1050MW 超超臨界機(jī)組DEH 系統(tǒng)可靠性分析與優(yōu)化措施

孫 通 吳炳輝 國能神福（石獅）發(fā)電有限公司 石獅 362700

數(shù)字電調(diào)稱為純電調(diào)或稱全電調(diào)，簡稱DEH，DEH 控制器由微機(jī)系統(tǒng)組成， 執(zhí)行器是由多個(gè)油動(dòng)機(jī)組成的液壓執(zhí)行系統(tǒng)[1]。DEH 控制系統(tǒng)的主要目的是控制汽輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速和功率，從而滿足電廠供電的要求。DEH 是汽輪機(jī)的數(shù)字化電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)，是汽輪機(jī)組的心臟和大腦[2]。機(jī)組在啟動(dòng)和正常運(yùn)行過程中，DEH 接收CCS 指令或操作人員通過人機(jī)接口所發(fā)出的增、減指令，采集汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速和功率以及調(diào)節(jié)閥的位置反饋等信號(hào)，進(jìn)行分析處理、綜合運(yùn)算，輸出控制信號(hào)到電液伺服閥，改變調(diào)節(jié)閥的開度，以控制機(jī)組的運(yùn)行。

近年來，已有多位學(xué)者對(duì)DEH 控制系統(tǒng)存在的問題進(jìn)行研究，李思博、唐麟[3]等對(duì)百萬超超臨界機(jī)組 DEH 系統(tǒng)應(yīng)用存在的問題進(jìn)行研究分析；張世晟[4]對(duì)汽輪機(jī)DEH 系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化及故障查詢分析。百萬機(jī)組DEH 控制方式不盡相同，但也都大同小異，機(jī)組在基建調(diào)試期以及日后的運(yùn)行中，DEH 控制系統(tǒng)不可避免地會(huì)出現(xiàn)一些問題，例如操作遲緩、畫面錯(cuò)誤、邏輯設(shè)置不完善等，這些問題嚴(yán)重影響機(jī)組的正常調(diào)試和安全穩(wěn)定運(yùn)行[5]。而DEH 系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)間一長，也會(huì)出現(xiàn)各方面的問題，比如設(shè)備老化、硬件性能下降等，最終將會(huì)極容易出現(xiàn)故障[6]。故本文基于某1050MW 超超臨界機(jī)組DEH 系統(tǒng)軟硬件的構(gòu)成進(jìn)行可靠性分析，并提出相應(yīng)的優(yōu)化措施，為同類百萬超超臨界機(jī)組提供參考。

1 汽輪機(jī)DEH 系統(tǒng)

1.1 DEH 控制系統(tǒng)配置

DEH 控制系統(tǒng)硬件配置主要由標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜、主控制器模塊、電源分配系統(tǒng)、 I/O 模板、OIS 操作員接口站、EWS 工程師站等組成。其中，本文介紹的主控制器模塊采用和利時(shí)SM211 模塊，并采用冗余控制機(jī)制，即日常運(yùn)行中，一臺(tái)設(shè)備處于工作狀態(tài)，另一臺(tái)設(shè)備處于待機(jī)狀態(tài)，從而維持系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。該機(jī)組DCS 汽機(jī)側(cè)IO 柜與鍋爐IO柜分開布置，DEH 系統(tǒng)在汽機(jī)IO 柜側(cè)，與DCS 在同一網(wǎng)絡(luò)，該系統(tǒng)為國內(nèi)首次在1050MW 超超臨界機(jī)組上采用了與DCS 同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)、同一個(gè)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫相同的系統(tǒng)，在架構(gòu)及通信技術(shù)方面，真正實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)DCS 系統(tǒng)與DEH 系統(tǒng)的一體化控制。具體見圖1 所示，汽機(jī)IO 柜#40-#57，其中#56、#57 為DEH 控制柜。

圖1 DCS 網(wǎng)絡(luò)拓補(bǔ)圖

操作員接口站是一個(gè)重要的人機(jī)接口，通過它，操作人員可參與整個(gè)控制過程，可修改相應(yīng)的控制策略，并可對(duì)控制過程和參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視和記錄。通過操作員站的應(yīng)用軟件，工程師可以對(duì)操作畫面、數(shù)據(jù)庫、趨勢(shì)等進(jìn)行組態(tài)。而EWS 則是專用于工程師設(shè)計(jì)、組態(tài)、調(diào)試、監(jiān)視系統(tǒng)的工具。通過工程師站的應(yīng)用軟件，工程師可以對(duì)控制邏輯、硬件配置等進(jìn)行組態(tài)。

1.2 控制系統(tǒng)原理

DEH 控制系統(tǒng)功能主要包含以下幾個(gè)方面：①具有閥門活動(dòng)試驗(yàn)功能、閥位限制、汽機(jī)保護(hù)、一次調(diào)頻等多種功能[7]；②設(shè)有CCS 協(xié)調(diào)控制、ATS自啟動(dòng)、自動(dòng)控制、手動(dòng)控制等運(yùn)行方式。DEH控制系統(tǒng)原理詳見圖2。

圖2 DEH 控制系統(tǒng)原理圖

2 DEH 可靠性分析及優(yōu)化

本文主要對(duì)該1050MW 超超臨界百萬機(jī)組（DCS 運(yùn)行平臺(tái)為和利時(shí)MACSV6.5.2）DEH 系統(tǒng)軟硬件可靠性進(jìn)行分析，并作出相應(yīng)的優(yōu)化方案，進(jìn)而實(shí)施于實(shí)踐。

2.1 硬件優(yōu)化及升級(jí)

該1050MW 超超臨界百萬機(jī)組已運(yùn)行5 年，DEH 系統(tǒng)發(fā)生過幾次服務(wù)器通信“堵塞”、上位機(jī)畫面短時(shí)卡頓、操作遲緩等現(xiàn)象；操作員站及工程師站出現(xiàn)死機(jī)、負(fù)荷率占用高等問題。造成上述原因多為服務(wù)器、操作員站、工程師站老化，遇到多數(shù)據(jù)處理的情況，以及運(yùn)行在進(jìn)行監(jiān)盤時(shí)經(jīng)常會(huì)調(diào)取幾十條歷史趨勢(shì)，一方面這樣會(huì)占用操作員站大量內(nèi)存，致使操作員站CPU 負(fù)荷率高于正常工作范圍；另一方面，過多調(diào)取歷史趨勢(shì)會(huì)使歷史服務(wù)器CPU 負(fù)荷率升高，導(dǎo)致信息堵塞等現(xiàn)象。為提高系統(tǒng)可靠性，采取硬件升級(jí)進(jìn)行改進(jìn)，將原服務(wù)器升級(jí)為兩臺(tái)戴爾R740歷史服務(wù)器(該服務(wù)器性能穩(wěn)定)，并設(shè)立可靠的冗余服務(wù)器，同時(shí)，將操作員站、工程師站一并升級(jí)，進(jìn)一步解決了硬件問題。硬件升級(jí)后運(yùn)行一年，DEH 系統(tǒng)各畫面顯示、切換、操作等功能正常，基本未出現(xiàn)畫面卡頓，操作遲緩等現(xiàn)象。

2.2 軟件優(yōu)化及升級(jí)

該機(jī)組先后經(jīng)歷多次技術(shù)改造，項(xiàng)目增加大量DCS 測(cè)點(diǎn)，IO 點(diǎn)數(shù)已達(dá)原本設(shè)計(jì)上限，導(dǎo)致機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)服務(wù)器負(fù)荷率上升，DCS 原有的運(yùn)行平臺(tái)MACSV6.5.2 已不能滿足實(shí)際需求，導(dǎo)致DEH 系統(tǒng)操作遲緩等異常情況。將原有的運(yùn)行平臺(tái)MACSV6.5.2 升級(jí)到MACSV6.5.3，并將機(jī)組DEH 控制器全面升級(jí)為MACSV6.5.3 火電正式版。軟件平臺(tái)優(yōu)化升級(jí)后，可容納的IO 點(diǎn)數(shù)為原來2倍，并提高了信息傳輸速度及品質(zhì)。升級(jí)前后對(duì)比：升級(jí)前，操作員站及歷史服務(wù)器CPU 負(fù)荷率高達(dá)30%，一直維持較高負(fù)荷率；升級(jí)后，CPU 負(fù)荷率僅5%左右，歷史服務(wù)器容量擴(kuò)大一倍。軟件升級(jí)后運(yùn)行半年，DEH 系統(tǒng)各畫面顯示、切換、操作等功能正常，沒有出現(xiàn)軟件意外退出、卡死等現(xiàn)象。

2.3 閥門活動(dòng)試驗(yàn)分析及優(yōu)化

閥門活動(dòng)試驗(yàn)包括高壓主汽閥活動(dòng)試驗(yàn)、中壓主汽閥活動(dòng)試驗(yàn)（帶中壓調(diào)節(jié)閥一起活動(dòng)）、高壓調(diào)節(jié)閥活動(dòng)試驗(yàn)。分析發(fā)現(xiàn)，中壓主汽閥活動(dòng)試驗(yàn)設(shè)計(jì)邏輯存在缺陷，當(dāng)機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，做中壓主汽閥全行程活動(dòng)試驗(yàn)，如遇任一中主門或中調(diào)門全關(guān)反饋開關(guān)故障未消失時(shí)（行程開關(guān)故障），再進(jìn)行另一個(gè)中聯(lián)門活動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，只要此中主門或中調(diào)門全關(guān)反饋任意一個(gè)發(fā)出時(shí)，就會(huì)觸發(fā)再熱器保護(hù)動(dòng)作引起跳機(jī)。邏輯框圖見圖3。

圖3 邏輯框圖

為進(jìn)一步證明此設(shè)計(jì)缺陷，在仿真機(jī)上進(jìn)行模擬試驗(yàn)，模擬結(jié)果顯示分析無誤。并在仿真機(jī)上做相應(yīng)解決試驗(yàn)，主要通過兩個(gè)方法，①通過優(yōu)化邏輯實(shí)現(xiàn)邏輯閉鎖試驗(yàn)條件，此方法涉及更改DEH系統(tǒng)邏輯，較難實(shí)現(xiàn)，風(fēng)險(xiǎn)較大；②通過對(duì)畫面操作窗口進(jìn)行閉鎖更改，利用和利時(shí)組態(tài)軟件操作使能特性的功能來實(shí)現(xiàn)，只要有一個(gè)中壓主汽閥或中壓調(diào)節(jié)閥全關(guān)存在，另一個(gè)就無法點(diǎn)擊操作按鈕進(jìn)行全行程活動(dòng)試驗(yàn)。通過仿真機(jī)多次模擬試驗(yàn)，第二種方法完全可以滿足現(xiàn)場(chǎng)需求。利用仿真機(jī)進(jìn)行仿真試驗(yàn)，強(qiáng)制2 號(hào)中主門或中調(diào)門全關(guān)信號(hào)發(fā)時(shí)操作閉鎖窗口見圖4，2 號(hào)中主門或中調(diào)門信號(hào)未發(fā)時(shí)見圖5。

圖4 滿足閉鎖條件操作窗口

圖5 滿足實(shí)驗(yàn)條件操作窗口

由圖4 可以看出，當(dāng)2 號(hào)中主門或中調(diào)門全關(guān)信號(hào)發(fā)時(shí)，投入按鈕上鼠標(biāo)為箭頭，點(diǎn)擊無法操作。由圖5 可以看出，當(dāng)2 號(hào)中主門或中調(diào)門全關(guān)信號(hào)未發(fā)時(shí)，投入按鈕上鼠標(biāo)為小手狀態(tài)，點(diǎn)擊可以操作。同理，進(jìn)行強(qiáng)制1 號(hào)中主門或中調(diào)門全關(guān)信號(hào)時(shí)，結(jié)論相同，成功實(shí)現(xiàn)了閉鎖功能，保障了操作可靠性。

3 結(jié)語

本文基于某1050MW 超超臨界機(jī)組DEH 系統(tǒng)軟硬件的構(gòu)成進(jìn)行可靠性分析，依托于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的優(yōu)化措施，不僅經(jīng)過仿真機(jī)的模擬，同時(shí)也應(yīng)用于實(shí)際，為同類百萬超超臨界機(jī)組提供參考。通過實(shí)踐及機(jī)組一段時(shí)間的運(yùn)行，證明所述的方法及措施可行，可提高同類型機(jī)組、同類型系統(tǒng)運(yùn)行中的可靠性，確保該類機(jī)組的平穩(wěn)運(yùn)行。