自动控制装置在生物质发电中的调试及应用

崔一 陈晶

摘 要：介绍热工自动装置在生物质电中的调试及应用，生物质发电属于新型的综合利用能源，有着广阔的前景，发电厂将农林废弃物回收，将生物质能转化为电能。重点介绍电厂的自动控制系统在调试过程中遇到的问题，以及在今后的调试过程中如何避免。

关键词：DCS 生物质 自动控制 保护

中图分类号：TM619 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）009-098-03

1 前言

湖南临澧凯迪生物质发电厂1？0MW机组DCS控制采用的是OVATION3.2系统，用于锅炉主机及辅助系统，汽轮机辅助系统，及电气ECS的控制。汽轮发电机采用的是Siemens公司自行配套的TURLOOP S7控制系统TCS控制，与DCS采用Modbus协议通讯，部分重要信号采用硬接线方式连接，以满足DCS对汽轮发电机组的监控功能。

经过几个月调试工作，临澧电厂于2012年10月3日完成了72+24小时试运行，试运期间平均负荷29.2MW，平均负荷率97.3%，各项指标都达到或优于国家标准。热控保护投入率100%，热控主要仪表投入率100%，自动投入率97%，程控投入率100%。热控专业各项指标都超过设计值。

下面本文就调试过程中，分析总结遇到的问题，为以后的电厂的热工调试工作做好准备。

2 DCS系统受电前的检查及要求

DCS系统的接地一般包括工作接地和保护接地，当DCS系统的信号、电源出现问题时，使得DCS系统能够将过载电流导入大地，并且消除电子噪声干扰，为整个系统提供参考零点位。

OVATION系统需要单独的接地，不能与其他系统共用一个接地桩。一般是两组电源为一个接地束，需要仔细检查的是两组电源的CG只能短接一个，否则容易形成环流。OVATION的机柜都有绝缘垫，有的施工单位不注意，没有安装会造成系统的多点接地。

上电前，测量DCS双路电源UPS和市电的输入稳定性，检查紧固I/O卡件基座，如果有松动同样会影响的信号的稳定性。为了减少卡件的损坏，在受电之前一般不装I/O卡件Emod和Pmod。

3 DCS受电后的性能测试

DCS系统的冗余一般包括电源冗余、网络冗余、控制器冗余，双配置的电源，交换机和控制器退出任一节点均能够正常工作。

OVATION3.2系统的服务器采用的操作系统是Windows 2003 server，通过windows 2003 server的域管理器来对OVATION系统的权限进行管理。其他的操作站采用的操作系统是Windows XP。

工程师站通过Ovation Developer Studio软件对系统的控制逻辑进行编程组态。包括操作权限的修改、CB（控制逻辑）文件的编写备份、GB（流程图）文件的编写备份，I/O点的组态，报警点的配置。运行人员会通过Graphics软件对生产画面进行监控，调用复杂画面和操作时间均小于2S以下。历史站通过Historians Configuration Tool来对历史数据进行管理，并且对操作记录及事故追忆SOE来进行分析。

受电后通过软件的恢复来对DCS的性能进行测试，通过测试证明了OVATION系统的硬件及软件具有优良的性能。

4 数据采集（DAS）控制系统分析总结

（1）汽包液位测量中平衡容器与电接点和云母双色液位计显示偏差的解决方案。

在锅炉的首次启动中，随着汽包压力的不断升高，DCS显示液位与电接点和双色液位计显示的偏差逐渐的增大，偏差有100mm左右。

经过对锅炉冷态和热态时的分析比较，发现三种测量原件的零位不一致。根据锅炉厂家提供的说明书及图纸，确认汽包零水位在汽包中心线下150mm左右，据此用水平管及标准卷尺重新标定零位。

凯迪电厂普遍采用的是单室的平衡容器，冷凝罐里的为正压侧P+与另一侧连接至汽包水侧的负压侧P-形成差压经变送器测量后送入DCS进行计算。经过测量后变送器实际测量的高度是760mm，根据汽包零位计算出其量程-310mm到+450mm。经过F（x）的修正后送入DCS进行计算。

OVATOIN系统的LEVEL COMP功能块具有压力、温度补偿的作用，但是需要将单位进行统一计算，尤其是公制与英制的转换需要注意。

（2）传统的流量计算与OVATION系统的流量计算比较。

有的DCS系统不能提供带有压力温度补偿的功能块，需要根据孔板厂家提供的计算公式进行搭建，但是计算出的密度随温度压力变化与真实的密度是有一定的偏差。如果使用这种带有补偿作用的功能块是会减少这种偏差的。

以主蒸汽流量计算进行说明：

孔板的计算公式：

M=0.003998595·d2· · ·

其中：直径-d=109.756mm

可膨胀系数- =0.99351

流量系数- =1.078958

（3）锅炉在冷态实验时，锅炉侧的压力取样点比较多，由于安装焊接工艺的原因，有部分的压力取样管堵塞，而安装公司又未能够及时的对仪表管吹扫，导致炉膛部分的压力测点无法正常的显示，后安排人员对现场所有的仪表管路进行吹扫，尤其是参与保护的压力测点（例如炉膛压力高低MFT），吹扫后这一情况得到了解决。

（4）锅炉的混合风和点火风的流量孔板安装位置不在直管段上，很难保证其差压测量的准确性。

炉的右侧一次风流量无测量元件，只能依靠一次总风量减去左侧一次风量计算得出，计算值存在一定的偏差。密封风与播料风（播料风实际是在总管上）也存在类似的情况。

（5）与西门子通信的数据存在的问题分析及处理。

由于汽轮机采用的是西门子自带的控制系统SST-400，西门子的所有数据要通过RS485通信，开始时由于奇偶位、校验位、波特率设置存在问题，模拟量的数据传输是没有问题的，设备的打包状态未能正确的传递。经过与西门子专家的沟通，对西门子通讯的参数重新设置，设备状态能够正常的显示。

与西门子的保护采用的硬接线的通讯方式，确保保护动作的可靠性。

5 FSSS控制系统分析总结

（1）原MFT跳闸继电器（常开型）分别从CTRL1/51、CTRL2/52、CTRL3/53三个控制柜输出到MFT跳闸柜。由于DCS逻辑组态中的跳闸输出10MFT11、10MFT12、10MFT13取反，所以采用常开触点的继电器不能够使MFT跳闸柜正常的动作，按着跳闸柜的接线原理图改为常闭触点的继电器。经过试验后，MFT动作正常。

（2）原MFT的跳闸条件共16项，在调试的过程中，锅炉专业要求取消掉4项，包括高压流化风机运行且流化风量低、二次风机跳闸、水冷风室压力高18KPa、水冷风室压力低1KPa。

原MFT跳闸停止的设备为炉前螺旋给料机、减温水电动门、冷渣机。在调试的过程中，锅炉专业根据循环流化床的燃烧特性，增加了需要的跳闸设备一次风机、上料系统（皮带和活底给料）。

（3）原设计中MFT系统中没有投切开关，锅炉专业要求加入MFT保护的手动投切按钮。经过试验后，MFT动作正常。

（4）原设计中的MFT跳闸后，需要系统无跳闸条件且炉膛吹扫结束后才能对MFT跳闸回路进行复位。锅炉专业要求加入手动复位按钮，经过试验后，系统正常。

6 MCS控制系统分析总结

（1）汽包水位调节初期，单冲量切换三冲量控制时，调门出现振荡并呈扩散的趋势的分析及解决方案。

本机组配置了两台电动给水泵和一台给水旁路调节阀来控制汽包水位。

在机组刚启动，负荷较低时，一台电泵运行，通过给水旁路调节阀调节汽包水位。随着机组负荷的升高，当旁路阀开到75%以上，且主蒸汽达到要求流量后，切旁路调节阀至手动，开主给水电动门，逐渐关闭旁路调节阀。当主给水门全开后，就通过调节电泵转速来控制汽包水位。在机组负荷小于30%时，采用单冲量调节；当机组负荷大于30%后，给水切换为三冲量调节。

在单冲量调节时，开始比例作用较低，调节存在迟缓，对参数整定后，单冲量水位调节正常。

但是切换到三冲量调节时，刚开始受到调节系统的影响，勺管的输出指令存在频繁的震荡并呈现扩大的趋势，给水自动控制无法实现。后对控制逻辑进行了检查分析发现：

原设计的控制策略为两台泵同时运行，一台泵跳闸另外一台运行泵叠加跳闸泵的负荷，而现场实际的运行工况是一台泵运行另外一台泵备用，逻辑里平衡模块起不到调节的作用，反而有一定的干扰。对控制逻辑进行修改，取消掉平衡模块的作用，重新对PID参数进行了整定，给水自动能够正常投运。

当电泵处于备用状态时，备用泵勺管的开度追踪运行泵勺管的开度，当一台给水泵跳闸，备用泵联锁启动，保证锅炉补水的正常进行。

（2）机组整套启动时，机炉协调控制的方案。

西门子汽轮机采用的是转速控制、阀位控制、功率回路及压力回路控制方式。在机组并网后，外方专家习惯于投入够率回路，也就是我们习惯上说的锅炉控制压力，汽机控制负荷的锅炉跟随方式。此种方式的负荷的调节速度快，但是对锅炉的运行要求高。生物质锅炉燃烧不稳定，迟延大。锅炉无法满足汽机的调节速度。很多次锅炉的主汽压力下降的很低时，汽机依然在升负荷。

后来改投压力回路时，由锅炉控制负荷，汽机控制门前压力，也就是汽机跟随方式。实践证明压力回路比较适合生物质锅炉的燃烧。

7 结束语

热工自动在生物质发电中具有良好的控制功能，DCS系统强大的数据库管理及稳定可靠的硬件系统为机组良好的运行提供了保证，完全满足生物质发电的要求。本文仅举几个在调试过程中的问题加以分析，解决办法难免有不足之处，希望大家批评指正。

参考文献：

[1] 白焰.分散控制系统与现场总线控制系统[M].北京：中国电力出版社，2007.

[2] 林文孚，胡燕.单元机组自动控制技术（第二版）[M].北京：中国电力出版社，2008.

[3] 艾默生公司.Ovation算法参考手册[M].2006.