超超临界火电机组DCS升级改造

1 DCS改造的必要性

1.1 改造前存在的问题

5号机组DCS系统自2011年初运行至今，已超过9年时间，系统硬件及软件的故障逐渐增多。主要表现为35对控制器中有15对控制器负荷大于50%，部分控制器甚至超过70%。根据2019年的5号机组DCS负荷率测试报告如表1所示。

表1

根据《DL/T 659-2016火力发电厂分散控制系统验收测试规程》规定：在任意工况下，DPU负荷率不能大于40%的基本要求。5号机组DCS控制器负荷已处于超警戒水平运行的状态，经常出现控制器死机现象。其中DEH控制器DROP42/92负荷率达到73%，任务区扫描出现超时现象，对汽轮机的控制是较大的安全隐患。另外工控机因常年累月不间断运行，经常出现风扇异响、卡顿、蓝屏、死机等现象。

1.2 改造的迫切性

随着电子和通信技术的快速发展及新技术的应用，微处理器、电子元件不断推陈出新，对系统网络和工作站及其软件带来了巨大的冲击。目前工作站每3～5年推出一代产品，操作系统软件每24～36个月就会推出新版本。由于资源更新太快，很多老的资源难以获得，老系统的设备维护成本会很高，严重时甚至会影响到机组的正常运行。

当前电网对网上各发电机组的控制品质和安全运行要求越来越高，并进行相应的考核。其主要原则就是比机组的响应速度和调节品质。因此，要想在竞争过程中获得更多的发电补偿份额，必须保证机组安全、稳定运行以适应现代化大电网的需求，满足电网各种运行方式的需要。

对电厂控制系统进行升级换代改造，将可以解决以上诸多问题，为机组安全、经济运行提供重要保障。

1.3 改造方案的选择

DCS改造方案主要有两种：

方案一：DCS系统整体重建。此方案将全部拆除原有DCS系统，整体重建全新的DCS系统，包括机柜、电源、接线、网络、DCS硬件、DCS工作站等。改造中可保留原来系统的现场I/O电缆，利用原有控制盘柜位置，尽可能利用原有的电缆，长度不够的通过中间转接柜加以转接。DCS按新建项目的设计、生产、施工流程，按部就班进行，包括系统I/O点数统计、整理，DCS招标，DCS设计生产(含DPU分配、I/O模件分配、电源网络配置、逻辑画面组态)，DCS组装、测试、联调。采用此方案DCS机柜需要重新校点、接线、重新组态、画面编辑、调试等，现场工作量大。此方案成本较高且检修工期长，远远超过机组年度C级检修计划时长。

方案二：DCS控制系统部分升级改造，保留原有的DCS控制机柜、I/O卡件及电缆不变。根据现场情况排查，5号机组的Ovation控制系统，除存在系统软件及核心设备老化问题外，原有机柜、I/O卡件、端子接线等存续状况良好，可继续保留使用，基本不需改造。故项目仅升级系统软件及控制器、人机接口、网络通信设备，原有机柜、端子接线、I/O卡件保持不动，这样最大化的利用原有资源，节省投资，也便于系统维护与故障查找。

根据两种方案比对，方案二避免了接线和校线等繁重工作，出错概率较低、且工期能够与机组年度C级检修时间相匹配，同时从经济的角度极大地降低了改造成本。

1.4 存在的困难

5号机组DCS系统所控制的设备除了5号单元机组本身外，还涵盖有公用系统如：空压机控制系统、升压站等5、6号机组公用部分，这些系统仍需在改造期间持续保持连续运行。只能采取短时停电进行施工，同时将所涉及主要电气设备的控制方式由远方控制切换至就地控制，并安排专人就地进行监护。

2 改造实施方案及过程

2.1 改造前的准备工作

(1)对原DCS系统的所有DPU组态软件、显示画面、操作界面、报警监视、历史数据报表等DCS应用组态软件进行备份，将原数据库文件进行转换处理，转换成可导入新系统的数据库文件。

(2)依照备份信息，安装新的服务器、历史站、操作员站、OPC站等，配置相应的网段、系统名、网络名、单元名及对应键值，配置新的网络设备服务器上装好windows2012(64)位操作系统，Ovation3.6以上软件，添加授权等。

(3)DCS所有软件转换，应用软件调试和检查，确保所有升级后的软件与原有软件功能一致。对各种参数做好比对工作，确保新老系统参数一致。在新的操作站上装上操作系统，与服务器建立连接，装好Ovation操作站软件。

2.2 改造过程

(1)保留原有的DCS控制机柜、端子机柜、网络电源柜，拆除DCS控制柜内控制器CPU模块、电源模件、通信电缆等。

(2)将仍在运行的公用系统中无法停运的设备(含电气开关)切换至就地状态。

(3)将DCS机柜内新组件进行安装，包括控制器CPU模块、电源模件、通信模件等，确保在原位置并一一对应。

(4)更换新的通信电缆，接线恢复；更换所有人机接口工作站(包括操作员站、工程师站、历史站、数据服务器等)，DCS应用软件下装；更换网络通信设备，包括交换机、路由器。

(5)对升级完毕的系统进行检查测试工作，包括各种逻辑和画面的操作，以及检查报警、历史记录、对时、操作权限等系统功能。

(6)DCS机柜上电，进行系统检查，测试I/O通道与逻辑组态；对改造后的DCS系统进行功能测试和性能测试，并出具测试报告。

(7)进行设备单体调试、设备联锁试验、热态试验和DCS精调。

3 改造后的效果

经过10天的时间改造后，5号机组DCS由Ovation 3.2升级至Ovation 3.6版本，系统软件性能大大提高，服务器、历史站的操作系统为windows2012(64位)，64位操作系统意味着更大的寻址能力，性能大幅提升；控制器采用OCR1100，(Intel Atom控制器1.1GHz，内存256MB，闪存128M，SPI Boot Flash 64M)；DDB从3328增加到4000，数据库从20万点增加到25万点；交换机产品为2960+，支持1000M网络，网络容量增加250，000点/秒，网络数据发布速度更快；操作员站、工程师站、历史站等人机接口站性能都大幅提升。改造后DCS系统状态，如图1所示。

图1

根据安徽电力科学研究院研究出具的第三方DCS性能测试报告，如图2所示。

图2

其中包含了改造后的控制器负荷率测试表格，如表2所示。

表2

报告中对35对DPU负荷率、通信负荷率以及SOE性能均进行了测试，结果显示负荷率最高的41号DPU为18%，其余平均负荷率在11%左右，远低于国家规定的DPU负荷率在40%以下的标准。

4 结束语

DCS系统作为大型火电企业控制核心系统，其性能提升的直接提高了整套机组的安全稳定高效运行，有利于减轻运行及维护人员的日常工作量及劳动强度。故本次改造达到了预期的效果。