GE 9FA燃机电厂DCS控制系统电源改造及优化

王小江

（福能集团晋江天然气发电有限公司，福建 晋江 362251）

0 引言

GE 9FA燃机电厂燃气轮机、汽轮机控制系统普遍采用GE MARKVI系统，而余热锅炉及公用系统一般采用艾默生OVATION DCS控制系统,此控制系统同时在大型火力电厂也有较广泛地应用。

控制系统电源为整个系统提供安全可靠的电源动力，如果电源系统存在失电、故障等安全隐患会危及到控制系统的运行，严重时会导致机组停机等安全事故。

某电厂近年来对艾默生OVATION DCS控制系统电源系统进行了改造及优化，极大地提高电源的可靠性。

1 控制系统电源分配原理

控制系统电源分配原理图见图1。单元机组控制系统进线电源有两路，一路电源来自UPS,一路电源来自保安段，两路电源分别供给单元机组控制系统的CPU控制柜，每个控制柜共配置主用、备用两个电源模块，两个电源模块同时工作，通过耦合二极管回路为控制器提供电源。UPS段电源及保安段电源任一电源失去时，通过继电器方式进行报警。

图1 控制系统电源分配原理图Fig. 1 Schematic diagram of power distribution control system

2 电源模块升级改造

电厂投产以来发生5次电源模块故障，故障现象均为输入电源正常，而输出指示灯无指示，检查电源模块风扇停止运行且无DC24 V输出。分析认为电源模块采用自带风扇冷却，机组投产时间长后，风扇出现故障的几率较高，有可能停止运行，电源模块由于温度高而导致故障。考虑到电源运行年限较长及采购旧型号备件价格偏高问题，对电源模块进行升级改造，改造后电源稳定可靠。

改造后的电源模块系统图见图2，模块采用导轨安装式，集成4个模块化、无风扇电源；冗余电源配置，可支持直流输入和交流输入；独立的主电源和辅助电源输入，每路电源均有主备输入配置；交、直流输入的允许范围较大，属于宽带电源，交流输入范围为AC100 V～AC240 V,直流输入范围为DC110 V～DC150 V;电源采用密封设计，防止灰尘进入；运行温度由原来的5℃～605℃扩展到-25℃～70℃；具有3 s～5 s的电源保护功能，该功能可以支持短时间的输出超载，而不会损坏电源或导致电源没有输出，并且在7 s的恢复期后再次启动。

图2 新式电源模块系统图Fig.2 New power supply module system

从新式电源模块系统图上可以看到，UPS电源和保安电源通过断路器与进线端子分别进入第一电源部分和次级电源部分，每个电源部分由主电源和辅助电源组成，构成冗余配置。第一电源部分和次级电源部分输出到电源分配板，通过耦合二级管对控制器和I/O总线进行供电。

电源除了可进行输出电压调节外，还设置有报警输出点：直流电源状态监视；DC OK监视；OVERLOAD监视。

电源改造步骤：电源改造时机选在机组临修或C修以上时间，改造工期一般在3天～5天，视改造电源数量而定。对需改造电源的控制柜停电后，拆除原有旧24 V DC电源、电源分配板以及相关电缆后，安装新电源改造组件，按图纸连接电源电缆、监视电缆和接地电缆等相关连接线。安装结束后，恢复供电，进行电源冗余切换试验。

电源改造注意事项：旧系统如果有利用AC220 V输入电源外接其他回路的话，比如火力发电厂DEH系统的ETS机柜等，改造后需增加并接端子；电源改造前，需精确统计I/O机柜上，辅助DC20 V电源的使用情况；由于新电源分配板新增电缆固定接口，在电源改造时会涉及到更换预制电缆问题。

3 DCS画面增加电源状态监视

在DCS系统状态画面中增加电源状态监视，可对主用、备用电源两路进线电源MAIN、AUX是否处于正常状态和模块WORD工作状态进行监视，同时将控制系统进线UPS段和保安段失电报警、电源模块异常报警做到系统声光报警中。

图3 电源状态监视画面Fig.3 Power status monitoring screen

4 网络柜电源优化

从图1看出，电源分配只考虑到控制柜的电源冗余，而作为控制系统中与电源同等地位的网络柜却无电源冗余配置，实际上只有一路UPS电源，当电气正常倒闸操作时或其他原因引起UPS进线电源中断时，网络柜面临失电，上位机与控制器之间的通讯会全面中断。

网络柜电源配置了双路APC电源切换装置，2台负责控制系统通讯的交换机由各自独立的电源切换装置提供电源，单个电源切换装置接受2路电源进线。但是经过排查，发现4组电源进线插头通过2个空气开关控制，也就是1路电源的空气开关出去后分成2组至2个电源进线。单个APC电源切换装置内部短路时，会导致2个空气开关跳闸，网络交换机会全部失电，机组将无法监视和操作。

解决措施：对网络柜进线电源进行冗余配置，增加一路保安段电源。保安段电源进入电源切换装置，使得电源切换装置由两路输入电源，避免单路运行。两个APC电源切换装置改为4组电源进线插头由各自独立的空气开关控制。同时取消带保险的接线端子，改用螺丝紧固的接线端子。详见图4。

图4 网络柜电源接线图Fig.4 Network Cabinet power supply wiring diagram

5 控制柜冷却风扇电源优化

控制柜冷却风扇对控制柜进行冷却，及时带走电子元器件产生的热量。风扇电源为DC24 V,取自电源模块分配板上。当风扇为普通轴承冷却风扇，使用年限久时，可能产生内部短路等故障现象，短路时会影响到电源模块运行。

解决措施：将冷却风扇更换为AC220 V,电源取自热工电源盘。同时风扇电源的空气开关采用带接点类型开关，当空气开关因短路跳闸时，在DCS声光报警系统中报警。

6 结论

作为控制系统的动力来源，电源系统配置的合理性应该得到系统维护人员的高度重视，一旦电源系统故障，会引起控制系统及网络通讯的瘫痪，进而导致更加严重的机组安全事故。研究和分析控制系统电源的合理配置和安全隐患排查，对了解掌握系统过程、工作原理、故障形成原因和排除方法非常必要。电源系统的改造及优化，对于提高控制系统的可靠性，进一步提高发电机组的可靠性，有着非常重要的意义。

[1]国家能源局.防止电力生产事故的二十五项重点要求及编制释义[M].北京：中国电力出版社，2014.