火电厂热工自动化系统试验

第一章火电厂热工控制系统调试基本要求第一节火电厂热工控制系统调试依据及标准
现代单元制机组热工控制系统主要由DCS控制系统实现，通常按功能划分为几大系统：数据采集系统（DAS）、开关量控制系统（OCS）、炉膛安全监控系统（FSSS）、模拟量控制系统(MCS)、汽机数字电液控制系统（DEH）、旁路控制系统（BPS）等。

电力行业标准对火力发电厂热工控制系统的设计、调试和质量验收都提出了具体的要求。

《火力发电厂设计技术规程》DL 5000对火力发电厂热工控制系统提出了总体性的设计要求，《火力发电厂热工控制系统设计技术规定》DL/T 5175则给出了具体的设计原则和设计方法。

《DCS技术规范书》是根据各工程的特点由买卖双方签定的技术合同文件，对火力发电厂热工控制系统提出了更为具体的基本要求。

新建机组热控系统的调试主要包括以下阶段：调试前的准备、控制系统受电前检查和受电后的测试、组态软件检查和功能测试、外部系统的联调、模拟量控制系统的投入和调试、协调控制系统的投入及负荷变动试验、RB试验、文档验收等。

一、热控系统调试采用的电力行业标准
1. 与调试有关的设计标准
DL5000-2000《火力发电厂设计技术规程》；
DL/T5175-2003《火力发电厂热工控制系统设计技术规定》；
1. 施工安装、调试及验收标准
DL/T 5190.5-2004《电力建设施工验收技术规范第5部分：热工自动化》；
DL/T 655-2006《火力发电厂锅炉炉膛安全监控系统验收测试规程》
DL/T 656-2006《火力发电厂汽轮机控制系统验收测试规程》
DL/T 657-2006《火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程》
DL/T 658-2006《火力发电厂开关量控制系统验收测试规程》
DL/T 659-2006《火力发电厂分散控制系统验收测试规程》
DL/T 1012-2006《火力发电厂汽轮机监视和保护系统验收测试规程》
DL/T 824-2002《汽轮机电液调节系统性能验收导则》
电建[1996]第159号《火力发电厂基本建设工程启动及竣工验收规程》
2. 运行和检修维护标准
DL/T 774-2004《火力发电厂热工自动化系统检修运行维护规程》
二、有关技术资料和文件
主要是指设计院和设备制造厂提供的控制系统设计技术文件和设备说明资料，如控制逻辑图（digital logic diagram）是开关量控制系统和炉膛安全监控系统的主要调试依据；SAMA图（analog functional diagram）是模拟量控制系统的主要调试依据；DCS 系统手册是DCS系统的主要调试依据。

三、常用标准介绍
DL5000-2000《火力发电厂设计技术规程》为条文强制性行业标准，2001年1月实施后代替DL5000-1994。

《火力发电厂设计技术规程》是电力行业最基本的火力发电厂设计技术标准，又称为“大火规”。

其中，第12章“热工自动化”对火电厂热工控制系统的设计提出了最基本的要求，主要内容有：一般规定、热工自动化水平、控制方式及控制室、热工检测、热工报警、热工保护、热工开关量控制和联锁、热工模拟量控制、机组分散控制系统、厂级监控和管理信息系统、热工电源、热工用电缆、管路和就地设备布置等。

《火力发电厂设计技术规程》对机组主要热工自动化系统推荐采用分散控制系统，并包括以下功能：数据采集系统（DAS）、炉膛安全监控系统（FSSS）、模拟量控制系统(MCS)、开关量控制系统（OCS）。

本书附录A选编了DL5000-2000《火力发电厂设计技术规程》的部分内容。

DL/T5175-2003《火力发电厂热工控制系统设计技术规定》是《火力发电厂设计技术规程》热工自动化部分的补充和具体化，它给出了火力发电厂热工控制系统在模拟量控制、开关量控制及设备选择等方面应遵循的设计方法和设计原则，2003年6月实施后代替NDGJ16-1989《火力发电厂热工自动化设计技术规定》。

主要内容有：一般规定、模拟量控制、开关量控制、设备选择等。

本书附录B选编了DL/T5175-2003《火力发电厂热工控制系统设计技术规定》的部分内容。

DL/T 5190.5-2004《电力建设施工验收技术规范第5部分：热工自动化》（或《电力建设施工验收技术规范（热工自动化篇）》），给出了火力发电厂热工自动化专业电力建设施工及验收的具体技术要求，2004年6月实施后代替SDJ 279-1990《电力建设施工及验收技术规范（热工仪表及控制装置》。

主要内容有：取源部件及敏感元件的安装、就地检测和控制仪表的安装、控制盘（台、箱、柜）的安装、电线和电缆的敷设及接线、管路的敷设和连接、防护与接地、热工测量仪表和控制设备的调试和验收等。

本书附录C选编了DL/T 5190.5-2004《电力建设施工验收技术规范第5部分：热工自动化》的部分内容。

DL/T655-2006《火力发电厂锅炉炉膛安全监控系统验收测试规程》是对DL／T655-199《火力发电厂锅炉炉膛安全监控系统在线验收测试规程》8的修编，DL/T656-2006《火力发电厂汽轮机控制系统验收测试规程》是对DL/T656-1998《火力发电厂汽轮机控制系统在线验收测试规程》的修编，DL/T657-2006《火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程》是对DL／T657-1998《火力发电厂模拟量控制系统在线验收测试规程》的修编，DL/T658-2006《火力发电厂开关量控制系统验收测试规程》是对DL／T658-1998《火力发电厂顺序控制系统在线验收测试规程》的修编，DL/T659-2006《火力发电厂分散控制系统验收测试规程》是对DL／T659-1998《火力发电厂分散控制系统在线验收测试规程》的修编，DL/T670-2006《火力发电厂汽轮机监视和保护系统验收测试规程》是新编验收测试规程。

修编后的《火力发电厂分散控制系统验收测试规程》适用范围扩大到装设单机容量1 25MW～600MW等级机组的火电厂新建和技术改造工程的分散控制系统，以及由可编程控制器和用于汽轮机控制系统的以微处理机为基础的其它控制系统。

不仅适用于最终验收测试，也适用于168h（72h）验收测试。

功能测试中增加了与厂级监控信息系统接口和卫星定位系统相关功能要求；输入/输出通道检查数量由选取30～50个，修改为系统总量的1～5%。

系统综合考核除采用可用率外，增加了可靠性评估，并对考核方法进行了修改。

本书附录D选编了DL/T659-2006《火力发电厂分散控制系统验收测试规程》的部分内容。

修编后的《火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程》扩大了适用范围，机组容量扩大到125MW～600MW等级机组，以满足大量300MW等级以下火电机组DCS自动化改造对协调控制和参与电网AGC调节验收测试的需要。

随着协调控制技术的发展，新建火电机组模拟量控制系统的应用水平有了很大的提高，在调试质量控制上已打破了基建与试生产的界线，《火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程》建立了基建验收和最终验收的统一测试标准，并涵盖了新建或技术改造工程验收测试的各个阶段。

《火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程》在测试项目和质量指标上涵盖整个模拟量控制系统，给出了较为完整的模拟量控制系统性能测试指标。

本书附录E选编了DL/T657-2006《火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程》的部分内容。

DL/T 774-2004《火力发电厂热工自动化系统检修运行维护规程》以采用分散控制系统的机组为主，包括了火电厂分散控制系统的硬件、软件、单体测量仪表、过程控制仪表，数据采集处理系统、模拟控制系统、顺序控制系统、锅炉安全监控系统、机组热
工保护系统、数字电液调节系统等所涉及到的现有热工自动化设备的检修、试验、运行维护的内容、方法、应达到的技术标准。

并兼顾采用常规控制设备机组的检修运行维护，纳入了化学分析仪表、电气厂用电和发电机变压器的检修运行及热工技术管理工作内容，是机组热工自动化设备检修运行维护的基本依据。

主要内容有：计算机控制系统、检测仪表及装置、过程控制仪表及设备、共用系统、电气线路与测量管路、数据采集系统、模拟量自动控制系统、炉膛安全监控系统、热工信号与热工保护系统、顺序控制系统、汽机数字电液控制系统、给水泵汽机控制系统、高低压旁路控制系统、热工技术管理等。

《火力发电厂热工自动化系统检修运行维护规程》2005年4月实施后，代替DL/T774-2001《火力发电厂分散控制系统运行检修导则》和原水利电力部86年版《热工仪表及控制装置检修运行规程》。

《DCS技术规范书》是由买卖双方签定的技术合同文件，它根据上述行业标准，针对火力发电厂新建或改造机组热工控制工程的特点，提出了更为具体的技术要求。

《DC S技术规范书》一般有以下主要内容：卖方的供货范围及买卖双方的工作范围、采用的技术规范和技术标准、硬件要求、软件要求、人机接口、数据通讯系统、数据采集系统（DAS）、模拟量控制系统(MCS)、锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）、锅炉和汽机顺序控制系统〔SCS（B/T）〕、旁路控制系统（BPC）、给水泵汽轮机控制系统（MEH）、发电机—变压器组和厂用电源系统顺序控制、DCS公用网络、工程服务、试验、验收和演示等。

《火力发电厂基本建设工程启动及竣工验收规程（1996年版）》（简称《启规》）是原电力工业部1996年3月颁布的（电建1996第159号）新建机组建设标准，是对《火力发电厂基本建设工程启动及竣工验收规程（1993年版）》的修订。

《启规》将机组启动试运分为“分步试运、整套启动试运、试生产”三个阶段，其中整套启动试运又分为“空负荷试运、带负荷试运和满负荷试运”三个阶段进行。

根据《启规》，1996年原电力部还颁发了《火电工程启动调试工作规定》、《火电工程调整试运质量检验及评定标准》、等文件，各区域电网还相应制订了与《启规》配套的实施办法，如华东电网制订了《华东电网火力发电厂基本建设工程启动及竣工验收规程实施办法》、《华东电网火电工程分步试运管理实施细则》、《华东电网火电工程整套启动试运管理实施细则》、《华东电网火电工程试生产管理实施细则》、《华东电网火电工程代保管实施细则》。

这些文件从技术管理的角度出发，为规范新建机组试运各阶段、各单位的工作程序，至今仍作为企业内部的指导性标准被各发电企业所采用，为新建机组的建设发挥着作用。

第二节火电厂热控系统的基本设计要求
一、热工控制系统可靠性设计的五大原则
火电厂热工控制系统在控制回路设计时，应满足安全可靠、运行操作灵活和便于维护的要求，安全可靠是第一要求。

热工控制系统可靠性设计应遵循五大原则：“优先级”原则、“分层分散”原则、“故障影响最小”原则、模件“冗余”原则和热工保护系统“独立性”原则。

（一）“优先级”设计原则
控制回路应按照保护、联锁控制优先的原则设计，以保证机组设备和人身的安全。

具体有以下三点内容：
1) 模拟量控制、顺序控制、保护联锁控制及单独操作在共同作用于同一个对象时，
控制指令优先级应为保护联锁控制最高、单独操作次之、模拟量控制和顺序控制最低的顺序。

2) 模拟量控制、顺序控制、保护联锁控制操作在共用同一个开关量信号时，开关量
信号首先送入优先级最高的保护回路，即几个回路共用的开关量信号接入具体回路的优先级或分配次序，也应是保护联锁控制最高、模拟量控制和顺序控制最低。

3) 控制回路在共用同一个模拟量信号时，模拟量信号应首先送入模拟量控制回路。

（二）“分层分散”设计原则
1) 模拟量控制按协调控制级、子回路控制级、执行级三级结构设计；
2) 开关量控制按功能组级、子功能组级、驱动级三级结构设计。

（三）“故障影响最小”设计原则
分配控制任务应以一个部件（控制器、输入/输出模件）故障时对系统功能影响最小为原则。

1) 按工艺系统功能区配置控制器时，局部工艺系统控制项目的全部控制任务宜集中
在同一个控制器内完成。

2) 按功能配置控制站时，如一个模拟量控制回路的前馈信息来自另一个控制器时，
不应在系统传输过程中造成迟延。

（四）模件“冗余”原则
应根据不同分散控制系统的结构特点和被控对象的重要性来确定控制器模件和输入/输出模件(I/O模件)的冗余。

1) 对于控制器模件通过内部总线带多个I/O模件的情况，完成数据采集、模拟量控
制、开关量控制和锅炉炉膛安全监控任务的控制器模件均应冗余配置。

对于取消硬后备“手动/自动”操作手段的模拟量控制系统、锅炉炉膛安全监控系统的重要信号应由不同输入模件输入。

2) 对于控制器模件本身带有控制输出和相应的信号输入接口又通过总线与其他输入
模件通讯的情况，完成模拟量控制、锅炉炉膛安全监控任务的控制器模件以及完成重要信号输入任务的模件应冗余配置。

3) 在配置冗余控制器的情况下，当工作控制器故障时，系统应能自动切换到冗余控
制器工作，并在操作员站上报警。

处于后备的控制器应能根据工作控制器的状态不断更新自身的信息。

4) 冗余控制器的切换时间和数据更新周期，应保证系统不因控制器切换而发生控制
扰动或延迟。

（五）热工保护系统“独立性”原则
1) 机、炉跳闸保护系统的逻辑控制器应单独冗余设置；
2) 保护系统应有独立的I/O通道，并有电隔离措施；
3) 冗余的I/O信号应通过不同的I/O模件引入；
4) 触发机组跳闸的保护信号的开关量仪表和变送器应单独设置，当确有困难而需与
其他系统合用时，其信号应首先进入保护系统；
5) 机组跳闸命令不应通过通信总线传送。

二、热工检测和报警
（一）热工检测的基本内容:
1) 工艺系统的运行参数；
2) 辅机的运行状态；
3) 电动、气动和液动阀门的启闭状态和调节阀门的开度；
4) 仪表和控制用电源、气源、水源及其他必要条件的供给状态和运行参数；
5) 必要的环境参数。

（二）热工报警的基本内容:
1) 工艺系统热工参数偏离正常运行范围；
2) 热工保护动作及主要辅助设备故障；
3) 热工监控系统故障；
4) 热工电源、气源故障；
5) 主要电气设备故障；
6) 辅助系统故障。

三、模拟量控制系统的设计方法
将单元制机组的锅炉-汽轮机-发电机组作为一个单元整体进行控制，使锅炉和汽机能同时响应负荷变化要求，并保证机组的稳定运行。

控制系统应能满足机组安全启动、停机及定压、滑压运行的要求。

控制的基本方法是必须直接并快速地响应代表负荷或能量指令的前馈信号，并通过闭环反馈控制和其它先进的策略，对信号进行静态精确度和动态补偿调整。

控制系统应具有一切必要的手段，自动补偿及修正机组自身的瞬态响应及其它必需的调整和修正。

（一）基本功能要求
1) 单元制机组采用机炉协调控制，并能参与一、二次调频。

协调控制系统能快速
响应负荷命令，平稳控制锅炉和汽机，并具有以下可选的控制方式：机炉协调、汽机跟随（TF）、锅炉跟随（BF）、手动；
2) 125MW及以上机组应配置汽机电调控制系统；300MW及以上机组的汽机电
调控制系统至少应具备转速控制、负荷控制、自启停和应力监视等功能。

3) 协调控制系统应能满足滑压运行的要求，在不投油最低燃煤负荷到100%MC
R负荷变动范围内保证被调参数满足机组有关验收标准的要求；
4) 125MW及以上机组宜选用控制性能满足要求的锅炉给水控制阀实现给水全程
控制，其他模拟量控制回路在主设备可控性较好时也可以考虑进行全程控制；
5) 300MW及以上机组过热汽温控制宜采用串级调节，并用校正后的总风量或能
表征烟气量变化及负荷变化的信号作为温度控制的前馈；
6) 300MW及以上机组燃烧控制宜采用燃料/空气交叉限制，并具有热值校正功
能；
7) 300MW及以上机组炉膛压力控制宜设方向闭锁和MFT返程控制；
8) 300MW及以上机组送风控制宜设方向闭锁，氧量校正跟随负荷变化；
9) 模拟量控制系统采用以下内容的报警：控制系统设备故障、主要参数变送器故
障、测量值与设定值偏差大、系统输出与执行器位置偏差大、手动/自动操作在联锁保护信号作用时的自动切换、控制系统电源和气源故障；
10) 模拟量控制系统应对下列一次测量信号进行补偿：汽包水位的汽包压力补偿，
给水流量的给水温度补偿，送风量的空气温度补偿，主蒸汽流量的主蒸汽压力、温度补偿；
（二）控制系统的硬件配置和软件组态
采用DCS实现模拟量控制时，子系统的划分应遵循“独立完整”的原则，使数据通讯总线上的信息交换量最少。

在对DCS控制站进行任务分配时，应满足以下原则：模件故障不会导致机组跳闸，DCS控制站故障时能安全停机。

完成模拟量控制任务的控制器模件应冗余配置，重要信号应由不同输入模件输入。

控制系统不应通过数据通讯总线形成闭环控制回路，因为通讯总线存在数据传输时间的不确定性，从而改变了控制对象的动态特性，使调节品质难以得到保证。

模拟量控制的处理器模件完成所有指定任务的最大执行周期不应超过250ms，开关量控制的处理器执行周期不应超过100ms。

对需快速处理的模拟和顺序控制回路，其处理能力应分别为每125ms和50ms执行一次。

DCS应能直接采用SAMA图方式进行模拟控制回路的组态，并用易于识别的工程名称加以标识，可用SAMA图形式打印出系统组态。

（三）控制系统的联锁保护
机组的高度自动化可能会带来新的安全隐患，为了防止控制系统在某些工况出现错误或危险的动作，模拟量控制系统必须设计有较为完善的联锁保护功能。

当系统某一部分必需具备的条件不满足时，联锁逻辑应阻止该部分投入“自动”方式；当缺少必要的条件或在系统故障时，联锁保护将中止受影响部分的自动运行，或将控制方式从一种自动方
式切换至另外一种。

控制系统任何部分运行方式的切换，不论是人为的还是由联锁系统自动进行的，都是平滑的切换，不应引起过程变量的扰动，并且不需运行人员的修正。

当控制系统处于强制闭锁、限制、快速减负荷或其它超弛作用时，系统中所有受其影响的部分应随之跟踪，调节器不再进行积分作用。

在超弛作用解除后，控制系统的所有部分应在当前状态下达到平衡，并立即恢复其正常的控制作用。

这一过程不应有任何延滞，并且被控装置不应有任何不正确的或不合逻辑的动作。

超弛发生作用时，联锁保护系统应提供必要的报警信息，指出引起各类超弛作用的原因。

联锁保护系统除了为机炉及其辅机提供安全保证以外，还要为维修、试验和校正工作的开展提供必要的灵活性。

（四）对重要参数进行冗余测量
采用三重冗余变送器对重要的关键参数（如给水流量、汽包水位、主蒸汽流量、送风量、主蒸汽压力、第一级压力、炉膛压力、一次风压力等）进行测量，控制系统自动选择中值作为被控变量。

而其余变送器测得的数值若与中值信号的偏差超过预先整定的范围时，进行报警，若其余二个信号均超限报警时，则控制系统中受影响的部分切至手动。

运行人员可在键盘上将三选中的逻辑切换至手动，而任选三个变送器中的某一个信号供自动用。

采用双重冗余变送器对次重要关键参数进行测量，若二个信号的偏差超出一定的范围则报警，并将受影响的控制系统切换至手动。

两个变送器之间的信号超差时，控制系统对冗余变送器的二个信号进行比较逻辑的鉴别。

检出其中一个正确信号，运行人员依据提示，选择这个正确变送器的信号，重新投入自动控制。

在测量信号不使用冗余变送器时，如信号丧失或信号超出工艺过程实际可能范围，应有报警，同时控制系统中受影响的部分由自动切至手动。

（五）对驱动回路的设计要求
控制系统的输出为脉冲量或4～20mA模拟量信号，具有上下限值，以保证在控制系统故障时机组设备的安全。

控制系统监视设定值和被控变量之间的偏差、输出信号与控制阀门位置之间的偏差，如果偏差超过预定范围，系统将控制系统切换至手动并发出报警。

当两个或更多的控制驱动装置控制一个变量时，运行人员可将其中一个驱动装置投入自动，也可将其余的驱动装置全部投入自动，而不需要手动平衡对位以消除扰动。

当追加的驱动装置投入自动后，控制系统能通过增益的自动调整作用，适应驱动装置数量的变化。

将多个驱动装置投入自动的过程中，系统不应产生过程扰动。

为保持合适的关系，应使已处于自动状态的驱动装置等量并反向作用。

对多控制驱动装置的运行还应提供偏置调整，偏置应能随意调整，新建立的关系不产生过程扰动。

将一个控制驱动装置投入自动或遥控，不需要进行手动平衡或对其偏差进行调整。

无论此时偏差设置的位置或过程偏差的幅度如何，都不引起任何控制驱动装置的比例阶跃。

四、开关量控制系统的设计方法
（一）基本功能要求
1) 实现主/辅机、阀门、挡板的顺序控制、控制操作及试验操作；
2) 大型辅机与其相关的冷却系统、润滑系统、密封系统的联锁控制；
3) 在发生局部设备故障跳闸时，联锁启动备用设备；
4) 实现状态报警、联动及单台辅机的保护。

热工保护系统的设计应有防止误动和拒动的措施，保护系统电源中断或恢复不会发出误动作指令。

（二）锅炉辅机联锁项目
1) 锅炉的吸风机、回转式空气预热器和送风机在启停及事故跳闸时的顺序联锁；
2) 锅炉的吸风机、回转式空气预热器和送风机之间的跳闸顺序及三者与烟、风
道中有关挡板的启闭联锁；
3) 送风机全部停运时，燃烧系统和制粉系统停止运行的联锁；
4) 制粉系统中给煤机、磨煤机、一次风机或排粉机的启停及事故跳闸时的顺序
联锁；
5) 排粉机送粉系统的排粉机与给粉机之间的联锁；
6) 烟气再循环风机启停与出口风门和冷风门的联锁；
7) 大型辅机与其润滑油系统、冷却和密封系统的联锁，以及这些系统中工作泵
事故跳闸时备用泵的自启动联锁。