发的EDPF-3000型分散控制系统。

其中数据采集前端为南京工程兵学院生产的IDCB型数据采集器，过程控制前端为ABB公司生产的MODCELL多回路控制器，顺序控制前端为施耐德公司昆腾140系列PLC控制器。

通过这两次改造，1、2号机组完成了由常规控制系统到集散控制系统的过渡，机组自动化水平有了质的提升：以微机鼠标替代了原始的操作按钮，自动投入率大幅度提高，并实现了机炉协调控制。

1.2 改造内容改造后的1、2号机组DCS系统涵盖范围包括：汽机、锅炉的全部测量和控制装置；一期热网系统的全部测量和控制装置；号机组部分电气测量和控制装置（不含网控）。

电调系统已先行完成改造，作为一个远程站并入新系统中；发变组保护系统和汽轮机保护系统独立于DCS之外，但保留与DCS通讯并通过DCS完成历史数据存储、声光报警等管理功能。

长春第二热电有限责任公司的DEH是原新华公司产品，使用的系统是XDPS－400＋系统，此次改造对软件部分进行了升级，接入400e 系统后仿真情况正常，一次性启动成功。

脱硫系统是干法脱硫系统（ROFA ＋ROTMIX ），基本原理是由锅炉开出10个左右的风口由输送空气送入石灰石粉在燃烧的过程中将硫反应掉，最高效率能达到85%。

控制点数不多，ROFA 系统用的是XDPS －400e 的一个站，设置一对eDPU 。

而ROTMIX 系统采用的是西门子300系列PLC ，通过一块CP561卡与脱硫工程师站相连，通过脱硫工程师站采集数据送入系统中。

热网DCS图1 改造后其中一台机组DCS 系统网络图工程师站 操作员站 位02内 位于依据功能不同，DCS系统可分为以下子系统：数据采集部分（DAS）、自动控制部分（MCS）、顺序控制部分（SCS）、电调部分（DEH）、协调部分（CCS）、事故追忆部分（SOE）以及电气控制部分（ECS）脱硫部分（FGD）。

1.3 改造后的效果XDPS－400e系统改造完成后，软件功能灵活，易于组态、使用、扩展，便于维护；系统结构布局合理，实现DAS、MCS、SCS、CCS、FSSS、DEH、ECS、SOE、AGC、一次调频等功能，DCS 改造后达到自动投入率１００％；保护投入率及正确动作率１００％；主要仪表投入率及准确率１００％。

改造后机炉协调、一次调频、AGC系统可以正确投入运行，功能完善。

2、改造中所出现的问题及现存在的问题的分析及研究在1、2号机组的整体改造中遇到很多的问题，主要有以下四个方面：2.1 电缆问题我公司原机组所设计的电缆大部分为非屏蔽型电缆，在95年和98年改造中已更换过一部分，还有很多采用的是铠装电缆。

在此次的改造中也对一些重要的设备电缆进行了更换，但无法达到进入在DCS系统中所使用的电缆均采用屏蔽型电缆。

这就不可避免的会出现干扰问题，我们虽然在设计电缆走向上尽量避开主动力电缆，但由于最初200MW机组设计当中并没有考虑这方面的内容，动力电缆敷与控制电缆并没有进行分层或分通道设计。

在设计中就考虑到了这样的问题，所以在设计中重要信号电缆及重要辅机电缆都更换为屏蔽电缆，但一些并不重要的由于资金及改造时间的限制没有办法进行更换，特别是执行机构电缆，公司原执行机构都是220V伺服电机执行机构，电缆基本都是采用10芯铠装电缆，供电电源及阀位反馈都在一起，在单体试运时就发现有的执行机构电缆带有感应电，最高电压达到交流90V左右，虽然并不影响设备的正常运行，但对DCS系统的板卡有很大的影响。

改造完成送电后发现有一个盘柜整体端子排都带感应电，用验电笔测是亮的，万用表测量为交流70左右，但此盘柜eDPU及板卡还正常运行，用排除法对盘柜的端子板进行了排查，最后发现是一个执行机构的阀位线带感应电所引起的全盘都带感应电，拆除这两根阀位线后盘柜内就正常了，也没有交流电压进入。

对执行机构的电缆进行了绝缘测试，这台执行机构的电缆是KVV－22 7×1.5型电缆，每根线对地及线间绝缘电阻均大于50M，但送电后每根线都带感应电，发现这样的情况后我们对所有的执行机构的情况进行了检查，发现有11台执行机构电缆有这种情况。

发现这种情况后我们组织人力对执行机构带感应电事件进行了探讨，又上网查找了大量的资料，网上也有大量的信息是关于感应电的产生及处理的方法，最有效的方法就是更换电缆，阀位反馈线单独一根屏蔽电缆，问题就解决了，但是我们现在无法更换电缆，就只能想其它方法对感应电进行处理。

在网上信息中还查到加电容的方法，在反馈线上加一对地的电容，我们根据试验最后确定在执行机构的反馈线上加装耐压500V、1uF的电容。

加装电容后感应电消失了，整体运转正常。

2.2 接地问题200MW机组在最初设计的时候就没有一个标准的计算机接地系统，我们也没有办法再重新做一个单独计算机的接地系统。

公司1、2号机组只有电气有一个接地系统，提供给热工控制部分一个地点，原DSC系统的接地就接在这。

控制系统的妆地是为了给整个系统提供一个统一的、公共的、以大地为零的基准电压参考点。

当供电或设备出现故障时，通过有效地接地系统承受过载电流，并迅速传至大地。

还可以为DCS设备提供屏蔽、消除干扰。

因此，正确的接地是保证控制能够稳定、安全运行的关键之一。

DCS对接地有非常严格的要求。

DCS改造前，我公司出现过很多次由于干扰所造成的不安全事件，虽然没有造成很大的后果，但随时可能出现的问题是一直困扰我们的。

此次改造中对大部分非屏蔽电缆进行了更换，但还有少部分没有更换。

特别是在现场大部分的控制电缆与动力电缆交集在一起，无法分开，我们在改造中尽量将DCS控制柜下面的电缆与动力线分开，但干扰还是存在，这就对DCS系统的接地有了很高的要求。

GE新华公司XDPS400e系统对接地有明确的要求，分别设有安全地、逻辑地、屏蔽地，正常情况下安全地是直接接到系统公共地上，而逻辑地和屏蔽地是接入电气接地系统中，按XDPS系统接地要求来讲，每个盘柜间与盘柜和盘底座之间是完全绝缘的，但我们在改造中根本无法做到盘底座与盘之间的绝缘（有一些的盘柜使用旧的，和DCS盘柜连接在一起，而以前的控制柜都没有设计绝缘措施），还有就是盘与盘柜之间也无法做到完全绝缘(盘与盘之间使用螺栓进行连接)，这样就无法满足XDPS400e系统的要求，我们在改造安装及接完毕后进行DCS 受电，但新华厂家提出了接地不合格的情况，新华人员说接地不合格就不能进行受电，否则出现的任何故障则由我公司负责，我们组织人员对接地进行了研究，整个DCS系统应该是单点接地，而不是多点接地，原XDPS系统中的地线都是铜排直接固定在盘柜上的，这样每个盘都直接接在盘柜上直接接地了，这是不符合要求的，这就属于多点接地。

我们定购了一些绝缘子，将固定在盘柜上的铜排架了起来，先做接地铜排与盘柜之间的绝缘，再进行盘与盘之间汇兑接入一个铜排，最后经汇兑铜排进行了接地，这样就做到了单点接地。

DCS系统投入运行后状况良好，再没有出现由于干扰而造成的设备不安全事件，现1号机组运行已超过1年的时间，只出现过信号小范围抖动的情况。

2.3 测点分配问题没有找到一种合适的测点分配方案，这个问题也应该多探讨一些，是网络传输安全还是硬件配置安全，现在的网络传输速度快，出错率低，应该很可靠，但从心里还是觉得网络传输不如硬接线安全可靠性高，其实现在的DCS系统的网络都是双网冗余系统,一旦一个网络出现故障另一个网络会自动接管服务，完全出现故障的可能性极低，但如果网上传输点过多，就会造成网络负担加重，可能会影响网络的正常传输，所以就出现了什么情况用网络传输，而哪种情况是用硬接线连接的问题。

在设计DCS改造方案的初期就遇到了这样的问题，1、2机组都是同样配置，eDPU有ECS系统3对，DAS系统4对，CCS系统2对，SCS系统2对，在前期设计中是以专业为基础进行了分配，这也就分出了自动、保护、仪表、电气四个专业，而电气又分为低压及继电两个专业，这样每个专业单独设计自己的测点布置，根本没有考虑到整体的设计及设置，这就出现了很多的问题。

例如：主要辅机保护都存在问题，电气将主要辅机的测点都设计到了ECS系统中，但整体的辅机保护包括很多的联锁问题，拿磨煤机为例，我公司的磨煤机是球磨机，有磨煤机启动、高低压油泵联锁及温度联锁保护，这样就出现了问题，磨煤机的设计是在ECS01中，而小油泵设计到了ECS03中，温度在DAS中而油压力开关在SCS中，这样就出现了一个辅机的联锁至少得在4个DPU中进行传输，极其容易出现问题，而且出现问题后检查也相当的不方便。