国华惠电脱硫及灰渣与主机系统一体化控制研究

张海富，何鹏晟，唐昊，李承浩（神华国华惠州热电分公司，广东 惠州 516082）

万太浩（神华陕西国华锦界电厂，陕西 神木 719319）

1 引言

惠电公司#1、#2机组脱硫系统共用一套DCS控制系统，除灰系统、除渣系统为#1、#2机组分别共用一套PLC控制系统。作为电厂安全运行的控制中枢神经，如控制系统发生故障，易造成两台机组同时跳闸,中断系统供热，存在较大的安全隐患。同时国家发展改革委和环境保护部《燃煤发电机组环保电价及环保设施运行监管办法》第十三条中要求“脱硫脱硝除尘DCS主要参数应逐步设置于同一集控室内。”因此需要进行脱硫及灰渣控制系统进行单元制改造，实现与主机DCS系统一体化控制。本文重点介绍了在双机不同时停运的情况脱硫及灰渣控制系统进行单元制改造，从方案的策划、风险的分析及最后的具体实施都进行了周密的安排，实现控制系统一体化进行了深入的研究。

2 目前网络结构及存在的主要问题

2.1 网络结构

主机控制系统是由3个网络构成，包括#1机组、#2机组及公用DCS控制系统；脱硫控制系统是由1个网络组成，包含#1机组脱硫、#2机组脱硫和公用脱硫系统，如图1所示。

图1 主机及脱硫网络结构图

除灰系统为#1、#2机组共用一套PLC控制系统，主要采用可编程控制器与工控机(PLC+PC)构成的计算机系统，如图2所示，PLC为Modicon Quantum系列双机热备方式，系统的可靠性方面主要为每个控制站的电源模块及通讯模块为一个，故障时没有备用造成整个控制站瘫痪。除渣系统为#1、#2机组分共用一套PLC控制系统，网络结构与除灰系统相同。

图2 除灰系统网络结构图

2.2 存在的主要问题

国华惠电公司脱硫烟道旁路已经取消，因此要求除灰系统随机组全程投入，这样可以避免锅炉粉尘造成吸收塔浆液中毒，脱硫效率下降，环保主要参数超标。两台机组的脱硫及灰渣控制系统分别共用一套控制系统，一旦控制系统失灵两台机组将被迫打闸停运。同时灰硫与主机控制室分别由两个主值操作，在机组异常情况下，灰硫运行人员不能及时控制环保参数不超标。

（1）控制系统发生通讯堵塞系统瘫痪，会造成两台机组及公用系统操作员站所有数据中断，运行人员不能有效监控机组主要参数，同时不能通过操作员站下发控制指令，轻则机组被迫停运，重则设备损坏，存在较大的安全隐患。

（2）脱硫、除灰、除渣控制系统不能根据机组的定修开展定期维护、试验、逻辑修改等工作，系统长期运行其可靠性必然下降。

（3）国家对环保要求的提高，脱硫及除灰、除渣系统在机组运行中严禁退出，一旦控制系统出现故障将会影响到两台机组环保设施的安全、稳定运行，造成环保设备效率降低，污染物排放不达标，发生环境保护事件，给惠电及集团公司带来不良社会影响。

（4）除灰、除渣、脱硫控制系统与主机控制系统的监控相互独立，没有充分考虑资源的共享，使得运行管理不能集中，从而造成各种资源的浪费。硫灰渣与主机集中控制每台机组至少可以节省运行人员2人以上，可以充分节省人力资源成本。

（5）各公司运行人员技术水平参差不起，一般情况都是硫灰渣控制的运行人员的技术水平差于主机运行人员，机组正常运行情况下其对于环保参数的控制与主机控制的主值有一定的偏差，值长、主值的日常操作及协调工作非常难，当出现机组升降负荷或网上故障等应急情况，值长、主值更无法对机组的安全运行及环保指标的控制进行统一调度，经常造成环保指标超限问题的发生。

（6）随着DCS系统维护成本的降低，且由于PLC控制系统本身局限性（在线修改逻辑风险较大，无历史查询功能），目前新投产机组设计全部取消PLC控制，采用DCS一体化控制的主题思路，将除灰、除渣、脱硫系统的运行监控纳入到主机监控范围，实现DCS系统软件及硬件一致，便于专业人员的培训及系统的维护工作，每年也可以节省日常维护的备品备件及技术培训等资源。

3 改造方案

3.1 系统网络改造方案

首先将脱硫DCS系统进行单元制改造，#1脱硫、#2脱硫及脱硫公用分别组成独立的DCS系统，进行单元制控制；将#1机组灰渣系统改造成DCS系统纳入到#1机组脱硫控制系统，同时纳入到#1机组DCS系统，实现控制系统一体化进行集中控制；将#2机组灰渣系统改造成DCS系统纳入到#2机组脱硫控制系统，同时纳入到#2机组DCS系统，实现控制系统一体化进行集中控制。改造过程中保证DCS系统软件及硬件一致，便于专业人员的培训及系统的维护工作。具体实施方案如下：

（1）#1脱硫的烟气、吸收塔控制部分由光缆连接直接进入#1主机DCS系统网络。

（2）#2脱硫的烟气、吸收塔控制部分由光缆连接直接进入#2主机DCS系统网络。

（3）脱硫公用部分，如真空皮带机等设备的控制，单独组建一套DCS网络。在该网络中增加四台网桥机(HMI站)，通过运行ASDPU（网桥通讯软件）专用软件，将本网络测点信息分别发送至#1、#2机主机DCS系统，同时接收#1、#2机主机DCS系统发来的操作指令。

（4）#2机组灰渣系统从原灰渣控制系统中分离出来，改造成DCS控制系统，并入#2机组脱硫及主机DCS控制系统，实现脱硫、灰渣及主机DCS系统一体化控制。

（5）#1机组灰渣系统从原灰渣控制系统中分离出来，改造成DCS控制系统，并入#1机组脱硫及主机DCS控制系统，实现脱硫、灰渣及主机DCS系统一体化控制。

（6）除灰公用系统并入脱硫公用系统，通过网桥机进入主机DCS公用系统。

（7）增加一台网络电源柜，正面为#1机组反面为#2机组，根据控制站及上位机数量配置交换机、空气开关、总电源接口等，原网络电源柜做为灰硫公用系统使用。

（8）脱硫系统增加一台数据历史站和工程师站作为#2机组使用，便于维护人员在脱硫电子间进行逻辑传动、测点检查等工作；增加四台网桥机作为两台机组与公用系统的数据交换使用；每台机组增加一台操作员站一用一备，作为一体化改造过度过程使用。如图3-4所示。

图3 一体化控制网络结构图

图4 脱硫、除灰公用系统网络结构图

3.2 改造的主要风险及实施方案

由于原脱硫、除灰、除渣系统为两台机组共用一套控制系统，同时还包括两台机组的公用系统。惠电公司负责大亚湾石化区的供热任务，不可能两台机组同时停运进行控制系统的单元制改造工作，所以施工难度较大风险较高。前期需要梳理控制系统的每一根网线、每一个电源及两台机组之间的网间变量，任何一步考虑不全面都可能造成系统瘫痪及机组的非计划停运。在充分评估风险的基础上分为灰渣及脱硫两部分进行单元制改造工作，又由于灰渣控制系统网络采用#1、#2及公用串级结构，因此改造工作要从#2机组检修时开始。

3.3 灰渣系统单元制改造实施方案

（1）将除灰公用系统灰库切换至就地运行模式，除灰空压机切至就地运行方式，这样所有实时运行参数均无法在上位机显示，所有操作均需在就地操作；

（2）通过PLC系统上位机检查确认内部程序运行正常，硬件配置正确，系统运行无问题。

（3）在一号炉除灰程控柜网络A网分支器处断开2号炉除灰程控柜、空压机控制柜、灰库远程控制柜通讯网络，安装终端电阻，无问题后断开B网网络同时安装终端电阻。过程中热控人员将原空压机控制柜两个压力信号电缆重新敷设到#1机组除灰控制柜，以保证一号机组的除灰系统正常运行。

（4）在#1机组除灰控制柜上增加一块AI（模拟量输入）卡件，使用上位机对PLC系统进行硬件组态，同时将原空压机控制站的两个测点重新定义进行软件组态及报警设置，检查无问题后对PLC进行重新下装。

（5）观察控制系统软硬件运行正常，运行人员将#1机组输灰系统切至远方方式进行正常输灰。

（6）进行#2除灰及公用系统的DCS系统控制柜改造工作，将#2控制站通过网线直接接入#2脱硫交换机，将公用的两个控制站通过网线直接接入脱硫公用系统交换机。

（7）除渣系统单元制改造步骤与除灰系统基本一致，

（8）#1、#2机组除渣系统网络已分开，在机组#1机组检修时可以直接DCS系统改造工作。

3.4 脱硫系统的单元制改造实施方案

（1）梳理#1、#2及公用系统之间的网间变量，避免单元制改造过程中系统设备误动，危机机组的安全运行。将所有网间变量敷设电缆使用硬接线的方式保证控制站之间引用点联锁保护正常。

（2）将#2脱硫网络单独设置，脱开原脱硫系统网络。增加脱硫网桥机、工程师站、历史站、操作员站，并进行网络调试。

（3）#2机组检修时将其脱硫网络电源柜投入运行，将#2脱硫控制站重新接入电源及网络，由于是双路电源和网络，因此接入过程中要避免失电及断网。

（4）#1机组检修时将#1脱硫网络单独设置，脱开原脱硫系统网络。#1脱硫网络电源柜投入运行，将#1脱硫控制站重新接入电源及网络，由于是双路电源和网络，因此接入过程中要避免失电及断网。

（5）将脱硫公用系统网线进行整理，包括除灰公用系统，连接网桥机与#1、#2机组通讯正常。

（6）拆除网间变量的硬接线，为提高可靠性重要联锁保护可以保留硬接线方式。

3.5 脱硫及灰渣与主机控制系统一体化调试方案

（1）在#2机组检修时将#2脱硫网络接入#2单元机组网络交换机上，合并#2脱硫系统点目录至#2单元机组，合并#2脱硫画面至#2单元机组，更改#2脱硫画面中手操器的动态链接。

（2）在#1机组检修时将#1脱硫网络接入#1单元机组网络交换机上，合并#1脱硫系统点目录至#1单元机组，合并#1脱硫画面至#1单元机组，更改#1脱硫画面中手操器的动态链接。

（3）在#1机组检修时，将公用系统控制设备切至就地运行，重新配置公用脱硫系统控制器网段；（从222.222.221网段更改至222.222.226网段，从222.222.222网段更改至222.222.227网段），重新配置#1/2脱硫网桥机设置。合并共用脱硫画面至#1、2单元机组，更改共用脱硫画面中手操器的动态链接。

4 结语

实现脱硫及灰渣控制系统单元制及与主机DCS系统一体化控制，使主机、脱硫、灰渣控制系统软、硬件统一，提高了控制系统的可靠性，减少了备品备件种类和控制系统维护工作量，节约了维护成本，同时彻底解决脱硫、除灰、除渣控制系统故障造成两台机组的同时停运的重大隐患，提高了将灰渣控制系统自动化控制水平。硫灰渣控制室与主机集控室进行集中控制，机组正常运行情况时，值长、主值对于环保参数的控制起到一定的指导和监督作用。当发生机组升降负荷或网上故障等应急情况，值长可以对机组的安全运行及环保指标的控制进行统一调度，控制环保指标不发生超限现象，避免环保事件的发生，同时通过减少运行值班员也节省了公司的人力资源成本。

[1] DL/T 659-2006, 火电厂分散控制系统验收测试规程[S].

[2] DL/T 658-2006, 火电厂开关量控制系统验收测试规程[S].

[3] DL/T 744-2004, 火力发电厂热工自动化系统检修运行维护规程[S].

[4] 赵燕平. 火电厂分散控制系统检修运行维护手册[M]. 北京 : 中国电力出版社, 2002.

[5] 吴华斌. 火电工程调试技术手册热工卷[M]. 北京 : 中国电力出版社, 2003.