火电机组DCS控制系统国产化改造过程经验总结

摘要：文章介绍了火电机组DCS控制系统国产化改造的背景和当前存在的问题，以及国产化改造过程和成功经验

关键词：火电机组；DCS控制；国产化；改造；施工；调试

1、改造的背景

贵溪发电有限责任公司二期DCS系统于2005年前后投产，DCS系统由上海自动化仪表厂成套提供的美国metso公司生产，其中5号机组、6号机组及公用系统DCS为Max-DNA系统，版本4.0，DEH、MEH为一体化设计，集成在DCS系统内，大小机ETS系统和吹灰程控采用PLC冗余控制，独立于DCS系统。DCS系统共有两个单元、一个公用共三个网组成，不设公用系统操作员站。单元机组包含机、炉、电，公用系统包含公用电气、循环水泵、空压机系统。单元机组中，DPU分配有：3对FSSS、2对锅炉SCS、3对汽机SCS、3对MCS、2对DEH、1对MEH、1对ECS和增加的脱硝控制。通讯接口设计有：锅炉智能前端、汽机智能前端、锅炉吹灰控制系统、柴油发电机、发变组保护A、发变组保护B、直流系统、励磁调节系统。公用系统中，DPU分配有：1对公用系统（燃油泵房、空压机）、1对电气公用、2对循环水泵房。单元机组DPU有17套，盘柜有42个；公用系统DPU有1套，盘柜有2个；两台机组及公用系统目前共有DPU36套，盘柜88个。设备运行多年后，备件老化，因为核心控制器为美国生产，备品备件采购受限，安全风险大，成本高，所以DCS系统国产化势在必行。

2、DCS国产化存在的问题和改造后的现状

2.1火电机组DCS国产化改造主要存在以下问题：一是技术要求高，DCS改造面临自主安全可控产品研发、不同尺寸控制机柜原位替代、不同逻辑软件与组态精准移植、DCS与主辅机控制系统优化调试等诸多要求和挑战，需要制定“一厂一策”方案。二是实施难度大，推行DCS国产化火电机组因投运时间较早且历经多次技改，DCS设计资料普遍存在不全不准情况，需逐一排查和确认；不同DCS系统的卡件布置方式存在较大差异，在保证电缆利旧使用的原则下要求做到机柜原位替换，且实施期间要确保公用系统安全稳定运行；三是项目周期紧，DCS国产化改造大多结合机组A级计划检修，现场实施工期在60天左右，而新建机组DCS的现场实施周期一般超过300天，对改造项目的工程设计、DCS组态、设备供货、功能验证以及现场安装调试等工作的实施周期提出了更高的要求。

2.2改造后的现状：目前贵电二期两台300MW机组已完成DCS系统国产化改造，由美国MAXDNA系统整体换型改造成国产新华系统。#5机组于2018年完成，#6机组以及公用系统于2022年完成，两台机组都成功的完成软硬件100%国产化改造，且#6机组DCS改造后实现了机组一次启动并网成功连续运行创全优目标。

3、DCS国产化实施过程

3.1、新系统的设计要求

改造后的控制系统采用的是新华DCS控制系统，控制系统软硬件实现100%国产化要求。对控制器硬件配置优化：采用冗余设计的控制器对系统的1/O信号同时进行采样，切换时间小于5ms，无扰动快速切换、独立优化配置（两台小机MEH系统分开）；网络配置采用独特的三网络结构：A/B网实时冗余数据网+C网非实时数据网，实现了实时数据和非实时信息的隔离；控制器电源：采用AB两路独立冗余，一路取UPS电源，一路取保安段电源。公用系统采用的是独立组网，通过网桥控制。单元机组的公用系统，如循泵房系统设备控制器按单元机组进行了分开安装和控制，便于日常检修和维护工作。通道与信号间均采取了二级或一级隔离措施，具有模出通断监测/开出通道的反校功，设备报警要具备通道级自诊断功能。系统的开放和扩展性要高。

3.2、改造施工过程

3.2.1前期准备工作：人员准备要提前成立DCS改造技术小组，明确人员分工和任务。成立协调小组，定期召开协调会，解决问题。收集改造资料，组织人员到有过改造经验的电厂和厂家交流收资，完善方案编制及细化，要按照四措两案的要求，提前做好组织，技术，安全，专项施工方案等编制工作，便于开工时学习和执行。

3.2.2施工前准备：成立热控DCS改造小组，按照系统，把所属控制柜分配到个人负责，提前拍照、对点，按照控制器-卡件-通道汇编好电子档资料，留好改造前第一手资料，便于改造后核对。

3.2.3过程协调和质量把关：跨部门，跨专业，跨工种协调，包含设计厂家，运行，生技部，检修，监理以及施工作业单位，涵盖热控、电气、以及运行专业等。工期的把控，质量把关，以及专各业人员之间的协调需要协调能力强的管理人员专门负责组织协调工作。施工期间每天要定时召开相关各方到场的协调会，当天要解决好存在的问题，不能拖延而耽误工期进度。

3.2.4工期进度的把握：作为主线工期，因施工工期紧，在人员投入上要充足，特别是在设备安装和拆接线恢复上，要投入大量专业熟练的从事过火电安装的接线工，确保控制柜安装和接线工序能很好的衔接，节省设备安装的工期，为后续设备调试争取更多的时间。#6机组改造计划工期70天，DCS系统安装工期实际28天，为调试工期争取了30多天的时间。因厂内维护人员负责施工调试，熟悉设备，既节省了工期，也提升维了护人员技能水平。

3.2.5重要节点的把控和风险控制：细化三级网络图，优化人员分工和工序，把对点、打胶头、拆线、分线、下线、拆柜、回装控制柜、上线、接线、核点等工序细化到人。接地验收，上电前检查，要严格按照厂家技术要求做完上电前的检查流程，才能逐一对控制柜上电，防止误送电损毁设备。组态逻辑、操作画面的下载，以及工程师站，操作员站回装等要严格核实相关安措、隔离措施是否落实到位，防止系统复原后设备误操作和设备误动风险。

3.3、重要节点的调试过程

3.3.1先完成每台控制器的卡件通道测试，再做单体设备测试，测试过程中分组负责，先把问题清单整理出来，再分类由消缺人员集中处理。

3.3.2先完成逻辑组态静态核对，找出不一致的进行逻辑修改，并再次核对无误后，再和运行一起做动态连锁试验。

3.3.3.要完成所有设备的连锁试验，一些重要的保护试验一定要完成动态试验，如主保护试验和大连锁试验，大机和小机的超速试验等先静态模拟试验验证逻辑，再做动态连锁保护传动试验。

3.4、后续的优化和新系统的使用

机组运行后要对 AGC、一次调频、重要自动调节等参数进一步优化，提高运行控制的可靠性。

4、改造后效果

改造后系统的使用、运行和维护情况，经长周期运行和多方反馈后有如下优点：

4.1稳定可靠，维护方便。改造后整个系统软硬件运行稳定可靠，设备故障率低，日常维护工作量小。图形化组态，在详细的系统手册说明下辅以组态中模块的功能提示，方便了热控人员独立完成组态修改和系统日常维护，降低了对控制系统平台厂家外协依赖。

4.2配置合理，灵活好用。控制器分布配置合理，操作站各节点运行负荷低，操作响应快。操作画面按照改造前系统复原，运行人员不需要单独培训可直接上手操作。新华系统控制策略有完善的在线调试功能，不需重新下装即可完成修改，大大方便了系统的调试和用户对组态的维护，保证了用户的连续生产，同时能实现在线组态和在线修改，而且可以按页下装，下载的过程中不影响其他页的控制策略运行，在线维护风险低，提高了DCS在日常使用中的灵活性。

4.3一体平台，管理便捷。系统有一体化的ICAN系统管理平台，软件的集成度高，可以在系统控制引擎上方便调用各个子程序，使用和管理方便。在操作权限上实现不同权限等级管理，人员只可以在预先设定的权限范围内操作，全面降低人员误操作带来设备误动风险。

4.4精准诊断，仿真防错。系统自诊断功能强，能够智能诊断到通道级，DPU和卡件集中显示，可自诊断报警，便于巡检，硬件状态信息能够很好的呈现，故障类型指示明确，对巡检维护带来很大的便利。具备动态虚拟XCU技术进行功能仿真、逻辑验证、用户培训的DCS系统。用户可开通任意一个虚拟控制器，以便于离线仿真练习，在虑拟DPU仿真系统下，可以实现在线修改好组态后，经仿真测试再到实际控制器运行，降低组态出错带来的设备误动风险。

5、结语

DCS系统改造工作，在领导强力支持和各单位的密切配合下，经过超前准备、细心策划、精心施工、用心调试，克服疫情和施工中种种困难等不利影响，使项目工期按期按节点顺利完成。改造完成后，各控制器系统运行稳定，功能正常，性能优良，各子系统实现了一体化、国产化和信息安全等要求，为机组安全稳定、经济运行构建了一体化管控平台，整个改造项目实现了预定目标。

贵溪电厂二期两台300MW机组DCS国产化改造后，从硬件到软件完全国产化，实现了核心控制系统掌握在自己手上，完成了国产化改造的任务，同时也培养锻炼了一批掌握国产DCS系统核心技术的热控人员。作为江西省内第一台电厂DCS国产化成功案例，打破了国外在电力领域控制系统长期垄断的技术封锁，保障了电厂安全运行，降低了成本，对其它有DCS改造需求的电厂有很好的借鉴经验。

参考文献：

[1]贵溪电厂二期两台300MW火电机组DCS控制系统改造方案

[2]上海新华XDC800控制系统说明书

作者简介：李翔（1985.9-20），男，汉族，鹰潭市，本科，国家电投集团江西电力工程有限公司贵溪分公司，工程师，研究方向：火电厂热控自动化。

（作者单位：国家电投集团江西电力工程有限公司贵溪分公司）