MW火电机组热控调研报告.doc

600MW火电机组热控调研报告发表时间:2004-8-31作者：葛智平摘要：1、概述 随着我国电力工业不断向大容易、高参数、高自动化时期的发展，600MW级火电机组已经成为我国火电的发展方向，并即将成为电网的主力机组。 甘肃位于陕、甘、宁、青电网的中心，在电网中有着十分重要的作用。而我省又是一个少油多煤的省份，因此未来几年发展600MW级火电机组有着深远的意义。作为大型火电机组的中枢系统-热控系统的设备选型，直接关系到机组的自动化水平和将来设备安全、经济运行水平的高低，有着举足轻重的地位。三月五日至三月二十日，我们先后对广东沙角C电厂、江苏扬州第二热电厂和山东邹县电厂进行了调研和收资，详细地了解了已投产的600MW机组热控设备的软件、硬件以及目前设备的运行情况，为600MW机组热控设备的选型取得了第一手资料，希望能够为我省今后建设600MW机组的热控设备选型提供一点参考。2、沙角C电厂2.1 机组概况 广东沙角C电厂位于东莞市虎门镇，装机容量3600MW。它是引进国外全套发电备，采用国际上通用的工程总承包交钥匙工程方式进行建设。由英国、法国GEC-AL-STHOM公司、美国ABB-CE公司和香港滑摸工程公司组成总承包集团，按照总承包的规定按时、按质、按量完成电厂的设计、设备制造、运输、施工安装、调试并投入商业运行。2.2 热控设备配置情况 2.2.1 沙角C电厂采用了三机一控集中控制方式，三台机组共用一个集控室。运行监视和操作主要依靠分散控制系统的人机接口-OIS站，后备屏上只保留重要辅机的起停操作按钮、少量记录仪和报警光字牌。集控室定员8人，其中每台机组2人，值长及助理各1名。 整个集控室布置非常紧凑。每台机组配置了3个OIS操作台、3个OIC操作台和1个电调触摸式操作台，7个操作台呈弧形排列。后备屏装在操作台后方，尺寸与7个操作台整体尺寸相当。与传统控制屏相比，尺寸大为缩小，其功能也大大减弱。除了三台机组的操作台和后备屏外，集控室还配置了2个值长用OIS操作台，以监视和控制3台机组的一些公用设备，如循环水系统、压缩空气系统等等。所有OIS、OIC操作台及操作员打印机通过以太网(ETHERNET)联在一起，互为冗余，互为备用。 2.2.2 控制系统 所用控制系统以BAILEY公司的INFI-90微机分散控制系统为核心，该系统通过串行口或硬接线与CE公司的FSSS锅炉安全监控系统、法国EGT公司提供的汽轮机保护与功频电液调节系统CROREC助车间的可编程控制系统联成整体，以实现对整个电厂的监视和控制。 2.2.3 系统结构INFI-90分散控制系统采用了多环路结构方式，其中每台机组一个环，循环水、化水等辅助车间、厂用电等公用系统及工程师站菜用一个环。四个环路通过桥路接口联成一个整体。如下图： 2.2.4 辅助控制 在辅助车间控制方面，普遍采用了美国ALLEN-BRADLEY公司提供的可编程序控制器实现顺序控制。如锅炉灰渣系统、化学除盐及预处理系统和循环水泵控制用的PLC-5系统的可编程序控制器，空气预热器间隙调整控制器PLC一2，空气压缩机房、废水处理厂、循环水旋转滤网反冲洗控制用的SLC一500系统控制器，锅炉吹灰程序控制系统由美国copes-Vuleum公司提供的PLC系统等。这些可交程序控制器的使用，最大限度地实现了辅助车间的过程自动化。 2.2.5 数据采集，除通过DCS系统的各个PCU站进行分散采集之外，还采取了对大部分温度点以调制一解调方式进行了大量采集，该系统是英国Rotork公司的KMX系统。 此外，还选用了不同国家、不同厂商、不同型号的执行机构、行程开关、压力开关和温度开关。执行机构方面，调节阀执行机构选用气动型，但风机导叶调节及其他执持机构一般采用电动驱动。2.3 1NFI-90分散控制系统特点 2.3.1 1NFI一90分散控制系统主要由过程控制单元(PCU)、操作员控制站(OISOIC)、工程师工作站(EWS)、机组性能计算站(PCS)及串行高速数据通道构成。 所有的OIS、OIC通过以太网连接起来，互为冗余、互为备用。以太网上挂报警打印机，OIS上挂磁带机或可读写光驱以记录历史数据。事故记录系统挂在串行高速数据通道上，可记录160组，每组1000个事件，时间分辨率为lms。 2.3.2 过程控制单元(PCU)主要由功能模件柜(A柜)、端子模件柜(B柜)、端子接线柜(C柜)以及相应的模件安装单元、摸件、电源、通讯接口组成。这种三柜布置方式，将热控系统和现场有效地隔离开来，减少了干扰。同时功能层次较分明，便于系统维护。 2.3.3 通讯网络方面，INFI-90系统采用多层次分级通讯分步结构，分别为子模件通讯总结、主模件通讯总结和工厂通讯通道。 子模件通讯总线：总线型结构，负责处理子模件与主模件之间的通讯，采用并行查询通讯方式，冗余设置，通讯速率为0.5MBs。 主模件通讯总线：总线型结构，处理CPU内部主模件之间的通讯，采用自由竞争通讯方式，冗余设置，通讯速率。为1MBs。工厂通讯通道(1NFI-NET)：环路型结构，负责PCU之间的通讯，冗余设置，采用储存转发式串行通讯方式，通讯速率为1MBs。 2.3.4 工程师工作站挂在公用环上，为三台机组所共用，配置有四个486DX-33Hz终端。主要用来进行系统组态、参数整定、硬件诊断、故障查找和文本编辑打印等，是系统维护的中心。 2.3.5 1NFI-90系统普遍采用了四个环路，可处理近20000个过程点，规模庞大，功能完备。除实现主要调节参数的自动调节功能外，还担负着电厂主辅机的数据采集、集中监控、报警打印、联锁保护、顺序控制、历史数据存取、机组性能计算等功能。 2.3.6 1NFI-90系统普遍采用冗余化设置，以提高系统的可靠性。无论是通讯通道、功能主模件，还是操作员站、报警打印机，都普遍采用冗余化设置。主通道故障时，后备通道可及时承担起信号处理和过程控制的任务，从而实现了很高的系统可用率。 2.3.7 1NFI-90系统由于采用了多层通讯结构，功能分散灵活，设备故障危险小。过程控制单元、主模件等硬件设备的硬件组态相当灵活。一个机柜可以由一个或多个PCU，PCU的规模也很灵活。在实际系统中，一个PCU最多只带4个MFP，一对MFP最多只控制4个对象，从而将设备故障造成的危险减到最低限度。 2.3.8 1NFI-90系统的操作台采用了多窗口技术，每个操作台可开设8个窗口，运行中可以同时监视多个系统的过程信息，提高了监视操作的效率。 2.3.9 1NFI-90系统采用功能码和图形库作为编程单元，软件组态直观、规范、灵活。利用工程师站的文本图形编辑软件，可以方便地进行PCU控制策略和OIS过程画面的组态。200余种的MFP组态功能码，使得控制方案的选拔相当广泛。此外，系统还可以在OIS上进行组态和修改。 2.4 运行情况和存在的问题 电厂投产以来，INFIx90分散控制系统总的来看还是满意的。系统的在线可维护性很强，未发生过由于INFI一90系统故障导致跳机的现象。自动、联锁、保护、程控系统的投运都正常。其中自动投人率在97%以上，实现了机炉协调控制。还可以实现电网控制机组负荷AGC。从运行实践来看，存在如下问题： (1)OIS死机。该问题较为严重，当OISOIC接口操作较多时，该接口响应速度会愈来愈慢，直至死机，估计和OISOIC性能有关。经改造处理后恢复正常。 (2)控制软件设计采用厂家标准，又无有效的说明手册，理解困难。有些控制设计不够完善，如引风机高、低速切换控制，再热汽温控制等，有待进一步完善。3、扬州第二电厂 扬州第二电厂2X600MW机组是利用世界银行贷款建设的大型火电项目。热控DCS设备是德国西门子公司的TELEPERM-XP型产品(简称TXP)，它是德国西门子公司新一代DCS系统，在国内尚数首家。热控就地设备均由机/炉岛承包商供应，全部为进口设备。3.1 TXP系统功能 TXP系统完成CCS、SCS、BMS、DAS功能并与DEH、TSI有硬接线接口和通讯接口。各功能分别如下： (1)DAS、画面共有机组概貌图1张和11个功能区共166个画面，棒状图及曲线有约250幅，满足了机组各工况下的运行要求。 (2)BMS、SCS包括成组控制4个、子组34个、备用联锁切换功能组20个。 (3)CCS包括协调、主汽温、给水、炉膛压力等控制回路共77套，144个执行机构。 (4)光字牌报警系统(电气：167点。热工：144点)整个DCS总点数7813点，包括电气1605点，热控6128点。3.2 TXP系统的通讯网络分两层，均采用以太网，介质采用光导纤维，通讯速率为10Mbits，采用IEEE002.3标准的CSMACD协议。3.3 TXP系统的特点 (1)基于国际标准的模块化系统结构不仅使TXP具有很高的经济性和可靠性，而且有利于电厂其他系统的扩展。此外，许多常规就地PLC的功能可以纳入DCS控制，实现了DCS一体化，优化了电厂运行操作人员的配置。 (2)功能完备的人机接口，大屏幕技术的采用，可以通过CRT和大屏幕实现所有信息的直接存取和设备的安全操作，取消了键盘，更符合人体工程学原理，提高了机组运行的自动化水平。 (3)标准的现场总线协议的使用，使得DCS的部分功能通过远程IO站实现，提高了DCS的物理分散度。 （4）通过各种软件/硬件接口，实殃对就地DCS黑匣子设备的集中监控。 （5）提供主时钟及其与GPS（卫星定位系统）的通讯接口以及DCS与MIS系统的通讯接口。为电厂监控和管理功能的进一步护展提供了有产的空间。 (6)DCS的通讯系统采用了基午ISOOSI国际标准的七层通讯协议，无论是和电厂总线或终端总线连接，都能够为外部系统提供开放式的通讯。 (7)通过MODEM与德国西门子总部专家组的热线连接，可提供及时的技术服务。3.4 投产以来对系统的完善和改进 (1)扬州第二电厂DCS采用的西门子新一代TXP系统，在国内尚属首家。98年8月采用西门子控制系统的台州电厂由于控制系统死机造成严重的停机事故，引起了扬州第二电厂的高度重视，曾先后派人参加了收资和调研，并与西门子公司一起对扬二电厂DCS的配置进行了分析和研究，针对存在的问题对原系统进行了改进，如将SU、PU从Pg0，64M内存升级到PENTIUMl66、128M内存，增加了一对AP，同时在软件组态上注意两对PU的负荷平衡和AP的负荷平衡。从两台机组投产至今的情况来看，除发生一次SU硬盘损坏的故障外，基本工作正常。 (2)扬州二电厂在1998年确定控制要求时保留了一部分ONOFF和MA后备硬手操和光字牌。考虑到按常规方式将信号直接送到驱动级，许多设备将失去联锁条件的约束，在这种工况下操作极不安全，所以他们的后备硬手操是经过AP来实现的。同时采用了中央优先的授权方式，杜绝了人员就地误操作的可能性。运行实践证明，后备硬手操几乎未使用，因此认为采用大屏幕作为辅助，可取消后备手操，只需保留部分重要的信号光字牌。 (3)电气量几乎全部纳入DCS进行控制和监视，这在国内也属首次。扬州二厂从电气倒送电开始在DCS上完成各种操作。电气进入DCS有一个渐进过程。电气从纯监视的600点发展到几乎全方位的监控，点数也增加到1685点。虽然DCS总费用增加了，但其它费用降低了。实践证明，各种操作、监视均很方便。4、山东邹县电厂 邹县发电厂三期工程2600MW机组热控DCS系统由美国西屋公司提供，采用WDPF-型分散控制系统，它是西层公司90年代初产品。控制系统主要包括DAS、CCS、SCS三大功能。DCS系统的控制功能主要由20对DPU和继电器柜实现，该系统的特点是系统功能的分配以控制对象为核心，实现对控制对象连续监视、模拟调节、顺序控制三位一体的整体控制。4.1 网络结构 WDPF-分散控制系统由数据高速公路和挂在其上的各种站组成。数据高速公路(2Mbs)每秒广播16000个离散控制点(模拟数字)，另外按需通讯16000个过程变量，系统总容量32000点(模拟数字)。WDPF可提供同轴电缆或光导纤维的无源高速公路。同轴电缆高速公路可达6km；光导纤维高速公路可达40Kin，可支持254个站。MIS系统采用Ether-net，通讯速率10Mbps。WDPF-系统的基本结构如下： 4.2通讯结构 WDPF的通讯具有两种工作模式，一种为周期广播模式，它保证实时数据以0.1s或1s的周期实现更新；另一种为民主方式，是为满足随即请求需要，以站对站通讯方式实施的。周期广播方式：每lOOms、每个站(最多254个站)可使用一次数据高速公路，将过程数据、标记及状态上网广播。同时每个站可监听其他广播的过程数据，将与其有关的数据保存到共享内存。所有过程变量每秒至少广播一次，2Mb的速率使至少每秒更新16000个离散点，附加的16000点按需通讯；民主方式：每lOOms的前一部分用于周期广播方式，后面部分用于民主通讯，各站按令牌传送方式，在指派给它的时间片中获得发送或索取数据的权利。4.3 组态方式 组态方法有三种，即标准LOOP图算法、标准梯形图和标准文本算法，标准LOOP图算法共30个，用于连接调节控制，每个DPU最多有100页LOOP图，每页LOOP图上可选择8种功能块；标准梯形图算法共70个，进行逻辑控制；标准文本算法共150个，进行复杂的逻辑运算。同时，还可应用西屋公司提供的非标准算法和根据特殊需要由用户设计算法进行组态。4.4 冗余配置 DPU采取1：1冗余，冗余的部件包括：功能处理器、电源及DHC。5、DCS选型推荐意见 这次调研因种种原因，我们仅对使用INFI-90的沙角C发电厂，使用WDPF-的邹县电厂和使用TELEPERM-XP的扬州二电厂进行了调研。 沙角C厂3台660MW机组和邹县电厂2台600MW机组使用的分散控制系统，分别是电厂建设承包商和炉、机主设备供应商成套供应的。扬州发电厂2台600MW机组使用TELEPERM-XP系统是因为在使用进行贷款进行国际招标中，西门子公司的这种分散控制系统当时的报价最低。 这三种分散控制系统都能完成对600MW火力发电机组的监控任务，以上三个厂的自动投入率都在97%以上。这三个厂的热控系统都运行得比较满意，一方面说明这三种分散控制系统性能和功能都不错，另一方面是因为炉、机主设备及辅机都是配套的进口设备，尤其是沙角C发电厂是国外公司承包的交钥匙工程。 三种分散控制系统有不少共同点，都是集中安装，现场控制站安装在电子间，都保留了一定数量的常规监视仪表和后备手续，三种系统的软件均未进行汉化，DAS系统的性能计算部分都未能很好投入运行，发挥其在经济运行方面的作用，三种系统都未能同时覆盖DAS、CCS、FSSST、DEH等功能。这可能是因为在设备制造和使用设计方面都基本上处于同一发展阶段的原因。 在调研过程中了解到，这三种系统在使用过程中都曾经死过机，但在采取一定措施后再未发生过。沙角C发电