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130吨煤气锅炉发电机组自动控制系统
发布时间：2013-08-17 20:22 来源：未知
0、前言
130吨煤气锅炉发电机组是湖南涟钢综合利用高炉煤气而投资兴建的，它由江西锅炉厂的130t/h中温中压煤气锅炉、南京汽轮电机集团有限公司的30MW抽汽式汽轮发电机以及脱盐水处理等公辅设施组成。由湖南冶金规划设计院设计；湖南火电安装公司安装；自动控制系统由浙大中控JX-300X、许继电气的系列数字式保护装置及计算机系统以及西门子S7-400组成。系统通过安装调试于2004年11月并网发电。由于设备质量、人员素质、违规操作等问题，一直很不稳定。下面分别介绍。
1、负责汽机、锅炉控制的浙大中控JX - 300X系统
该工程由浙大中控成套，采用电源、CPU、UO、网络冗余的方式，有四个过程站、五个操作站、一个工程师站组成。
1.1 系统组成
(1)过程站和操作站IP地址
过程站IP地址为：128. 128.1.1．一128. 128.1.8，冗余组态时CPU的IP地址为对应的偶数，另一块CPU的地址在组态时不显示，对应冗余CPU的地址数减一，SP244通讯协议转换卡的地址为：128. 128.1.10。操作站的IP地址为：128. 128.1.130~ 128. 128.1.135.
(2) 卡件数量及型号（如表l所示）
(3) 系统网络结构图（如图1所示）
(4) 汽机、锅炉JX - 300X实际检测控制点数
汽机、锅炉实际检测控制点数如表2。
(5) 系统检测控制功能
a)汽机、锅炉参数检测；b）锅炉汽包液位控制和连锁；c）锅炉送风操作和连锁；d）锅炉炉膛负压控制和连锁；e）锅炉减温、中间门操作；f）高煤气、焦炉煤气操作和连锁保护；g）除氧器水位、压力操作；h）汽封加热器、高加水位、压力操作；i）炉膛灭火保护（FSSS保护）；j）煤气点火控制及保护；k）辅助系统起停操作及连锁，富通新能源销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧木屑颗粒机压制的木屑生物质颗粒燃料。
由于系统本体设计、安装和控制方案的选用等诸多因素影响，从调试投运到现在离用户的要求还是相差甚远，很多原要求实现自动控制的方案，现在却只能用手动操作。
2、电气、继电保护装置的自动化系统
该工程设备主要由许继电气系列数字式保护装置组成，并由厂方派人联网和上位机软件编制和调试。
2.1 电气自动化系统网络结构图如图2所示。
图2中所有微机测控保护装置及智能型数字式电能表通讯接口都是采用RS485，且每个装置都有两个RS485接口，用八个NWJ - 801以太网接口装置与微机测控装置及电能表的两路RS485分别相连，组成A网、B网两个网段，每个网段中的设备又以工艺所在的位置来决定网络走向，如：lOkV I段，用两个双绞线依次并联各保护装置的两个RS485接口，尾端接匹配终端电阻，两个首端与两个ED6008 - Mu - SC光交换机相连，形成如表3的网段，数据则通过远动主站向JX -300X传送。具体NWJ - 801相连的网段表（如表3所示）
以发电机同期及微机测控装置FCK - 821为例说明：
2.1.1微机测控装置FCK - 821性能特征
FCK - 821由五种功能插件组成：分别是：交流变换插件（16位A/D转换器）、CPU插件（32位DSP数字处理器）、通讯插件（支持RS232、RS485、Ethemet等多种接口）、开入开出插件（有源、无源）、电源插件，具体性能如下。
(1)模拟量测量
A)交流电压U、电流I基本误差*0. 20/0
B)交流有功功率P、无功功率Q、功率因数cos∮基本误差±0.5%
C)交流频率F基本误差±0.01 Hz
D)直流模拟量输入范围电压O-5V基本误差士0.5%（外接温度变送器时，温度测量误差±2℃）
(2)开关量输入
A)开关量输入方式：DC220VA或DC110V输入，光电隔离
B)事件顺序记录站内分辨率≤2ms
(3)脉冲量
A)脉冲量输入方式：DC24V输入，光电隔离
B)脉宽≥10 ms
(4) 遥控输出触点容量：DC30V 5A AC220V SA
2.1.2微机测控装置FCK - 821在发电厂的检测控制内容
模拟量：发电机的电流、电压和零序电压。可以实现完成两个交流电流、电压，有功、无功量的测量；开关量输入：自动准同期、旋转二极管告警、低周解列自检告警、低周解列失电告警、同期装置失电告警、发电机出口断路器状态、发电机出口断路器状态手车工作位置、发电机出口断路器状态手车试验位置、发电机出口断路器弹簧未储能、发电机保护控制回路断线、发电机保护告警、发电机保护跳闸、发电机保护直流消失告警、厂变保护控制回路断线、厂变保护告警、厂变保护非电量告警、厂变保护跳闸、厂变保护直流消失告警、联络线保护控制回路断线、联络线保护告警、联络线保护跳闸、联络线保护重合闸、联络线保护直流消失告警、MAVR（励磁装置）告警；开关量输出：备用跳闸l、备用合闸l、备用跳闸2、备用合闸2等4点；脉冲量：CPS对时脉冲。
2.2 电气自动化系统中电气、继电保护装置使用的数量
如表4所示。
电气自动化不同于工艺的生产过程自动化，它强调的是每个单元的可靠性、独立性和特定的任务性，它们自带电源、输入、输出卡件、CPU卡件（有些还有冗余卡）以及通讯卡件，当转换开关置现场时，它就靠存储在CPU存储器上的程序和数据工作，也可通过它自带的面板进行人工操作；当转换开关置遥控时，它就接受上位机指令，并将采集和执行的相关信息予以反馈，它的工作机制类似于生产过程控制用的专用控制器，只是它更加灵活、可靠。现在涟钢变I站、涟钢变Ⅱ站、冷轧变就是采用这种方式设计，期望实现无人值守。
3、化学脱盐水的西门子S7-400系统
该套装置是由长沙化工研究所提供技术，采用进口反渗透脱盐水工艺制备软水，供给锅炉和冷轧薄板使用，主要检测和控制的项目是：原水、水泵、过滤装置、还原剂及阴垢剂投加装置、精密过滤、反渗透主机和中间水箱等，水质分析检测仪表除部分进口外，全部由四川仪表厂供货，下位机PLC采用西门子S7 - 400，STEP 7组态，上位机使用研华工控机，WinCC绘制人机操作界面，通过Profibus DP协议将数据传送到安装CP5613网卡的Jx - 300X系统的计算机上，系统上各联网的计算机通过OPC方式读取该计算机上的数据。
(1) 脱盐水系统西门子PLC卡件数量及型号（如表5所示）。
(2) 脱盐水系统网络结构（如图3所示）
4、系统集成
整个发电厂的控制系统应该是一个融合、覆盖机、炉、电、化、水的一个全面完整的系统，由于有关人员和汽轮发电机厂家担心DCS系统硬件自身的可靠性和软件的不够完善，因而在汽轮发电机组的招标时DEH关键部位控制就采纳选用了美国Woodward公司的505E一一汽轮机的专用控制器，由它执行下述功能，并带RS485通讯接口与DCS通讯。
(1) 汽轮发电机的自动开机、停机控制操作；
(2) 汽轮发电机的负荷调节控制；
(3) 汽轮发电机的抽汽自动调节。
原设计、招标要求投标单位所投标的DCS系统必须保证Woodward 505E和汽轮发电机轴系振动、位移检测控制器BENTLY3500与DCS系统通讯，涉及启、停机操作的从安全角度考虑用硬接线连接，形成发电厂完整的硬件集成、数据归一，而事实上是JX - 300X还没有开发Woodward 505E、BENTLY3500的通讯驱动，设计单位只好考虑为满足工艺要求所需的硬接线数量，增加卡件、机柜和费用，BENTLY3500只能全部采用硬接线，由于这一改动最终成了发电厂硬件和数据的孤岛。
5、结语
综观发电厂自控系统，不难看出他由三部分组成，外加一个数据孤岛Woodward 505E，在发电厂主控制室可以看到和操作在线生产设备，数据的集成在JX -300X系统完成，但由于它自身的脆弱性、数据格式的不一致性以及各系统之间互连传输速率瓶颈的限制，要将数据传送到公司还有一定的难度，抛开这些就现存的控制模式要保证系统安全运行还有下例问题值得注意：
(1) JX - 300X没有硬时钟同步，它与其他系统肯定存在数据时差，数据的对照性降低；
(2) JX -300X过程站卡件分配不均，很明显不是一次性设计完成，有后序加工的痕迹，如第一个过程站是9个机架，第二个过程站只有3个，这样就形成了CPU在过程站负担不均，增加了过程站之间的数据通讯流量；
(3)化学脱盐水系统的数据是用Ptofbus DP方式传到JX - 300X上位机，再用OPC方式在各计算机间传递，一旦安装CP5613卡的计算机出现故障，整个数据就会停止；
(4) JX - 300X上位机与电气、继电保护上位机的通讯是利用远动主站的COM口传送数据给JX -300X的SP244卡的，其传送速率较低，可靠性和稳定性都较差，还没有冗余，在具体实施中只能对传输的数据量进行限制；
(5) NWJ-801以太网接口装置与现场到机柜的接线采用RJ45水晶头与单股分线端子接线的方式可靠性较差，再加上接地没有用专用接地网，也没有浮空，本来Modbus RS485抗干扰能力就较弱，在强电工作区影响更大，经常性造成A或B网中断；
(6)锅炉两台引风机是由国产lOkV高压变频器控制，它自带两套西门子S7 - 200，由于厂家要求自成一体，只接受控制指令和送出故障信号给DCS，没有实现通讯，其电气信号由WDH -821检测并上传，其安全性受到质疑；
(7)增删检测点时，JX - 300X不能在线下载。
