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摘 要:文章主要探讨为保证V94.2燃气轮机控制系统能正常运行，对燃机控制系统进行改造的必要性以及系统改造的方案进行了论述，可供大家交流。
关键词：V94.2燃气轮机控制系统；T3000系统；改造；必要性；优点
中图分类号：TU996.2 文献标识码：A 文章编号：
0.概述
海南中海海南發电有限公司现有燃气—蒸汽联合循环发电机组两套，装机总容量为440MW，采取“一拖一”的运行方式。其中燃气轮机为德国西门子公司的V94.2机组，发电机轴端功率为：138.7MW，DCS控制系统为：西门子公司的TERLEPERMXPXMAT测量和控制系统。
我公司的燃气轮机DCS控制系统是西门子公司90年代初的产品, 该系统硬件基于S5系列PLC，以H1网为纽带的多级计算机系统，综合运用了计算机，通信、显示和控制等技术，实现了对燃机的分散控制、集中操作。该系统自我公司1995年投产至今已经超过16年，由于系统过时，硬件的严重老化，可靠性低，严重影响了机组的正常启机和安全运行，为了保证机组的安全稳定运行，我公司于2011年3月在12#燃机大修期间同时进行12#燃机的控制系统升级改造。
1.燃机控制系统改造的必要性
（1）燃机控制系统自投运至今已超过16年,累计运行超过140000小时, 系统过时，硬件严重老化，系统网络复杂，结构层次多，故障率偏高。
（2）服务器系统故障率高，系统所使用的硬件因多已停产，损坏无法得到补充,部分服务器已退出运行。现场PLC卡件也经常发生故障导致机组不能正常运行，如启动失败、非正常停机和保护误动跳机等。
（3）软硬件水平已经明显落后,系统可靠性低，维护工作困难。程序调试、参数组态复杂，调试和设置复杂。系统扩展AGC、AVC和励磁系统等重要故障的处理需要西门子公司专业人员到场。
（4）UCA控制内系统无报警声，在操作员站进行相关操作时，系统响应太慢，甚至有死机而需要重新启动的情况。历史曲线只能存储10天，且调取麻烦。
（5）服务器硬盘损坏率高，平均每年3块以上。服务器主板卡件因大部分停产，损坏后没有备件补充。
如表 1所示为12#燃机服务器工作状态
表1
由于以上种种原因，要保证我公司燃气轮机能正常运行，控制系统的升级改造是势在必行的。
2.控制系统改造方案
通过我公司有关人员和德国西门子、南京西门子详细充分的讨论决定采用西门子提供公司的SPPA T3000系统。采用该系统的主要原因有：
（1）T3000为平台的燃机控制逻辑为德国标准化设计，与我公司现有V94.2燃机的控制和保护完全匹配，系统成熟可靠、简洁，而且组态和操作较为方便。Web防火墙技术的使用保证了系统即开放又安全。
（2）T3000系统在国内的郑常庄燃气热电工程、上海临港电厂、厦门东部燃气电厂一期工程已成功应用，且机组运行稳定安全。
（3）该系统通过集成式结构增快通信处理速度，采用服务器嵌入式系统把复杂系统简化为一个同构系统，高性能冗余服务器技术先进安全可靠。硬件集成度高技术先进,故障率低,维护方便,易扩展。
选定采用T3000系统后，控制系统的升级改造工作大致分为以下五个步骤：首先进行
初步设计、方案实施、测试验收、现场安装和调试投产。我公司的热控人员为系统改造做了大量的前期工作，包括确认测点KKS编码及描述，收集现场电缆信息和确认测点初始接线，以及分配卡件及I/O通道等等。本次系统改造德国西门子负责主要程序设计、编程，关键硬件设备的提供，TA现场服务调试。I/O设备及现场施工指导由技术力量雄厚并具有大量的电站自动化配套经验的南京西门子负责。燃机控制的改造分成两期进行，先进行12#燃机的控制系统改造，改造成功后12#燃机采用新的T3000 系统运行,11#燃机及公用系统任仍采用旧的TERLEPERMXP系统运行，两个系统并列运行一年左右。第二期的11#控制系统改造将在11#燃机大修期间进行，改造完后进行网络合并工作，使两套燃机控制系统整体完成。12#燃机控制系统改造部分如 图 2 中蓝色圈内所示
图1
3.控制系统改造前后对比
3.1 改造前后控制系统网络结构对比
改造前的12#燃机的网络结构如图 2所示：
图2
改造后的T3000网络结构如图3所示：
图3
很明显，改造后网络结构得到了很大程度的简化。
T3000硬件简介如图 4：
图4
采用一对S7-400，代替SIMADYN D 的FM 458也可以插到S7-400的机架上，
而服务器则采用如图 5中所示的技术先进安全可靠的高性能冗余服务器。
图5
3.3改造后控制系统硬件对比
改造前12#燃机硬件布置如图 6
图6
新控制系统硬件布置如图 7
图7
改造后新系统就地控制柜CJP01、CJP02取消，硬件更加集中，CXX01就地操作柜也更加简洁。
4.T3000在运行使用中的优点
SPPA-T3000作为Siemens公司最新一代燃机控制系统具有很多的优点和特点，该系统从2001年5月中旬控制系统改造完成开始投运到现在一直稳定安全，以下是从运行的角度来讲述该系统几方面的优点。
4.1更强的处理能力，更快的速度
T3000系统的处理能力、运行速度远高于原来的XMAT系统，在打开规定数目内的页面时根本没有延时，即使打开多个操作界面、进行多项操作，同时进行曲线调取和逻辑图查看等，系统的速度都非常快。T3000相比XMAT系统的速度，作为运行人员的感受那就是飞一般的感觉。如图 8中，打开多个不同功能的页面仍然保持极高的响应速度。打开多达10条曲线的曲线窗口几乎没有延时，可以任意取消和添加任何想要的曲线而不需等待，在各个操作画面之间进行快速切换也极为流畅。
图8
4.2先进的操作界面
T3000 操作界面是一种实现用户中央过程控制的新型有效的解决方案。系统配有先进的报警功能和完善的诊断信息，当设备运行出现任何偏差时，及时的用户通知可以帮助运行人员避免对设备运行造成任何负面的后果。定义明确且易于识别的报警类型对这个功能进行支持，它可以帮助操作人员做出正确的决定。
实时数据显示、高速和高分辨率的过程图形、报警屏幕和其他视图简化了对当前和历史过程数据的检查和分析过程。如图 8所示为操作界面的分支情况：
图9
4.3先进的报警和故障诊断系统
T3000报警系统可以在报警序列（ASD）和过程画面中同时显示，也可以以日志形式对报警情况进行报告。ASD 是一种十分灵活的界面，并可通过定制以满足项目要求或单个用户要求，并可以为报警控制提供各种选择。如图 10是一个报警序列显示实例
图 10
报警系统将组报警指示器和ASD相结合起来，并对报警进行了级别定义，采用不同的颜色加以显示，这个功能可以帮助运行人员对各种报警的类型、轻重做出最快的判断，及时对设备做出调整。如图 11中为报警指示器
图11
在这个指示器中报警级别高低依次：A>W>T>M>S>O>I&C,重要的报警A和W级别显示为醒目的红色和黄色。该系统还允许用户定义自己特定的ASD，这个功能为那些很有經验而又喜欢研究的的运行人员提供一个定义具有个人特色的经验型ASD。所产生的报警有不同的声音提醒，不同的颜色闪烁，同时我们可以在相应的过程画面中找到对应的闪烁的报警点。和报警系统紧密联系在一起的就是诊断系统了，在ASD中任何一个报警条上点右键都可以打开诊断选项，同时我们也可在过程画面的报警点上打开诊断画面。如图 12为过程画面中在报警点打开诊断系统的操作，诊断系统里可以查看该报警点各时段状态及质量评级。
图12
4.4便捷的曲线生成和参数趋势显示
T3000系统为用户提供很快捷的运行参数曲线生成办法，为运行人员更好的对机组运行的参数和运行趋势的监视提供有力的帮助。我们可以根据预制的运行曲线按钮随时打开曲线，如图 13 为压气机轴承振动和温度曲线调取的预制按钮，通过鼠标左键点击就可以查看曲线。
图13
还可以通过在操作画面的任何参数点上双击鼠标左键来打开曲线生成画面，如图 14
图 14
并且可以把其他的操作画面的测点参数用很简单的方法的添加到一组曲线中进行比较和分析。
和原系统相比，T3000参数随时可以生成或者打开曲线的这个功能是非常实用的，运行人员可以对任何参数的变化进行查看和了解，比如振动、温度的跳变，变化趋势等等，也可以单独将需要重点监视的参数点做成曲线，进行实时监控。一个窗口中可以同时显示10个参数的曲线，并定义不同的颜色，单位，区间，功能相当强大，而且操作很简单直观，这个功能对运行中的各种设备参数和测点的故障进行分析时非常有用。运行的过程中还需要用到参数趋势的显示，比如机组启动的启动曲线，启动过程中各参数如何变化等，如图 15是一
个趋势图的实例：
图15
运行人员在监视机组运行的过程中，将运行参数曲线、趋势和报警及诊断系统结合起来，能更好的保证机组的安全稳定运行。
4.5开发性的逻辑图查看功能
针对运行人员来说，逻辑图查看功能的开发主要有两个好处：第一可以帮助运行人员对机组所出现的故障、报警和跳机等非正常状况时做出正确的判断和初步处理；第二给想进一步深入了解学习控制的系统的运行人员提供了一个很好的机会。如图 16中所示是机组启动的逻辑图中的一部分，如果在启机时发现启机条件不具备，即“Ready for start”没有
图 16
出现在启机操作按钮附件，这个时候我们可以打开逻辑逻辑，根据图中显示的1和0来迅速找到导致机组启动条件不具备的原因。通过查看逻辑图，我们可以了解各个控制块之间的关系，每个控制块各个条件之间是“与”还是“或”的关系，以及步程序如何依次往下走的等。
4.6 控制界面详尽的信息显示和强大的帮助系统
T3000控制系统的所有控制画面的信息显示可以说是详尽，下面所提到的都是老系统上没有的，而对安全运行又很有帮助的一些信息显示项。滑油系统油压、顶轴油压指示显示，励磁系统各保护投退情况显示，硬件检测显示，振动和温度传感器双通道数据显示，发电机母线出口接地刀闸状态显示，主变出口接地状态显示等等，这些新加的状态和保护显示都为机组的安全运行提供了更好的保障。如图 17中左一是发电机供电图的一部分，在这个画
图17
面上可以清楚看到接地刀闸的状态；中间是滑油系统的一部分画面，在这个图上可以看到油滤的压差，滑油的压力和温度，供轴承的油压的状态，油温油压是否正常一目了然；右一是透平出口温度三支热电偶的数据显示及温度是否过高和动作的显示指示。
强大的帮助系统是T3000系统的一个重要特点，我们可以通过这个系统了解学习整个控制系统。正是因为有这个帮助系统，12#燃机控制系统的改造过程中，没有对运行人员进行专门的有针对性的系统培训，而是以自学为主。利用该系统的详细帮助说明，先期跟随系统改造的运行人员对每个画面的每个操作进行了模拟，并在调试阶段进行了实际操作，在机组正式投运时，参加系统改造的运行人员都比较熟练掌握了T3000系统的各项操，为机组的正式投运做好了准备，这足以说明该帮助系统是强大的。在日常的运行中遇到一些问题也以通过帮助系统进行查询，也随时可以通过帮助系统进行进一步的学习和加深对控制系统的了解。热控人员遇到棘手的问题而难以解决时也可以同过帮助系统向西门子公司需求在线帮助，以便快速解决问题。
5.结束语
T3000系统确实是一套很优秀很先进的针对燃气轮机的控制系统，对我公司的V94.2机组采用该系统严格说起来有点大材小用，T3000系统完全可以实现对更多设备的控制和完成更复杂的控制任务。对于一款如此先进的系统，存在过程画面的字体设定太小而且不能更改，报警条不能悬浮在任何当前窗口等明显不足，不得不说有点遗憾。从目前机组运行的情况来看，这次12#机控制系统的改造使机组彻底摆脱了老系统下所面临的困境，是一次很成功的改造，同时也为后期11#控制系统改造打下了坚实的基础。
关键词：V94.2燃气轮机控制系统；T3000系统；改造；必要性；优点
中图分类号：TU996.2 文献标识码：A 文章编号：
0.概述
海南中海海南發电有限公司现有燃气—蒸汽联合循环发电机组两套，装机总容量为440MW，采取“一拖一”的运行方式。其中燃气轮机为德国西门子公司的V94.2机组，发电机轴端功率为：138.7MW，DCS控制系统为：西门子公司的TERLEPERMXPXMAT测量和控制系统。
我公司的燃气轮机DCS控制系统是西门子公司90年代初的产品, 该系统硬件基于S5系列PLC，以H1网为纽带的多级计算机系统，综合运用了计算机，通信、显示和控制等技术，实现了对燃机的分散控制、集中操作。该系统自我公司1995年投产至今已经超过16年，由于系统过时，硬件的严重老化，可靠性低，严重影响了机组的正常启机和安全运行，为了保证机组的安全稳定运行，我公司于2011年3月在12#燃机大修期间同时进行12#燃机的控制系统升级改造。
1.燃机控制系统改造的必要性
（1）燃机控制系统自投运至今已超过16年,累计运行超过140000小时, 系统过时，硬件严重老化，系统网络复杂，结构层次多，故障率偏高。
（2）服务器系统故障率高，系统所使用的硬件因多已停产，损坏无法得到补充,部分服务器已退出运行。现场PLC卡件也经常发生故障导致机组不能正常运行，如启动失败、非正常停机和保护误动跳机等。
（3）软硬件水平已经明显落后,系统可靠性低，维护工作困难。程序调试、参数组态复杂，调试和设置复杂。系统扩展AGC、AVC和励磁系统等重要故障的处理需要西门子公司专业人员到场。
（4）UCA控制内系统无报警声，在操作员站进行相关操作时，系统响应太慢，甚至有死机而需要重新启动的情况。历史曲线只能存储10天，且调取麻烦。
（5）服务器硬盘损坏率高，平均每年3块以上。服务器主板卡件因大部分停产，损坏后没有备件补充。
如表 1所示为12#燃机服务器工作状态
表1
由于以上种种原因，要保证我公司燃气轮机能正常运行，控制系统的升级改造是势在必行的。
2.控制系统改造方案
通过我公司有关人员和德国西门子、南京西门子详细充分的讨论决定采用西门子提供公司的SPPA T3000系统。采用该系统的主要原因有：
（1）T3000为平台的燃机控制逻辑为德国标准化设计，与我公司现有V94.2燃机的控制和保护完全匹配，系统成熟可靠、简洁，而且组态和操作较为方便。Web防火墙技术的使用保证了系统即开放又安全。
（2）T3000系统在国内的郑常庄燃气热电工程、上海临港电厂、厦门东部燃气电厂一期工程已成功应用，且机组运行稳定安全。
（3）该系统通过集成式结构增快通信处理速度，采用服务器嵌入式系统把复杂系统简化为一个同构系统，高性能冗余服务器技术先进安全可靠。硬件集成度高技术先进,故障率低,维护方便,易扩展。
选定采用T3000系统后，控制系统的升级改造工作大致分为以下五个步骤：首先进行
初步设计、方案实施、测试验收、现场安装和调试投产。我公司的热控人员为系统改造做了大量的前期工作，包括确认测点KKS编码及描述，收集现场电缆信息和确认测点初始接线，以及分配卡件及I/O通道等等。本次系统改造德国西门子负责主要程序设计、编程，关键硬件设备的提供，TA现场服务调试。I/O设备及现场施工指导由技术力量雄厚并具有大量的电站自动化配套经验的南京西门子负责。燃机控制的改造分成两期进行，先进行12#燃机的控制系统改造，改造成功后12#燃机采用新的T3000 系统运行,11#燃机及公用系统任仍采用旧的TERLEPERMXP系统运行，两个系统并列运行一年左右。第二期的11#控制系统改造将在11#燃机大修期间进行，改造完后进行网络合并工作，使两套燃机控制系统整体完成。12#燃机控制系统改造部分如 图 2 中蓝色圈内所示
图1
3.控制系统改造前后对比
3.1 改造前后控制系统网络结构对比
改造前的12#燃机的网络结构如图 2所示：
图2
改造后的T3000网络结构如图3所示：
图3
很明显，改造后网络结构得到了很大程度的简化。
T3000硬件简介如图 4：
图4
采用一对S7-400，代替SIMADYN D 的FM 458也可以插到S7-400的机架上，
而服务器则采用如图 5中所示的技术先进安全可靠的高性能冗余服务器。
图5
3.3改造后控制系统硬件对比
改造前12#燃机硬件布置如图 6
图6
新控制系统硬件布置如图 7
图7
改造后新系统就地控制柜CJP01、CJP02取消，硬件更加集中，CXX01就地操作柜也更加简洁。
4.T3000在运行使用中的优点
SPPA-T3000作为Siemens公司最新一代燃机控制系统具有很多的优点和特点，该系统从2001年5月中旬控制系统改造完成开始投运到现在一直稳定安全，以下是从运行的角度来讲述该系统几方面的优点。
4.1更强的处理能力，更快的速度
T3000系统的处理能力、运行速度远高于原来的XMAT系统，在打开规定数目内的页面时根本没有延时，即使打开多个操作界面、进行多项操作，同时进行曲线调取和逻辑图查看等，系统的速度都非常快。T3000相比XMAT系统的速度，作为运行人员的感受那就是飞一般的感觉。如图 8中，打开多个不同功能的页面仍然保持极高的响应速度。打开多达10条曲线的曲线窗口几乎没有延时，可以任意取消和添加任何想要的曲线而不需等待，在各个操作画面之间进行快速切换也极为流畅。
图8
4.2先进的操作界面
T3000 操作界面是一种实现用户中央过程控制的新型有效的解决方案。系统配有先进的报警功能和完善的诊断信息，当设备运行出现任何偏差时，及时的用户通知可以帮助运行人员避免对设备运行造成任何负面的后果。定义明确且易于识别的报警类型对这个功能进行支持，它可以帮助操作人员做出正确的决定。
实时数据显示、高速和高分辨率的过程图形、报警屏幕和其他视图简化了对当前和历史过程数据的检查和分析过程。如图 8所示为操作界面的分支情况：
图9
4.3先进的报警和故障诊断系统
T3000报警系统可以在报警序列（ASD）和过程画面中同时显示，也可以以日志形式对报警情况进行报告。ASD 是一种十分灵活的界面，并可通过定制以满足项目要求或单个用户要求，并可以为报警控制提供各种选择。如图 10是一个报警序列显示实例
图 10
报警系统将组报警指示器和ASD相结合起来，并对报警进行了级别定义，采用不同的颜色加以显示，这个功能可以帮助运行人员对各种报警的类型、轻重做出最快的判断，及时对设备做出调整。如图 11中为报警指示器
图11
在这个指示器中报警级别高低依次：A>W>T>M>S>O>I&C,重要的报警A和W级别显示为醒目的红色和黄色。该系统还允许用户定义自己特定的ASD，这个功能为那些很有經验而又喜欢研究的的运行人员提供一个定义具有个人特色的经验型ASD。所产生的报警有不同的声音提醒，不同的颜色闪烁，同时我们可以在相应的过程画面中找到对应的闪烁的报警点。和报警系统紧密联系在一起的就是诊断系统了，在ASD中任何一个报警条上点右键都可以打开诊断选项，同时我们也可在过程画面的报警点上打开诊断画面。如图 12为过程画面中在报警点打开诊断系统的操作，诊断系统里可以查看该报警点各时段状态及质量评级。
图12
4.4便捷的曲线生成和参数趋势显示
T3000系统为用户提供很快捷的运行参数曲线生成办法，为运行人员更好的对机组运行的参数和运行趋势的监视提供有力的帮助。我们可以根据预制的运行曲线按钮随时打开曲线，如图 13 为压气机轴承振动和温度曲线调取的预制按钮，通过鼠标左键点击就可以查看曲线。
图13
还可以通过在操作画面的任何参数点上双击鼠标左键来打开曲线生成画面，如图 14
图 14
并且可以把其他的操作画面的测点参数用很简单的方法的添加到一组曲线中进行比较和分析。
和原系统相比，T3000参数随时可以生成或者打开曲线的这个功能是非常实用的，运行人员可以对任何参数的变化进行查看和了解，比如振动、温度的跳变，变化趋势等等，也可以单独将需要重点监视的参数点做成曲线，进行实时监控。一个窗口中可以同时显示10个参数的曲线，并定义不同的颜色，单位，区间，功能相当强大，而且操作很简单直观，这个功能对运行中的各种设备参数和测点的故障进行分析时非常有用。运行的过程中还需要用到参数趋势的显示，比如机组启动的启动曲线，启动过程中各参数如何变化等，如图 15是一
个趋势图的实例：
图15
运行人员在监视机组运行的过程中，将运行参数曲线、趋势和报警及诊断系统结合起来，能更好的保证机组的安全稳定运行。
4.5开发性的逻辑图查看功能
针对运行人员来说，逻辑图查看功能的开发主要有两个好处：第一可以帮助运行人员对机组所出现的故障、报警和跳机等非正常状况时做出正确的判断和初步处理；第二给想进一步深入了解学习控制的系统的运行人员提供了一个很好的机会。如图 16中所示是机组启动的逻辑图中的一部分，如果在启机时发现启机条件不具备，即“Ready for start”没有
图 16
出现在启机操作按钮附件，这个时候我们可以打开逻辑逻辑，根据图中显示的1和0来迅速找到导致机组启动条件不具备的原因。通过查看逻辑图，我们可以了解各个控制块之间的关系，每个控制块各个条件之间是“与”还是“或”的关系，以及步程序如何依次往下走的等。
4.6 控制界面详尽的信息显示和强大的帮助系统
T3000控制系统的所有控制画面的信息显示可以说是详尽，下面所提到的都是老系统上没有的，而对安全运行又很有帮助的一些信息显示项。滑油系统油压、顶轴油压指示显示，励磁系统各保护投退情况显示，硬件检测显示，振动和温度传感器双通道数据显示，发电机母线出口接地刀闸状态显示，主变出口接地状态显示等等，这些新加的状态和保护显示都为机组的安全运行提供了更好的保障。如图 17中左一是发电机供电图的一部分，在这个画
图17
面上可以清楚看到接地刀闸的状态；中间是滑油系统的一部分画面，在这个图上可以看到油滤的压差，滑油的压力和温度，供轴承的油压的状态，油温油压是否正常一目了然；右一是透平出口温度三支热电偶的数据显示及温度是否过高和动作的显示指示。
强大的帮助系统是T3000系统的一个重要特点，我们可以通过这个系统了解学习整个控制系统。正是因为有这个帮助系统，12#燃机控制系统的改造过程中，没有对运行人员进行专门的有针对性的系统培训，而是以自学为主。利用该系统的详细帮助说明，先期跟随系统改造的运行人员对每个画面的每个操作进行了模拟，并在调试阶段进行了实际操作，在机组正式投运时，参加系统改造的运行人员都比较熟练掌握了T3000系统的各项操，为机组的正式投运做好了准备，这足以说明该帮助系统是强大的。在日常的运行中遇到一些问题也以通过帮助系统进行查询，也随时可以通过帮助系统进行进一步的学习和加深对控制系统的了解。热控人员遇到棘手的问题而难以解决时也可以同过帮助系统向西门子公司需求在线帮助，以便快速解决问题。
5.结束语
T3000系统确实是一套很优秀很先进的针对燃气轮机的控制系统，对我公司的V94.2机组采用该系统严格说起来有点大材小用，T3000系统完全可以实现对更多设备的控制和完成更复杂的控制任务。对于一款如此先进的系统，存在过程画面的字体设定太小而且不能更改，报警条不能悬浮在任何当前窗口等明显不足，不得不说有点遗憾。从目前机组运行的情况来看，这次12#机控制系统的改造使机组彻底摆脱了老系统下所面临的困境，是一次很成功的改造，同时也为后期11#控制系统改造打下了坚实的基础。