西门子T3000控制系统优化实例

韩鹏高，张成

（国家电投协鑫滨海发电有限公司，江苏 滨海 224500）

0 引言

DEH系统在机组运行期间出现故障会直接影响机组的正常运行，甚至造成严重后果。国电投滨海电厂一期2×1000MW机组汽轮机采用上海汽轮机有限公司和西门子联合设计制造的超超临界一次中间再热、反动式、单抽、四缸四排汽、单背压、凝汽式汽轮机。DEH系统采用西门子的T3000控制系统，西门子体系的超超临界机组控制思想、逻辑实现方式有自己的特点，在机组运行调试期间，发现一些逻辑与实际工况不同或存在漏洞，根据实际情况，有针对性地对DEH系统出现的问题进行优化，提高设备可靠性[1]。

1 直流控制电源优化

在两台机组运行过程中，机组多次出现主厂房A段和B段110V直流2号配电屏1段21#馈线绝缘故障，造成电气直流电源控制屏两路110V电源都报接地故障。

从电气送出的A、B段直流110V分别经Q1、Q2后，一部分直接送至MFT柜和DEH柜，一部分经隔离装置和二极管后送至母排，供其余用户使用。

两路从热控110VDC电源柜内Q03、Q04空开送出的电源，正端分别经空开Q4、Q5和二极管D2后接在一起供给用户+58VDC，而两个负端未经二极管隔离，直接短接后供给用户-58VDC。

根据图1和图2可以看出，两路110VDC电源的负端在DEH侧被短接在一起。

图1 DEH 原系统直流控制电源电气图

图2 DEH 原系统直流控制电源原理图

当A段负端有接地时，B段必然会检测出有接地；当A段正端有接地时，为保证正负之间电压稳定，电气侧稳压装置会将A段负端电压被负向拉大，而A、B段负端被接在一起，B段负端电压也被负向拉大，为了保证B段正负之间电压稳定，电气侧稳压装置会将B段正端电压正向减小，因此会出现B段也接地的报警。所以不管A段正端还是负端接地，B段都会报接地报警，反之，不管B段正端还是负端接地，A段也都会报接地报警。A、B两路电源有一路电源有接地现象将会拉低直流系统两路电源的输出电压。

检查发现西门子厂家设计中这种是针对直流电源负端为0的项目设计，供电方式为+110VDC和0VDC。而我厂目前使用的供电方式为+58VDC和-58VDC，致使将A、B段两路连接起来，实际为-58V，产生环流引起，造成绝缘误报。故将直流系统电源A段增加电源隔离装置改造，避免环流，消除了电气直流110V两路电压均被拉低及两路都报接地故障的隐患。如图3所示。

图3 优化后的DEH 系统直流控制电源电气图

该直流供电线路修改后，机组运行至今未发生直接电源绝缘故障报警。

2 FM458 控制逻辑优化

两台机组DEH经常性出现单侧458控制器故障报警，同时controller not ok信号触发，负荷控制器闭锁。将负荷控制器闭锁释放，控制无异常。现场状态指示灯正常。

西门子T3000控制系统，CPU型号有两种，一种是S7-410，用于运算处理不需太快的普通回路，例如EH油泵、疏水阀等；一种是FM458，用于控制负荷、转速、大机阀门等需要高运算速度的闭环回路。FM458必须依托S7-410 CPU才能实现控制功能，FM458与S7-410之间通过底板通讯。两侧458从数据采集、逻辑控制、指令输出均相对独立，为了保证最终输出的一致性，系统内部建立了同步机制，即一侧458数据有偏差后，会发出报警，并自动向另一侧458同步，直至数据一致。打开458报警逻辑页，如图4所示。

从图4中可以看出，右侧FM458故障（③）由FLT_FMR1（①）和FMNOKR1（②）二取一输出（或逻辑）。FLT_FMR1：全称Fault live beat FM in rack1，表征右侧FM458停止工作。

图4 F M458报警逻辑原理图

FMNOKR1：全称Function FM in rack 1 is not OK，表征右侧FM458功能不正常。从中可以看出右侧458故障是FMNOKR1信号导致，FLT_FMR1未曾触发。即右侧458有过不正常，但未停止工作。另外，通过查询，可以肯定期间各通讯正常，数据交换正常，未发生过CPU切换现象，左侧一直为主CPU，右侧为辅CPU。通过查阅西门子厂家说明书，FMNOKR1触发的原因为左、右侧FM458数据不同步。两侧458从数据采集、逻辑控制、指令输出均相对独立，但为了保证最终输出的一致性，系统内部建立了同步机制，即一侧458数据有偏差后，会发出报警，并且自动向另一侧458同步，直至数据一致。对功率转速控制NPR逻辑图中模块PIR10F模块参数TF设定值（延时时间冗余故障时间）改为5秒。当机组负荷快速变化时，两个458控制器中的内部参数偏差超过（LK的设定值）4.5%时，避免延时超过TF设定的时间会发生458故障报警。

3 TSI 信号Channel NOT OK逻辑优化

西门子超超临界汽轮机轴瓦保护振动逻辑的设置原理是当两路轴瓦振动信号均到跳闸值、两路TSI测量信号均故障、两路TSI通道均故障时延时5秒后触发轴瓦振动保护，再延时0.1秒后动作跳机，以保证汽轮机的安全。

因为励磁机的干扰、打雷或者不明原因的干扰以及共用负端端子接线螺丝松动都会导致轴瓦振动传感器“Channel NOT OK”信号误发的情况，因此将该保护删除。

采用艾默生CSI6500系统模件输出至T3000系统的模拟量信号作为保护信号，对该信号进行质量判断，将质量判断信号作为测量通道异常的判据，并将该判断信号运用于保护逻辑。不建议采用“测量通道故障”信号参与逻辑设计，但应将之设置为报警。为了提高保护动作的可靠性和准确性，充分平衡保护的拒动和误动的概率，建议遵循以下原则[2]：

在A/B通道信号正常时，进行“二取二”越限判断，只有当A/B 通道信号同时大于跳闸时，延时发出跳机指令；单通道信号异常时，屏蔽双通道故障通道的跳机保护，并对正常通道的信号进行判断，大于跳闸值时，延时发出跳机指令；在A/B通道信号同时故障，在DCS中失去对振动数值的监视时，延时发出跳闸信号。

4 DEH 其他相关优化

4.1 布朗卡内部参数修改

将E1655的P01.04改为0、P02.04、P02.05、P02.06、P02.07改为0，将E1696的P02.03改为1。防止运行过程中，其中一路转速故障即可以在线将故障的转速线拆掉，并接一路信号，只接信号和0位两根线就可以。拆线和短接的时候转速会跳变和变为0，不必担心，不会跳机。过程中最好不碰到其他转速线，防止其他转速会影响。拆线后，DEH盘上的转速/负荷控制器会闭锁，需提醒运行人员先不复位，等转速恢复正常后再复位。在此过程前，应提前切AGC，保持负荷不变，否则锅炉侧在随AGC调节，汽机侧闭锁，会导致阀门不断开或不断关，从而泄压或超压。

4.2 一次调频部分优化

我厂协调控制采用锅炉跟随方式，机调负荷，炉调压力、给水控制温度。DCS接受调度AGC指令信号，通过计算后负荷信号至DEH，控制调门开度直接响应AGC负荷，主汽压力变化至锅炉主控，调节燃料、给水、配风、喷水减温等维持汽压，从而达到汽机、锅炉的能量平衡。其中变负荷前馈指令分别送至燃料、给水、风量、减温水等进行调节。为提高一次调频响应前馈系数设定值由30调整至38；DEH侧变负荷前馈系统系数设定值由0.8调整至0.85。

DEH控制系统内在限压方式下当主蒸汽压力实际值小于压力设定值0.8MPa时禁止升负荷，小于1.0MPa时退出负荷控制，进入压力控制模式确保主蒸汽压力正常，因此当负荷快速上升时如果汽轮机阀门开启较快，锅炉跟随较慢，容易造成实际主蒸汽压力下降当达到定值时负荷不再上升，影响机组AGC速率。DEH控制系统内在限压方式下当主蒸汽压力实际值小于压力设定值1.6MPa时禁止升负荷，小于2.0MPa时退出负荷控制，压力控制器起作用。可以避免快速升负荷时由于压力降低而对负荷进行限制导致AGC及一次调频不能及时动作。

4.3 DEH控制系统功率信号逻辑优化

两台机组并网初期会有20秒左右的逆功率，威胁机组并网安全。逆功率过大超出功率信号量程，导致功率信号坏点切压力控制回路，从而影响机组带初负荷的速度[3]。DEH功率信号取自继保三组功率变送器，在DEH内部进行三选处理，DEH功率信号进行质量判断改为上限大于19.8mA，下限小于2.0mA。功率信号坏点切除初压模式增加20秒延时。机组并网后，有效负荷设定值从零开始上升，导致并网后高调门开度较小，提高并网后有效负荷设定值，加大高调门开度，提升机组带负荷能力。

4.4 主汽门反馈

汽轮机启机初期，左右两侧主汽门反馈频繁波动，反馈电流值在100%开度对应电流值上下波动，时常出现主汽门开反馈瞬间消失和主汽门全开状态来。

由于LVDT直接与阀门的油动机连接，靠近蒸汽阀门本体，环境温度高，同时一些工程在基建安装期间使用的信号电缆经过一段时间的运行后，信号电缆的绝缘性能下降，屏蔽功能不良，容易造成LVDT的信号回路串入干扰信号，使LVDT产生虚假信号。且就地接线盒长期处于振动环境下，LVDT屏蔽层与屏蔽线为外接线，没有很好的焊接，易松脱，致使外界干扰影响电流反馈跳变，优化建议信号线改用内径2.0mm的控制线[4-6]。

5 结语

本文中优化的直流控制电源优化、FM458控制逻辑优化、TSI信号Channel NOT OK逻辑优化等均在后续的同类型机组中得到应用。在理解并忠于西门子1000MW汽轮机DEH的设计思想的基础上，根据机组的实际运行状况，优化ADDFEM卡件模拟量信号负端接地、瓦温为单元件三支芯增加瓦温测量孔、西门子1000MW汽轮机跳闸保护，使保护逻辑与机组运行情况有机结合，从而有效解决了现场控制系统中存在的问题，提高了西门子1000MW汽轮机保护的可靠性。