基于DCS的电厂燃油系统远程控制改造

杨一明

（山西大唐临汾热电有限责任公司，山西 临汾 041000）

燃油系统是电厂中的重要系统，其主要作用是在机组的启动阶段，通过燃烧燃油为煤的燃烧提供能量，引燃煤粉；在锅炉低负荷运行、燃烧工况不稳定等情况下稳定锅炉燃烧，调整火焰中心，保证锅炉的安全稳定运行等[1]。燃油系统的稳定可靠对电厂安全运行极其重要。

1 改造前燃油系统的运行方式

大唐临汾热电公司燃油系统共设置3台AY型离心式供油泵，用于将锅炉点火和助燃所需的轻柴油从燃油泵房供至锅炉，其中1号和2号两台供油泵加装ABB系列变频器（带工频旁路，可在变频与工频模式之间切换），采用一拖一带自动旁路方式。变频方式运行时，变频器可根据燃油母管压力自动调节油泵电机频率，频率信号由变频器给定。变频范围在燃油泵电机旋转速度的0%～100%之间。变频燃油泵也可以旁路工频方式运行，以恒定功率输出，实现变频与工频运行方式的切换。

图1 修改后燃油系统画面Fig.1 Modified fuel system screen

变频器安装在化学配电室的变频器柜内，在变频器壳体的前门装有一个按键界面（控制板），运行人员可通过手动操作实现对两台变频泵的控制。3号泵为工频泵，作为紧急情况下的备用，启停操作也在化学配电室内完成。正常情况下，燃油系统的运行方式为1号或2号变频泵变频方式运行，变频器根据燃油母管压力实现变频调节。

运行人员对油泵的启停、母管油压的设定等操作都需要到就地变频器柜处，在按键界面上进行，不仅增加了设备操作的难度，增加了操作所需的时间，而且遇到运行中的油泵因故障跳闸等紧急情况时，没有联锁启动备用泵功能，仍需运行人员去往就地配电室手动启动备用泵。此时燃油将中断，从安全性和可靠性上都不利于机组的长期稳定运行。

2 计划改造的主要内容

针对燃油系统存在的问题，经过设计与可行性的研究，计划对燃油系统进行改造，以实现以下功能：

1）上位机增加3台油泵的操作端，运行人员可通过上位机操作，完成对1、2号供油泵的远程变频控制操作和3号供油泵的远程工频控制操作；1、2号供油泵不设置远方工频启动、远方工频停止的相关操作端。

2）正常方式下，1号或2号供油泵默认以变频方式运行，3号供油泵备用。当燃油系统母管油压低或运行的变频泵故障停运时，联锁启动投入备用的3号供油泵，以保证供油系统的安全运行。

3）当1号或2号供油泵以变频方式运行，而3号供油泵因检修无法运行或未投入备用时，可将另一台未运行的变频泵投备用。变频泵“备用”状态的投入与切除作为变频泵“工频”与“变频”方式切换的信号送往变频器，以供变频器在工频与变频状态之间切换。当系统油压低或运行的变频泵故障停运时，以工频方式联锁启动投入备用的变频泵（已切工频旁路），但不允许两台及两台以上供油泵（包括3号供油泵）同时投备用。

4）1号或2号供油泵在变频方式模式下运行时，可通过上位机切换手动和自动模式：手动模式由运行人员手动调整变频器频率来调节供油母管油压；自动模式由运行人员通过设定油压控制目标值来控制供油母管油压[2]，但要对1、2号变频泵自动模式设置相互闭锁，禁止两台变频泵同时投入自动，否则将影响供油母管油压的自动调节。

5）上位机增加1、2号变频泵的状态信息，包括：远方/就地方式、变频运行反馈、变频停止反馈、变频故障反馈、工频运行反馈、工频停止反馈、工频故障反馈等。

3 燃油系统远程控制改造方案的确定与实施

经过设备部、发电部相关专业人员与会讨论，并最终确定了燃油泵变频逻辑远程控制方案。

3.1 燃油系统画面修改方案

3.1.1 增加3台油泵的操作端，增加DCS至燃油远程柜的IO信号（需敷设电缆供信号传输），其中开关量信号5路，模拟量信号1路

1）工频启动指令：干接点，发出5s脉冲信号，供油泵以工频方式启动。

2）工频停止指令：干接点，发出5s脉冲信号，供油泵工频停运。

3）变频启动指令：干接点，发出5s脉冲信号，供油泵以变频方式启动。

4）变频停止指令：干接点，发出5s脉冲信号，供油泵变频停运。

5）工频/变频切换指令：干接点，发出3s脉冲信号，供油泵变频器在变频状态与工频旁路状态之间切换。

6）模拟量：供油泵变频器频率设定值。

3.1.2 增加燃油远程柜至DCS的IO信号（需敷设电缆供信号传输），其中开关量信号有7路，模拟量信号1路（燃油母管油压信号已上传）

1）远方/就地方式反馈。

2）变频运行反馈。

3）变频停止反馈。

4）变频故障反馈。

5）工频运行反馈。

6）工频停止反馈。

7）工频故障反馈。

8）模拟量输出：油泵变频器频率输出。

3.2 燃油系统逻辑修改方案

3.2.1 1号供油泵工频方式下逻辑（1号与2号供油泵相同）

1）启动允许（与逻辑）：

① 1号供油泵变频器在工频模式。

② 1号供油泵远方模式。

图2 1号供油泵变频自动调节逻辑（2号供油泵相同）Fig.2 No.1 Oil supply pump variable frequency automatic adjustment logic (No.2 Oil supply pump same)

图3 3号供油泵逻辑Fig.3 No.3 Oil supply pump logic

③ 1号油泵变频器无故障。

2）联锁启动（1号供油泵备用模式下，或逻辑）：

① 2号供油泵停止，发出3s脉冲信号。

② 3号供油泵停止，发出3s脉冲信号。

③ 供油出口母管压力低，延时2s，发出3s脉冲信号。

④ 供油泵出口母管压力小于2.6MPa，延时2s，发出3s脉冲信号。

3）保护停

1号供油泵工频故障。

3.2.2 1号供油泵变频方式下

1）变频启动允许（与逻辑）：

① 1号供油泵在变频模式。

② 1号供油泵远方模式。

③ 1号供油泵变频器无故障。

2）保护停止：

1号油泵变频器变频故障。

3）1号泵变频器自动调节方式投入条件（与逻辑）：

① 1号油泵变频运行。

② 1号供油泵无自动切除条件。

4）1号泵变频器自动调节方式切除条件（或逻辑）：

① 1号供油泵未在变频方式下运行。

② 1号油泵变频器变频故障。

③ 2号供油泵在自动状态。

④ 供油母管压力测点变坏点。

⑤ 1号油泵电机转速指令与反馈偏差大。

⑥ 燃油母管油压设定值与测量值偏差大。

5）增加燃油自动调节逻辑，引入PID调节器和模拟量控制M/A站进行燃油母管油压的自动调节。

3.3 工频供油泵逻辑（3号供油泵未加装变频器，只在工频方式运行）

3.3.1 启动允许（与逻辑）

1）3号供油泵远方模式。

2）3号供油泵无故障。

3.3.2 联锁启动（备用模式下，或逻辑）

1）1号油泵停止运行，发出3s脉冲信号。

2）2号油泵停止运行，发出3s脉冲信号。

3）供油出口母管压力低，延时2s，发出3s脉冲信号。

4）供油泵出口母管压力小于2.6MPa，延时2s，发出3s脉冲信号。

3.3.3 保护停

3号供油泵故障。

根据制定好的改造方案，利用机组双停检修时机，对燃油系统进行了改造，最终成功完成了基于DCS的燃油系统远程控制的改造。

4 调试验收

改造完成后，制定合理的实验方案。在机组工况允许时，对燃油系统进行静态试验和动态试验。由上位机分别对各供油泵进行启动、停止操作，确认各油泵动作正确，状态反馈信号正确。通过手动停止油泵和仿真燃油母管油压信号达到联锁值等方法，联锁启动相应投入备用的供油泵正确。检查确认各供油泵逻辑各环节运行正常、参数配置合理、手自动切换正常、保护联锁正确，对变频器和燃油母管压力的手动、自动控制满足系统要求[3]。

5 总结

基于DCS的燃油系统远程控制的改造方案是可行的，大唐临汾热电有限责任公司针对燃油系统原有运行方式中存在的问题进行优化升级，最终设计并完成了燃油系统远程控制的改造。改造后设备运行稳定，运行人员可通过上位机对供油系统进行远程控制，极大方便了运行人员的操作，降低了工作量，且增加了母管油压联锁保护功能，极大提升了系统安全性与可靠性；变频泵投入自动后，由逻辑自动调节燃油母管油压，调整效率进一步得到提高，为本厂的长期安全运行打下了良好的基础。