发电厂 1000MW 机组 DCS 系统工程设计
韩 翔，赵志祥
（国电谏壁发电厂，江苏 镇江 212006）
摘 要：介绍谏壁发电厂 1000MW 机组 DCS 控制系统在工程设计中涉及安全的几个重要 引言
国电谏壁发电厂首台 1000MW 超超临界机组于
2011 年 5 月 21 日通过 168 试运行， 作为国电智深公 司自主研发的 EDPF-NT+系统首次在百万机组上的 应用，从工程设计到施工、调试都受到高度重视。 1 DCS 系统配置及网络结构的设计
谏壁发电厂 DCS 控制系统采用了以千兆工业级 以太网交换机构建的全交换式工业控制以太网络，见 图 1。整个网络通信系统采用了冗余配置设计，双网冗 余。 为了确保通信网络稳定，所有的通信线缆走专用 的桥架，与其他电缆桥架。 整个 DCS 系统的实际 配置情况：
（1）接入的全部测点 14139 点，其中单元机组硬
接线点 11693 点、公用系统硬接线点 19 点、通信接 口接入测点 797 点。
（2）控制的设备总数量 1176 台，其中单元机组控 制 1084 台、公用系统控制 92 台。
（3）上位机站总共 12 台，其中操作员站 5 台、工
程师站 3 台、历史站 1 台、多功能接口站 1 台、SIS 接 口站 1 台、大屏幕站 1 台。
（4）控制站总共 49 对（不含 DEH 及 MEH 系统）， 其中单元机组冗余控制器站 43 对、 公用系统冗余控 制器 6 对。
（5）主干网网络交换机总共 14 台，构建总线型、冗
余结构网络系统，其中单元机组 12 台、公用系统 2 台。 2 控制器及 I/O 模件测点分配的设计
为了确保国产控制系统在百万级火电机组上的
成功应用， 谏壁发电厂 1000MW 机组的 DCS 控制系 统在工程初期就围绕系统配置的设计进行深入的探 讨， 并最终确定了控制器分配原则及 I/O 模件的测点 分配原则。谏壁电厂单元机组的 DCS 控制系统最终配 置了 43 对控制器，公用系统配置了 6 对控制器。 2.1 控制器分配原则
控制器分配采用工艺系统结合功能的方式，并综合
考虑工艺系立性、物理分散性和运行安全可靠性： 发电厂 1000MW 机组 DCS 系统工程设计 韩 翔，赵志祥
（国电谏壁发电厂，江苏 镇江 212006）
摘 要：介绍谏壁发电厂 1000MW 机组 DCS 控制系统在工程设计中涉及安全的几个重要部分，并结合谏壁发电
厂工程的具体实施进行总结。
关键词：控制系统；网络结构；控制器；DCS
Engineering Design of 1000MW Unit DCS System of Power Plant HAN Xiang, ZHAO Zhi-xiang
(China Power Jianbi Power Plant, Zhenjiang 212006, China)
Abstract：Engineering design of 1000MW unit DCS control system of Jianbi Power Plant involving several important
parts of the safety are introduced. Combined with the engineering practice of Jianbi power plant, the important design parts
were summarized.
Keywords：control system；network structure；controller；summary 作者简介：韩翔（1975-），工程硕士，工程师，从事自动化 设计及工业设备控制维护工作。 收稿日期：2011-07-08 DPU51~DPU55 DPU111~DPU115 ……
公用系统 A 网 B 网 A 网
B 网 B 网 A 网
工程师站 3 台 操作员站 5 台 大幕站屏 多接功口能站 历站史 接S口I站S ……
DPU1~DPU43 DPU61~DPU103 MEH
DPU45~DPU46 DPU105~DPU106 DCS 控制系统
图1 DCS 系统网络结构 56
（1）严格遵循机组重要保护和控制分开配置的独 立性原则。
（2）主设备保护采用控制器，并按故障安全 原则配置。
（3）FSS 控制器采用故障安全原则配置， 当 FSS 控制器失电或故障时锅炉自动 MFT， 以保证机组安 全。
（4）电气、MEH 和公用系立。
（5）循环水泵房通过远程 I/O 控制柜接入单元控制 系统。
（6）锅炉系统和汽机系统分开，但根据超临界直 流炉的特性，协制主控、给水主控和燃料主控调 节放在同一控制器。
（7）多台冗余或多台组合的重要辅机设备分到不 同控制器， 以确保一对控制器故障不会造成机组停 运， 如 A 和 B 侧风烟设备、6 套制粉系统和对应的油 燃烧器、2 台汽动给水泵、2 台凝结水泵、4 台循环水泵 的每 2 台、3 台真空泵等。
（8）对于重要安全参数，在不同控制器中同时予 以配置，确保其中一对控制器故障后的恢复期间机组 能安全运行，如主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热蒸汽温 度和炉膛压力等重要安全参数，在两对控制器中同时 予以配置。
（9）控制器测点分配考虑负荷均衡性。 在控制器 测点分配时，同时考虑测点分配和控制逻辑数量的均 衡性，尽量使得控制器负荷水平接近，各控制器 I/O 测 点数量在 300～400 点之间， 控制器负荷基本在 10％～ 20％之间。
（10） 同类系统测点在不同控制器分配时讲求对 称性、一致性，提高维护检修方便性。
（11）6 套制粉系统和对应油燃烧器分配到 6 对控 制器中时， 做到同样测点位置完全一致，AB 风烟、2 台汽动给水泵等在不同控制器中相同测点尽量做到 位置一致，给检修维护带来较大方便，也有助于系统 的安全。
2.2 谏壁电厂 DCS 控制器分配方案 （1）FSSS 7 对。
DPU1: 机炉 SOE、锅炉保护、炉前油系统、密封 风、火检冷却风系统、微油点火。
DPU2: 制粉系统 A 及其火检、A 层燃油及其火检。 DPU3: 制粉系统 B 及其火检、B 层燃油及其火检。 DPU4: 制粉系统 C 及其火检、C 层燃油及其火检。 DPU5: 制粉系统 D 及其火检、D 层燃油及其火检。 DPU6: 制粉系统 E 及其火检、E 层燃油及其火检。 DPU7: 制粉系统 F 及其火检、F 层燃油及其火检。 （2）炉侧 MCS 6 对。
DPU8: 协调、给水主控、锅炉启动给水、燃烧主 控、一次风。
DPU9: 送风、过热汽温。
DPU10: 引风、再热汽温、制粉控制 DEF。
DPU11: 辅助风 A、B， 燃料风 A、B， 疏水放气 MCS，制粉控制 A、B、C。
DPU12: 辅助风 C、D，燃料风 C、D，锅炉侧 MCS 其 他，脱硫联络。
DPU13: 辅助风 E、F，燃料风 E、F，过燃风。 （3）BSCS 11 对。
DPU14: 风烟系统 A、风烟联络。 DPU15: 风烟系统 B。
DPU16:汽水系统、锅炉启动给水、锅炉疏水放气、 暖风器。
DPU17: 过热减温、再热减温系统、锅炉服务水、 锅炉其他。
DPU18: 吹灰系统 A。 DPU19: 吹灰系统 B。 DPU20: 吹灰系统 C。
DPU21: 炉顶过热器（远程 IO）。 DPU22: 炉顶再热器（远程 IO）。 DPU23: 脱硝系统。 DPU24: APS。
（4）TSCS 13 对。
DPU25：给水泵 A。 DPU26：给水泵 B。
DPU27：防进水、高低压疏水扩容器、汽机本体。 DPU28：高压旁路、低压旁路、排污装置、轴封系统。 DPU29：高加系统及抽汽。
DPU30：低加系统及抽汽、四段抽汽。
DPU31：凝结水泵 A、真空泵 A、凝补水系统。 DUP32：凝结水泵 B、真空泵 B、凝结水输送泵、开 式循环水 A 侧、闭式循环水 A 侧。
DPU33：真空泵 C、辅助蒸汽、汽机其他、开式循环 水 B 侧、闭式循环水 B 侧。
DPU34：发电机氢气、密封油、定子冷却水。
DPU35：润滑油系统、顶轴油、EH 油(小部分)、除 氧器。
DPU36：循环水泵 41、43（远程 IO）。 DUP37：循环水泵 42、44（远程 IO）。
（5）ECS 6 对。
DPU38：发变组、厂用电电气 SOE、励磁系统。DPU39：＃13 机组发变组电气 SOE。 DPU40：＃13 机组厂用电 A 系统。 DPU41：＃13 机组厂用电 A 系统。 DPU42：＃13 机组厂用电 B 系统。 DPU43：＃13 机组厂用电 B 系统。 （6）公用 6 对。
DPU51：仪用/厂用空压机系统 A。
DPU52：仪用/厂用空压机系统 B、辅助蒸汽系统。 DPU53：主厂房公用厂用电 A 系统。
DPU54：主厂房公用厂用电 A 系统、厂区高低压
配电间 A 系统、碎煤机室旁配电间 A 系统、水处理配
电间 A 系统。
DPU55：主厂房公用厂用电 B 系统、厂区高低压
配电间 B 系统、碎煤机室旁配电间 B 系统、水处理配 电间 B 系统。
2.3 I/O 模件的测点分配设计
I/O 模件的测点分配遵循故障分散的原则：
（1） 冗余 I/O 测点分配到不同卡件上。 冗余 I/O 测点都是重要的控制和保护测点，如主汽压力、炉膛 压力、 主蒸汽温度等有 2～3 个测点的模拟量信号，以 及炉膛压力低二值、 炉膛压力高二值、MFT 跳闸指令 信号等有多个测点的开关量信号。 将这些测点分配到 不同卡件上，减小一块卡件故障所带来的危险性。 （2） 互为冗余设备的 I/O 测点分配到不同卡件
上。 同一设备的 2 台润滑油泵、冷却风机等互为冗余 设备的 I/O 测点（包括状态信号和控制指令信号）分别 分配到不同卡件上。
（3）控制同一参数的多个执行机构的位置反馈和
指令信号分配到不同卡件上。 典型的如 2 台送风机动 叶的位置反馈和指令、2 台引风机动叶的位置反馈和 指令、2 台一次风机动叶的位反和指令、不同给煤机的 给煤量和指令等，这些控制同一参数的多个执行机构 的位反和指令信号都分配在不同卡件上， 避免由于 1 块卡件故障导致整个控制回路失控。
（4） 涉及到同一参数的不同限值开关量信号，尤 其是涉及到联锁保护的，分配到不同卡件上。 典型的 如高低加水位高一值、高二值和高三值，尤其是参与 联锁保护的高二值和高三值，分配到不同 DI 卡件上， 避免由于卡件故障造成联锁保护拒动。
（5）同一设备（或子系统）的状态测点尽量分配在同 一 DI 卡件上，控制指令测点分配在同一 DO 卡件上。 （6）对于 FSSS，把同一油的不同设备的集合当 作一个大设备，一个设备子系统如一台泵和它的出入 口门也作为一个整体，将这些子系统（大设备）的测点 相对集中放置，避免和同类的其它子系统（大设备）的 状态指令测点交叉放置在一块卡件上，避免一块卡件 故障影响到多个子系统（大设备）的监视操作。 3 系统的电源设计
（1）单元机组控制系统设计 2 个电源柜，由 2 路 220V UPS 供电， 分别对控制柜的不同电源及工程师 站、操作员站、打印机等供电，见图 2。公用系统电源柜 入口电源由电气单独提供 4 路（＃13 机组 2 路，＃14 机 组 2 路）220V UPS 供电，见图 3。 220V 电源分零、火线 进线。 远程 I/O 柜的电源由 DCS 电源柜统一提供。 图 2 ＃1 电源柜原理图
图 3 公用系统电源柜原理图
（2）各控制柜均设有 2 路电源变压装置，保证卡 件的 24V 供电电压及 48V 查询电压的冗余可靠。 （3）各控制柜控制器电源和查询电源全部设计有
电源监视，电源监视接点从 DI 卡件接入，任一路电源 故障发出报警。
（4） 上位机采用 220VAC 电源切换装置进行供 电，电源切换时间小于 20ms。 RL2 ……
#46DPU电去源# 1柜去统公电源用柜系#柜1电D源PU1 柜电源 1 RL1
L1
＃1UPS电 源N1 L2
＃2UPS电 源N2 ＃2电 源柜来 双电源切换装置 工 程 师 站 操 作 员 站 ……
RL1
#56DPU柜#51D电源PU1 柜电源 1 …… SW1 L1 N1 L1 N1 L1 N1
L1
N1#2UPS电 源 #13机 组 #1UPS电 源 #14机 组 #2UPS电 源 #14机 组
#1UPS电 源 #13机 组
SW2
双电源切换装置
＃51DPU柜电源 2 柜＃56电D源P 2U …… …… 操 作 员 站 工 程 师 站
RL2
4 系统的接地设计
整个 DCS 控制系统在主厂房电子间安装的部分
采用一点接地方式，谏壁电厂 1000MW 机组成套控制 系统的机柜与安装槽钢绝缘，所有机柜分为多个组布 置，各组机柜的安全地和屏蔽地连接在一起，分别由 一根接地线连接至接地汇流铜牌，汇流铜牌再引出一 根接地线接入电气接地网。 远程 I/O 柜就近接入 电气接地网。 操作员站和工程师站在本地就近接地。 现场安装完毕后对接地系统进行严格测试，确保接地 满足上述接地要求， 并且接地电阻不大于 1 Ω。 DCS 系统机柜接地如图 4 所示。
图4 DCS 系统机柜接地示意图 5 后备操作手段设计
必要的后备操作手段是确保在 DCS 故障、厂用电 源消失等严重事故情况下安全停机及恢复的重要措 施（后备手操面板布置如图 5 所示）： （1）考虑到与其它紧急按钮以示区别，对停炉 MFT （双按钮）、停汽机（双按钮）、发变组紧急跳闸（双按 钮）、发电机灭磁开关紧急灭磁（双按钮）、2 台小汽机 停（双按钮）均采用带自保持的按钮。
（2）其它的紧急按钮包括：2 台小机（交）直流润滑 油泵开、真空破坏门开 2 只、主机（交）直流润滑油泵 开、柴油发电机紧急启动、高旁快开、再热器安全门快 开、脱硫旁路挡板快开。
（3）考虑到全能值班的特点，采用紧急按钮集中 布置，为杜绝误操作，根据功能进行区域划分，且各区 域间有明显分隔带。 6 结语
整个 DCS 系统经过静态调试到 168 满负荷试运 行的考验，系统精度、实时性等各项指标均达到设计 要求；从机组运行情况看，系统设备可靠性高，抗干扰 能力强；满足了机组安全运行的需要。 参考文献
[1] 孙奎明，时海刚.热工自动化[M].北京:中国电力出版 社，2006
[2] 牛玉广，范寒松.计算机控制系统及其在火电厂中的 应用[M].北京:中国电力出版社，2006
[3] 李迎梅.基于工业控制网络的水处理监控系统设计与 实现[D].武汉：武汉理工大学，2006 并列机柜 并列机柜 ……
…… …… 接地箱
接地铜牌
MFT 停汽轮机 停机变系统 紧灭磁急开灭磁关 停甲小机 停乙小机 启主机直 流油泵 启主机交 流油泵2 启主机交
流油泵1 开真空 破环门2
开真空开安全门开旁路启柴油机破环门 1
备用 开脱硫旁路挡板启甲小机交流油泵1启甲小机交流油泵2启甲小机直流油泵启乙小机交流油泵1启乙小机交流油泵2启乙小机直流油泵 DCS 控制系统
图5 谏壁电厂后备手操面板布置图
