威钢高炉煤气发电工程的控制系统 控制系统是如何工作的

　　项目概况
　　
　　威钢BFG发电工程是由上海威钢能源有限公司在上海*钢铁（集团）有限公司内建造的一家电厂。主要设备有一台220t/h高炉煤气锅炉、一台50MW汽轮机和一台50MW汽轮发电机。
　　
　　锅炉：杭州锅炉厂
　　
　　型号：HG－220/9.8－Q型燃用高炉煤气，自然循环锅炉
　　
　　额定蒸发量：220t/h
　　
　　主汽压力：9.81MPa
　　
　　主汽温度：540℃
　　
　　汽机：上海汽轮机厂
　　
　　型号：N50－8.83/535－3型
　　
　　型式：凝汽式，单缸单排汽
　　
　　额定容量：50MW
　　
　　主汽额定压力：8.83MPa
　　
　　主汽额定温度：535℃
　　
　　发电机：济南发电设备厂
　　
　　型号：18L－047LLT
　　
　　额定功率：50MW
　　
　　额定容量：58824kVA
　　
　　额定电压：10500V
　　
　　额定频率：50Hz
　　
　　额定转速；3000rpm
　　
　　机组使用的燃料主要来自上海一钢的高炉煤气，在煤气量不足以维持机组zui低负荷时，配有重油助燃。其使用原则是综合利用能源，尽可能多的利用高炉煤气，以达到废气利用、保护环境的目的。
　　
　　机组工艺流程图如文前所示：
　　
　　此项目是国内在高炉煤气发电工程中大规模使用DCS系统，其配置和对自动化程度的要求远远高于国内其他同容量机组。
　　
　　控制对象除了锅炉、汽机、发电机外，还包括大量电气设备和辅助车间。特别是电气方面，彻底打破原先必须使用或后备操作盘台的思想，绝大多数操作和监视，以及许多重要联锁均由DCS来完成。
　　
　　DCS系统配置
　　
　　从DCS系统的配置来看，其规模几乎可以与以往的200MW燃煤机组相媲美。控制机柜17个，MFP12（控制主模块）40块，配置总I/O点数达3105点。INFI－90OPEN系统总貌图如下：
　　
　　人机接口采用CONDUCTORNT，两台冗余的SERVER和两台CLIENT，其中一台CLIENT用作管理机，系统软件版本均为CONDUCTORNT2.2除了管理机为单屏外，其他三台均为双屏显示。两台冗余SERVER通过两个ICT03接口模件与环路PCU进行通讯，考虑PCU与SERVER之间距离可能较远，通讯线路中采用ADAM进行数据转发。
　　
　　三台彩色针式打印机用于打印各种记录和信息，一台彩色喷墨打印机用于人机接口画面的实时硬拷贝，一台激光打印机用于高质量的文字图形拷贝。
　　
　　所有的打印机分别与两个打印机服务器连接，然后和所有的人机接口都汇集于网络集成器HUB。这样，所有的SERVER和CLIENT均能通过HUB共享数据，并且每台人机接口能够对任意一台打印机发出指令。
　　
　　工程师工作站（EWS）系统软件为WINTOOLS2.0.3，就地带一台激光打印机用于组态图及其他文件打印。
　　
　　每个PCU采用2N冗余的新型MODULARPOWERSYSTEMⅡ电源系统。
　　
　　DCS系统分为MCS、BMS、SCS、DAS和ECS几个子系统，其中ECS被分别组态于SCS和DAS系统中。MFP及I/O点分配如下表：
　　
　　控制方案与控制特点
　　
　　ⅠMCS
　　
　　1高炉煤气、重油、轻油三种燃料混合燃烧，按发热值相加，其中高炉煤气和重油的负荷分配可由运行人员调整。五组高炉煤气燃烧器负荷分配也可由运行人员调整，调整方法是设定各燃烧器阀后煤气压力定值的偏置。
　　
　　2汽机、锅炉由MCS协调控制，负荷指令可随高炉煤气的产出量自动调整，也可由运行人员设定。负荷变化速度可由运行人员设定，同时也具有机跟炉和炉跟机功能。
　　
　　3主汽压设定值及主汽压变化速率可由运行人员设定，并预设了若干档常用速率，在滑参数启动过程中，便于运行人员快捷切换。
　　
　　4辅机故障快速减负荷（RB）、负荷迫降（RD）、负荷迫升（RU）及负荷有条件的闭锁加、闭锁减等功能包括在组态设计中，将有助于机组稳定运行和平稳启停。
　　
　　5风、燃料双交叉限幅调节控制烟气达zui佳含氧量。
　　
　　6除氧器水位和凝汽器水位实行解耦调节，解决过去经常出现的反应迟钝和相互干扰的问题。
　　
　　两级过热器减温采用串级调节，按热力平衡估算前馈值。两级减温喷水调节均为运行人员提供了调两侧平衡的手段。
　　
　　8全程自动给水，启动给水阀、低负荷给水阀和主给水调节阀在不同负荷条件下分别手动、自动或保持。
　　
　　9机组启动过程中，采用炉跟随滑压运行方式
　　
　　10MCS与DEH（WOODWARD505）接口及分工
　　
　　MCS与DEH的通讯及控制信号的交换方式为硬接线，这些信号包括：
　　
　　·从MCS到DEH的模拟量（4－20mA），汽机负荷指令（0－100％）
　　
　　·从DEH到MCS的模拟量（4－20mA），汽机负荷指令（0－100％）
　　
　　·从MCS到DEH的数字量（干接点），CCS请求控制汽机
　　
　　·从DEH到MCS的数字量（干接点），DEH置于遥控
　　
　　DEH能独立控制汽机正常启停及带负荷运行，也能接受MCS指令进行协调运行。当接受MCS指令控制，一旦机前压力某一定值时，汽机退出MCS遥控，改为DEH就地控制，维持机前压力。
　　
　　ⅡBMS
　　
　　1系统基本配置
　　
　　·锅炉：采用杭州锅炉厂生产的燃用高炉煤气自然循环锅炉。其型号：HG－220/9.8－Q。
　　
　　·燃烧器：燃烧器布置于炉膛的前后墙，前后墙分别布置有三层九个、共18个燃烧器。其中前墙中层3个燃烧器燃料为重油，其余燃烧器燃料为高炉煤气（用轻油点火）。
　　
　　·油系统：辅助点火燃料为轻油，采用高能点火器（可伸缩）打火，机械雾化。重油蒸汽雾化。采用开/关/吹扫/雾化（重油）分立阀。油系统承担负荷8％。
　　
　　·煤气系统：一个煤气支路阀对应3个燃烧器，共有5个煤气支路阀。
　　
　　·火焰检测器：由于每个燃烧器只配有一支火焰检测器，共18支，所以一支火检同时检测本燃烧器的油和煤气火焰，当油和煤气都在燃烧时，无法分辨煤气火焰和油火焰。目前判火原则为：
　　
　　当见火（DI）信号存在时，认为油见火：
　　
　　当见火（DI）信号存在同时，火焰强度（AI）达到某定值时，认为煤气见火。
　　
　　2锅炉点火顺序
　　
　　·对每一个轻油燃烧器，当油阀开后，若10秒种后没见火，要立即关闭该油阀。
　　
　　·当煤气分支阀开后，若10秒钟后，3个燃烧器中有任意一个没有检测到煤气火焰，则应立即关闭煤气分支阀及相应的油阀（若此时油在工作）。
　　
　　·*支燃烧器点火失败，要重新进行炉膛吹扫。
　　
　　3重油投入原则
　　
　　前墙中层三支重油燃烧器在高炉煤气不足时投入使用，以满足锅炉带负荷之要求。应当注意的是，当高炉煤气量等于或低于40％额定负荷时，原则上不允许投入重油燃烧器，但允许投轻油以稳定高炉煤气的燃烧。
　　
　　4高炉煤气燃烧中的特殊问题
　　
　　·点火前要对煤气管路进行泄漏试验
　　
　　·MFT后要关闭煤气跳闸阀、煤气支路阀，打开煤气放散阀，打开氮气吹扫阀，对煤气管路进行氮气吹扫。
　　
　　ⅢECS
　　
　　电气控制部分的主要作用，是根据负荷变化的要求启动、调整和停止电气设备；对电路进行必要的切换；连续监视主要设备的工作情况；周期性的检查和维护主要设备；定期检修设备及迅速消除发生的故障等。
　　
　　电气主接线系统由发电机变压器组出口直接接入钢厂鼓风机站的35kV开关。厂用电系统分为6kV、0.4kV两种电压等级。
　　
　　电气系统主要包括以下子组：
　　
　　1发电机变压器组
　　
　　该子组包括发电机变压器组断路器，对发电机励磁系统和同期系统仅发出投入信号（励磁与同期由电气独立装置控制）。
　　
　　26kV厂用电系统子组
　　
　　该子组包括高压厂用工作变压器及6kV厂用电及其馈线。
　　
　　3380kV厂用电系统子组
　　
　　该子组包括低压厂用变压器、380kV厂用电PC段及MCC段的每个开关。
　　
　　4UPS不停电电源系统子组
　　
　　该子组包括UPS的进出线及馈线。
　　
　　5直流系统子组
　　
　　该子组包括蓄电池、整流器及馈线。
　　
　　同期系统是电气系统中较为重要部分，此项目中同期由电气独立装置完成，DCS中仅有允许同期装置启动的条件判断逻辑。允许ASS投入的条件有：
　　
　　·汽机转速达到3000rpm
　　
　　·35kV变电站隔离开关1或2合闸
　　
　　·灭磁开关合闸
　　
　　·AVR通道投入
　　
　　·AER通道投入
　　
　　·发电机电压大于90％额定电压
　　
　　ⅣSCS
　　
　　SCS系统控制所有电动门、马达，以及实现联锁保护和设备组的顺序启停等。此项目中，SCS不仅仅是控制范围明显扩大，而且代表自动化水平的顺序启停设备组也明显增多。主要设备组顺序控制有：
　　
　　1锅炉通风道建立
　　
　　2锅炉送风机A、B
　　
　　3锅炉引风机A、B
　　
　　4锅炉本体排污
　　
　　5锅炉汽包定期排污
　　
　　6锅炉煤气加热器吹扫
　　
　　7锅炉重油加热A、B
　　
　　8锅炉重油大、小循环
　　
　　9锅炉水冷壁排污A、B、C、D组
　　
　　10汽机凝结水泵A、B
　　
　　11汽机疏水泵A、B
　　
　　12汽机给水泵A、B
　　
　　13汽机高加
　　
　　14汽机工业水泵A、B
　　
　　15汽机射水泵A、B
　　
　　16汽机低加疏水泵A、B
　　
　　ⅤPLC
　　
　　1接口概况
　　
　　威钢项目要求辅助系统中五个子系统与贝利DCS实现接口通讯，分别为燃油系统，循环水系统，吹灰系统，胶球清洗系统和化学水系统。五个子系统皆由GE公司的PLC实现，型号为90－30。系统连接示意图如下：
　　
　　燃油控制系统和循环水控制系统皆由两套完全一样的PLC系统组成，两套PLC系统通过以太网实现冗余配置。各系统作为一个独立的通讯接口实现与DCS的通讯。相互冗余的每套PLC系统中的CMM通讯模件的串行通讯口通过串行通讯电缆和信号中继器分别与DCS系统中NYMP01端子板上TERMINAL端口或PRINTER端口相接，通过在接口软件中设定NTMP01上的PERMLNAL端口和PRINTER端口互为冗余可以实现通讯线路硬件的冗余配置。这样PLC系统互为冗余，通讯线路互为冗余，从而真正实现了通讯的冗余。
　　
　　吹灰系统，胶球清洗系统和化学水系统连接构成一个MULTIDROP系统，通过一个RS422/232转接器经串行通讯电缆接到DCS系统中NTMP01端子板上的TERMINLA端口或PRINTER端口，从而三个系统作为一个通讯口实现了与DCS的通讯。
　　
　　2接口软件内容
　　
　　威钢项目的通讯工作采用贝利的专用通讯接口软件GPI02RTU，GPI02RTU针对支持MODBUS协议（RTU方式）的PLC系统，如:Modicon、GE、emcanique、Siemens、TI、SquareD等公司的PLC。GPI02RTU支持多达1500PLC点，可以在同一PLC网络上跟多个PLC通讯。
　　
　　AGPI02RTU
　　
　　GPI02RTU软个包是一种可组态的利用MODBUS协议（RTU方式）进行双向串行数据通讯的产品。它允许数值在可编程控制器和贝利的GPI02RTU通讯模件中的功能码之间传递。GPI02RTU可以读写PLC中的数值，而不改变PLC的编程和逻辑。
　　
　　B通讯概况：
　　
　　GPI02RTU是一个可以组态的数据通讯软件。对于将组态的贝利系统点和PLC点的连接而言。PLC点必须给出RTU地址定义。在点对点的数据通讯连接组态中，用户必须输入PLC点的MODBUS地址，对GeneralElectricPLC用户来讲，GPI02RTU离线程序能够显示生产厂家的等价地址。等价PLC地址显示在RTU地址下面，只为校核。
　　
　　3硬件连接
　　
　　A燃油系统和循环水系统通讯接口硬件连接框图如下：
　　
　　Notea:该电缆线自MFP02的P3口引到NTMP01的P1口，电缆型号为NKTU01或NKTU11。
　　
　　b：该电缆为9芯普通串行屏蔽电缆线，自NTMP01的P5口引到ADAM4520的RS232端，P5口设备为DTE方式，电缆两端接头分别为DB－25（针）和DB－9（针），长度为1.5米。
　　
　　c：该线为4芯屏蔽电缆线，两芯为信号线，另两芯为24伏电源回路线，供PLC侧ADAM4520。
　　
　　d：该线为9芯普通串行屏蔽电缆线，连接PLC侧的RS232口和其端的ADAM4520，长度为1.5米，电缆两端接头分别为DB－9（针）和DB－9（孔）。
　　
　　e：该电缆为9芯普通串行屏蔽电缆线，自NTMP01的P6口引到ADAM4520的RS232端，
　　
　　P5口设备为DTE方式，电缆两端接头分别为DB－25（针）和DB－9（针），长度为1.5米。
　　
　　BMULTIDROP系统的硬件连续框图如下：
　　
　　Ⅵ性能计算
　　
　　此项目对性能计算的要求也是比较高的，基本上所有的主设备和换热设备均有效率计算，主要内容包括：
　　
　　·用热量损失法和输入输出计算锅炉效率
　　
　　·汽机效率
　　
　　·厂用电率
　　
　　·给水加热器效率
　　
　　·凝汽器热力计算
　　
　　总结与随想
　　
　　通过威钢项目，我们在以下方面有所提高或突破：
　　
　　·对以煤气为燃料的发电机组全范围、高自动化控制
　　
　　·MCS中机组指令根据燃料量的改变而变化
　　
　　·对小型机组的协调控制和滑参数控制
　　
　　·燃气锅炉运行安全保护的控制逻辑
　　
　　·对DCS进一步控制电气设备的探索和实现
　　
　　·MFP与不同类型的非标准PLC系统通讯
　　
　　·对整机组进行效率计算
　　
　　同时，通过此项目也能感觉到作为控制领域的矫矫者，我们应该作出以下努力：
　　
　　·对电气设备特性更为深入的研究
　　
　　·提供更为科学、更为实用的性能计算方法和公式
　　
　　·提供更为灵活、更为直观的性能计算操作和监视界面
　　
　　·将性能计算所涉及的范围进一步扩大，除了效率计算，还应该考虑机组安全及寿命计算等。