崔一 陳晶

摘 要：介紹熱工自動裝置在生物質(zhì)電中的調(diào)試及應(yīng)用，生物質(zhì)發(fā)電屬于新型的綜合利用能源，有著廣闊的前景，發(fā)電廠將農(nóng)林廢棄物回收，將生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為電能。重點介紹電廠的自動控制系統(tǒng)在調(diào)試過程中遇到的問題，以及在今后的調(diào)試過程中如何避免。

關(guān)鍵詞：DCS 生物質(zhì) 自動控制 保護

中圖分類號：TM619 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）009-098-03

1 前言

湖南臨澧凱迪生物質(zhì)發(fā)電廠1？0MW機組DCS控制采用的是OVATION3.2系統(tǒng)，用于鍋爐主機及輔助系統(tǒng)，汽輪機輔助系統(tǒng)，及電氣ECS的控制。汽輪發(fā)電機采用的是Siemens公司自行配套的TURLOOP S7控制系統(tǒng)TCS控制，與DCS采用Modbus協(xié)議通訊，部分重要信號采用硬接線方式連接，以滿足DCS對汽輪發(fā)電機組的監(jiān)控功能。

經(jīng)過幾個月調(diào)試工作，臨澧電廠于2012年10月3日完成了72+24小時試運行，試運期間平均負(fù)荷29.2MW，平均負(fù)荷率97.3%，各項指標(biāo)都達到或優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)。熱控保護投入率100%，熱控主要儀表投入率100%，自動投入率97%，程控投入率100%。熱控專業(yè)各項指標(biāo)都超過設(shè)計值。

下面本文就調(diào)試過程中，分析總結(jié)遇到的問題，為以后的電廠的熱工調(diào)試工作做好準(zhǔn)備。

2 DCS系統(tǒng)受電前的檢查及要求

DCS系統(tǒng)的接地一般包括工作接地和保護接地，當(dāng)DCS系統(tǒng)的信號、電源出現(xiàn)問題時，使得DCS系統(tǒng)能夠?qū)⑦^載電流導(dǎo)入大地，并且消除電子噪聲干擾，為整個系統(tǒng)提供參考零點位。

OVATION系統(tǒng)需要單獨的接地，不能與其他系統(tǒng)共用一個接地樁。一般是兩組電源為一個接地束，需要仔細(xì)檢查的是兩組電源的CG只能短接一個，否則容易形成環(huán)流。OVATION的機柜都有絕緣墊，有的施工單位不注意，沒有安裝會造成系統(tǒng)的多點接地。

上電前，測量DCS雙路電源UPS和市電的輸入穩(wěn)定性，檢查緊固I/O卡件基座，如果有松動同樣會影響的信號的穩(wěn)定性。為了減少卡件的損壞，在受電之前一般不裝I/O卡件Emod和Pmod。

3 DCS受電后的性能測試

DCS系統(tǒng)的冗余一般包括電源冗余、網(wǎng)絡(luò)冗余、控制器冗余，雙配置的電源，交換機和控制器退出任一節(jié)點均能夠正常工作。

OVATION3.2系統(tǒng)的服務(wù)器采用的操作系統(tǒng)是Windows 2003 server，通過windows 2003 server的域管理器來對OVATION系統(tǒng)的權(quán)限進行管理。其他的操作站采用的操作系統(tǒng)是Windows XP。

工程師站通過Ovation Developer Studio軟件對系統(tǒng)的控制邏輯進行編程組態(tài)。包括操作權(quán)限的修改、CB（控制邏輯）文件的編寫備份、GB（流程圖）文件的編寫備份，I/O點的組態(tài)，報警點的配置。運行人員會通過Graphics軟件對生產(chǎn)畫面進行監(jiān)控，調(diào)用復(fù)雜畫面和操作時間均小于2S以下。歷史站通過Historians Configuration Tool來對歷史數(shù)據(jù)進行管理，并且對操作記錄及事故追憶SOE來進行分析。

受電后通過軟件的恢復(fù)來對DCS的性能進行測試，通過測試證明了OVATION系統(tǒng)的硬件及軟件具有優(yōu)良的性能。

4 數(shù)據(jù)采集（DAS）控制系統(tǒng)分析總結(jié)

（1）汽包液位測量中平衡容器與電接點和云母雙色液位計顯示偏差的解決方案。

在鍋爐的首次啟動中，隨著汽包壓力的不斷升高，DCS顯示液位與電接點和雙色液位計顯示的偏差逐漸的增大，偏差有100mm左右。

經(jīng)過對鍋爐冷態(tài)和熱態(tài)時的分析比較，發(fā)現(xiàn)三種測量原件的零位不一致。根據(jù)鍋爐廠家提供的說明書及圖紙，確認(rèn)汽包零水位在汽包中心線下150mm左右，據(jù)此用水平管及標(biāo)準(zhǔn)卷尺重新標(biāo)定零位。

凱迪電廠普遍采用的是單室的平衡容器，冷凝罐里的為正壓側(cè)P+與另一側(cè)連接至汽包水側(cè)的負(fù)壓側(cè)P-形成差壓經(jīng)變送器測量后送入DCS進行計算。經(jīng)過測量后變送器實際測量的高度是760mm，根據(jù)汽包零位計算出其量程-310mm到+450mm。經(jīng)過F（x）的修正后送入DCS進行計算。

OVATOIN系統(tǒng)的LEVEL COMP功能塊具有壓力、溫度補償?shù)淖饔?，但是需要將單位進行統(tǒng)一計算，尤其是公制與英制的轉(zhuǎn)換需要注意。

（2）傳統(tǒng)的流量計算與OVATION系統(tǒng)的流量計算比較。

有的DCS系統(tǒng)不能提供帶有壓力溫度補償?shù)墓δ軌K，需要根據(jù)孔板廠家提供的計算公式進行搭建，但是計算出的密度隨溫度壓力變化與真實的密度是有一定的偏差。如果使用這種帶有補償作用的功能塊是會減少這種偏差的。

以主蒸汽流量計算進行說明：

孔板的計算公式：

M=0.003998595·d2· · ·

其中：直徑-d=109.756mm

可膨脹系數(shù)- =0.99351

流量系數(shù)- =1.078958

（3）鍋爐在冷態(tài)實驗時，鍋爐側(cè)的壓力取樣點比較多，由于安裝焊接工藝的原因，有部分的壓力取樣管堵塞，而安裝公司又未能夠及時的對儀表管吹掃，導(dǎo)致爐膛部分的壓力測點無法正常的顯示，后安排人員對現(xiàn)場所有的儀表管路進行吹掃，尤其是參與保護的壓力測點（例如爐膛壓力高低MFT），吹掃后這一情況得到了解決。

（4）鍋爐的混合風(fēng)和點火風(fēng)的流量孔板安裝位置不在直管段上，很難保證其差壓測量的準(zhǔn)確性。

爐的右側(cè)一次風(fēng)流量無測量元件，只能依靠一次總風(fēng)量減去左側(cè)一次風(fēng)量計算得出，計算值存在一定的偏差。密封風(fēng)與播料風(fēng)（播料風(fēng)實際是在總管上）也存在類似的情況。

（5）與西門子通信的數(shù)據(jù)存在的問題分析及處理。

由于汽輪機采用的是西門子自帶的控制系統(tǒng)SST-400，西門子的所有數(shù)據(jù)要通過RS485通信，開始時由于奇偶位、校驗位、波特率設(shè)置存在問題，模擬量的數(shù)據(jù)傳輸是沒有問題的，設(shè)備的打包狀態(tài)未能正確的傳遞。經(jīng)過與西門子專家的溝通，對西門子通訊的參數(shù)重新設(shè)置，設(shè)備狀態(tài)能夠正常的顯示。

與西門子的保護采用的硬接線的通訊方式，確保保護動作的可靠性。

5 FSSS控制系統(tǒng)分析總結(jié)

（1）原MFT跳閘繼電器（常開型）分別從CTRL1/51、CTRL2/52、CTRL3/53三個控制柜輸出到MFT跳閘柜。由于DCS邏輯組態(tài)中的跳閘輸出10MFT11、10MFT12、10MFT13取反，所以采用常開觸點的繼電器不能夠使MFT跳閘柜正常的動作，按著跳閘柜的接線原理圖改為常閉觸點的繼電器。經(jīng)過試驗后，MFT動作正常。

（2）原MFT的跳閘條件共16項，在調(diào)試的過程中，鍋爐專業(yè)要求取消掉4項，包括高壓流化風(fēng)機運行且流化風(fēng)量低、二次風(fēng)機跳閘、水冷風(fēng)室壓力高18KPa、水冷風(fēng)室壓力低1KPa。

原MFT跳閘停止的設(shè)備為爐前螺旋給料機、減溫水電動門、冷渣機。在調(diào)試的過程中，鍋爐專業(yè)根據(jù)循環(huán)流化床的燃燒特性，增加了需要的跳閘設(shè)備一次風(fēng)機、上料系統(tǒng)（皮帶和活底給料）。

（3）原設(shè)計中MFT系統(tǒng)中沒有投切開關(guān)，鍋爐專業(yè)要求加入MFT保護的手動投切按鈕。經(jīng)過試驗后，MFT動作正常。

（4）原設(shè)計中的MFT跳閘后，需要系統(tǒng)無跳閘條件且爐膛吹掃結(jié)束后才能對MFT跳閘回路進行復(fù)位。鍋爐專業(yè)要求加入手動復(fù)位按鈕，經(jīng)過試驗后，系統(tǒng)正常。

6 MCS控制系統(tǒng)分析總結(jié)

（1）汽包水位調(diào)節(jié)初期，單沖量切換三沖量控制時，調(diào)門出現(xiàn)振蕩并呈擴散的趨勢的分析及解決方案。

本機組配置了兩臺電動給水泵和一臺給水旁路調(diào)節(jié)閥來控制汽包水位。

在機組剛啟動，負(fù)荷較低時，一臺電泵運行，通過給水旁路調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)汽包水位。隨著機組負(fù)荷的升高，當(dāng)旁路閥開到75%以上，且主蒸汽達到要求流量后，切旁路調(diào)節(jié)閥至手動，開主給水電動門，逐漸關(guān)閉旁路調(diào)節(jié)閥。當(dāng)主給水門全開后，就通過調(diào)節(jié)電泵轉(zhuǎn)速來控制汽包水位。在機組負(fù)荷小于30%時，采用單沖量調(diào)節(jié)；當(dāng)機組負(fù)荷大于30%后，給水切換為三沖量調(diào)節(jié)。

在單沖量調(diào)節(jié)時，開始比例作用較低，調(diào)節(jié)存在遲緩，對參數(shù)整定后，單沖量水位調(diào)節(jié)正常。

但是切換到三沖量調(diào)節(jié)時，剛開始受到調(diào)節(jié)系統(tǒng)的影響，勺管的輸出指令存在頻繁的震蕩并呈現(xiàn)擴大的趨勢，給水自動控制無法實現(xiàn)。后對控制邏輯進行了檢查分析發(fā)現(xiàn)：

原設(shè)計的控制策略為兩臺泵同時運行，一臺泵跳閘另外一臺運行泵疊加跳閘泵的負(fù)荷，而現(xiàn)場實際的運行工況是一臺泵運行另外一臺泵備用，邏輯里平衡模塊起不到調(diào)節(jié)的作用，反而有一定的干擾。對控制邏輯進行修改，取消掉平衡模塊的作用，重新對PID參數(shù)進行了整定，給水自動能夠正常投運。

當(dāng)電泵處于備用狀態(tài)時，備用泵勺管的開度追蹤運行泵勺管的開度，當(dāng)一臺給水泵跳閘，備用泵聯(lián)鎖啟動，保證鍋爐補水的正常進行。

（2）機組整套啟動時，機爐協(xié)調(diào)控制的方案。

西門子汽輪機采用的是轉(zhuǎn)速控制、閥位控制、功率回路及壓力回路控制方式。在機組并網(wǎng)后，外方專家習(xí)慣于投入夠率回路，也就是我們習(xí)慣上說的鍋爐控制壓力，汽機控制負(fù)荷的鍋爐跟隨方式。此種方式的負(fù)荷的調(diào)節(jié)速度快，但是對鍋爐的運行要求高。生物質(zhì)鍋爐燃燒不穩(wěn)定，遲延大。鍋爐無法滿足汽機的調(diào)節(jié)速度。很多次鍋爐的主汽壓力下降的很低時，汽機依然在升負(fù)荷。

后來改投壓力回路時，由鍋爐控制負(fù)荷，汽機控制門前壓力，也就是汽機跟隨方式。實踐證明壓力回路比較適合生物質(zhì)鍋爐的燃燒。

7 結(jié)束語

熱工自動在生物質(zhì)發(fā)電中具有良好的控制功能，DCS系統(tǒng)強大的數(shù)據(jù)庫管理及穩(wěn)定可靠的硬件系統(tǒng)為機組良好的運行提供了保證，完全滿足生物質(zhì)發(fā)電的要求。本文僅舉幾個在調(diào)試過程中的問題加以分析，解決辦法難免有不足之處，希望大家批評指正。

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