基于虚拟DCS技术的电厂给水除氧系统建模与仿真

1、基于虚拟DCS技术的电厂给水除氧系统建模与仿真第39簟2期2006年2月-囤电力¨'lr?:l()WElVof.39.2基于虚拟DCS技术的电厂给水除氧系统建模-q仿真张同军,李立强',祁海涛,周宇阳-,何斌z,饶思刚:,巨林仓,(I新华控制工有限司,上海200245:2.胜利发电厂.山东乖营262500:3酉安交鱼太学能辑每动力工程学院.陕西西安71004r)摘要:制J墟拟分徽控制系统(DCS)技术建立新鼎电厂仿戚系统,拌结合给水除舰系统的仿真建攫进行仿机卜建一r迅了:蛮时仿或而叉满足精度磴求n口给水陈氧系统仿真数学模侧糕敞障工况仿真中摊弃丁¨和反事艘演壕

2、的要求.关键词:虚拟I)CS电J;给水除讯系统;建横;仿真0引言随荷电J汽轮机姒大锋馘,廓鐾敬_,r向晰展.'YLII没箭构越米越复杂,刊系统安仝,可鞯经济运行的要求【i土越米越高除提商系统的艘件,软什H能外.建电J'仿真系统刈I运撇作人员晰疗帷罔的仿谮-f'采川楫葚块化建横打便,通川性好,虬秆较高的执行迷度.?T满地实时仍m的要求堆丁此.缱,丁220MW机封L况仿弹系统,给水除氧系统作为电厂汽轮机侧局部.为究疗他.以l暂:钮器,给水商压加热器统一示意该系统世没籍包括I除氧瓣(YC一700),2台前(FAlB56),2台给水(ffK6F321干¨3什商加(J(

3、;一550),商1l=I¨系统采川传统的火旁路式运行,电,仿真技术发腱至今,各没祷的模型赞=法已本魍叶完蒋.柏戈史献【乜很多水文主介绍艘拟DCS技术硬此祭砌如何_采盯j模块化建樾'引捌形忠法实观系统仿真铀水,肼小凰1给水除氧系统示营Fig1Diagramoffeedwaterdeaeratlngsystem1虚拟DCS仿真环境新托制l:打公dsIMPANEI新分散J括:系统建模组恋;f=娆编辑_.j州试;I)CS群与机运行;事故模拟卜j分析处删;r况保存-7吲遐;收稿日期:2005-09一l3;惨回日期:2005-I2-09作者简介:张州(1968一).W.黑乏江宾虽人.r:

4、程师.从电J'I)CS分析%柠制究E-mail:xhzhangtonKjttl他l63ilnlCollyrighl(:J(:0mI【ll1¨Allrightsmsrve'1.47瀚匪中国电力第39卷历史回放与重演;组态式评分管理;机组状态分析与运行优化分析等.电厂仿真系统包括两大类模型:控制逻辑模型包括2类:控制逻辑模型算法库和设备模型算法库,其中控制逻辑模型库继承了新华公司xDPS分散控制系统全部的控制逻辑算法及热力计算和各种数值分析算法.在SIMPANEL仿真平台上,使用图形组态软件DpuCfg的入库程序将相应设备的仿真模型算法参加到设备模型算法库中.虚拟DCS即

5、工业现场的DCS在一套非实时DPU集群将现场DCS转化为虚拟DCS的技术称为虚拟DCS技术.实质上,虚拟DCS即为一套没有运行于现场的DCS,画面和组态从现场DCS拷贝而交互对象不是现场I/O,而是仿真机内的仿真模型.仿真机通过高精度的仿真模型构建了一个虚拟的现场,操作员在操作员站上的操作方法,运行方式及设备的动态反响过程和实际机组完全一致.采用虚拟DCS技术的仿真系统与现场DCS的结构比照方图2所示.a)现场DCSb)虚拟DCS仿真系统vDPu一控制用虚拟DPU;sDPu一仿真用虚拟DPU;HMI一人机接口站图2虚拟DCS仿真系统与现场DCS结构比照virtualDCSsimulations

6、ystem通过与现场DCS的比较可看出,基于虚拟DCS的仿真系统相当于在DCS构架上,将工业现场扩展48,为虚拟工业现场,在原有的控制用虚拟DPU(VDPU)根底上叉增加了几个仿真用虚拟DPU(SDPU),这些虚拟DPU间的数据通过虚拟的I/O测点上网实现通信,因此没有破坏原系统的封装性及各项功能.二者的人机接口站(HM,包括操作员站,工程师站等)功能和形式相同.由于虚拟DCS源自现场DCS,现场DCS上发生的各种操作,事故均可在虚拟DCS上进行验证.在虚拟DCS上进行的参数整定,逻辑修改,画面变更等可直接移植到现场DCS中:凡基于现场DCS的控制组态,无需任何修改即可无缝移植在仿真机上运行;

7、凡在仿真机上调试的虚拟DCS控制组态,无需任何修改即可无缝移植在现场DCS上运行.由于虚拟DCS与现场DCS的一致性,使得电厂能够真正有效,经济,广泛地实现人员培训,控制系统仿真试验和控制参数整定及系统反事故演练等一系列功能,这对于仿真机技术的开展是一个革命性进步.2给水除氧系统仿真建模参照图1所示的给水除氧系统,可将系统按设备及物质流程分为除氧器系统和给水系统两大部分.凝结水通过除氧器上水调门进入除氧器,四段抽汽,高压联箱,锅炉连排和门杆漏汽进入除氧器作为除氧汽源.除氧后的给水由前置泵和给水泵升压,经高加后送至锅炉.给水在流经3个高加时会被3段,2段,1段抽汽加热升温,各段抽汽凝结后的疏水采

8、用逐级自流方式疏至除氧器中.在模型算法库的根底上,按照系统流程完成了该系统的仿真设计,并利用DpuCfg的图形化自动建模功能完成了仿真系统的组态.图3,4是组态画面中的除氧器系统,高加系统图,是给水除氧系统中的主设备的组态画面.3仿真结果及分析采用了仿真结果与电厂实际测量数据和设计数统上对100%和75%31况进行了r仿真,表1为局部关键参数的仿真结果与实际值的比较,可看出仿真系统的精度完全满足仿真要求.3-2故障工况仿真电厂仿真机可以模拟各种故障工况,对运行操作人员进行仿真培训,使他们了解各种故障工况的故障工况仿真摒弃了以往只进行模块局部仿真或小第2期张同军等:基于虚拟DCS技术的电厂给水除

9、氧系统建模与仿真埔蠊-T-J4D枧田(帮靳(口l溶I赫J*l毫lLKl也I如IIl×I叫塑厂lIIt'ljdr,'H1w坝I.?崛1厂j加_,仃,趴一l除氧嚣压力IwHLo,一:障氧鼎结帽一屠涸啊童,风_?高压联葙黼丑酶器I培II-一r'图3除氧系统四日卫皿陆u栩辑工枧田拥肋(曲黼r-一厂厂图4高加系统pressureheatersystem表1仿真结果与真实值比较andrealvalue1o0%工况75%工况参数实际值仿真值误差实际值仿真值误差/%系统仿真的作法,将故障置入正常运行的粘个电厂仿真系统中,查看所有的相关变化及影响.电厂中各种调整门,电动门,手动

10、门发生故障的比例很高,因此对这些阀门进行故障仿真非常必要.阀门的常见故障有4类:一是突变,即阀门开度发生阶跃扰动或手动/自动状态的变化;二二是卡涩,即阀门卡在某位置上不可操作;_-:是fJ芯脱落;四足内失灵故障的仿真动态响应曲线,该故障综合了阀门的前2类故障.艄觥糯瓣懈瓣蕊释疆援氆辨瓤u簪0.捌黼?柚释幽扣确位卜.:;趟曩嚣压力j试i?-0精琳流量际曩器水温,/l,/.一凝结水旁锗-舯.$I水位调黯门阀位翻攀Bmi+g雕辩黼譬鞴鬻疆强j酾蚺l5-部H-图5除氧器水位调整门自动失灵动态响应levelautoregulationofthedeaerator除氧器正常运行时的存水由凝结水,疏水,补水

11、等几局部组成,其中凝结水占最大比罩=,流量山水位调整门自动调节.如图5所示,A时刻投入故障,将水位调褴门开度突变为O,自动状态转手动并卡涩阀门,凝结水流量中断,除氧器水位明显下降,除氧器压力上升,饱和蒸汽力及除氧器水的焓,温均升高.B时刻除氧器水位到达l650him报警值,手动开启除氧器上水旁路门,水位,压力,水温逐步恢复正常.正常运行时每个高加的疏水手动门全开,旁路门全关,由疏水调节阀白动调节阀门丌度以维持高误歼,误关,失灵,卡涩等故障发生时,系统会发牛较大扰动.图6所示为调节阀误开时系统的动态响应曲线,调节阀误开前为自动凋节,丌度38%,A时刻投入故障,阀门开度阶跃至95%并卡涩,系统平衡

12、状正常运行时疏水按"1号至2号,2号至3号"的顺序49中国电力第39卷疏至除氧器,因此当3号高加疏水量增加时,除氧器水位上升,由于其容积较大,故水位虽有上升但短时间内变化不大.在除氧器水位控制逻辑巾,PID模块输入水位偏差参数的死区设定为O15mm,因此,水刻高加水位一900l'Iim,切除此故障并关闭疏水调节阀.疏水流量变为O,因此3号高加水位上升,除氧器水位下降.C时刻3号高加水位一200win,调节阀重新开始自动调节,逐渐增大疏水量,经波动后系统高点前一时刻除氧器水位偏差为负值,因此其水位调节阀增大了局部开度,凝结水流量有所增加,这将在除氧器水位上升至正偏差1

13、5mm后_刁'能恢复故障前的正常工况.H,E*It"啊嘲黼鞠#圈酾il删."一0u-_m0_SO.鞴0/.,陡氧器术位,一厂,!加术位J一厂凝结水瓶量llf.7l抹氧誉水位l胃门阍位#墒加琉水门开度ll婚#3高加琉水量i'l脚口!,臻ii嘲轴n-2t0,目:-_?I-蛳,"-孵嘲0赫ii15:lL:|5图6高加疏水门误开并卡涩动态响应openingandlockingofdrainvalveinhighpressureheater从以分析可看出,建立的给水除氧仿真系统能正确反映系统设备故障时的情况及故障结果对给水参数和机组运行的影响.4结语本文介绍

14、了大型电厂给水除氧系统仿真建模的过程,并在虚拟DCS技术的根底上,采用基于图形组态的模块化仿真建模方法将建立的模型应用于实际电厂的全工况系统仿真.仿真结果说明,该系统可对机组启,停及故障等上况进行有效的实时仿真,其虚拟DCS技术的新型分散式仿真系统已应用于山东胜利电厂220MW机组,湖南石¨电厂300MW机组,安徽淮北电135/220/300MW机组,河北马头电厂1OO/2OOMW机组等,该系统的成功应用对提高电厂技术管理人员,运行人员,热工人员的综合业务素质具有实际意义.参考文献:1BRADLEYJH,PrinciplesofsimulationinsimulatorsJ.SIMU

15、LATORS,I993(X):253-254.2李立强.电站给水除氧系统建模与仿真D.西安:西安交通大学能源与动力工程学院,2004.LILideaeratingsystemD.Xi'an:SchoolofEnergy&PowerEngineering.Xi'anJiaotongUniversity,2004.3何衍庆,陈积玉,俞金寿.XDPS分散控制系统M.北京:化学工业出版社,2002.HEYahsystemM.Beijing:ChemicalIndustryPress,2002.4ANSI/ISA-77,20,Fossilpowerplantsimulat

16、orsfuncti0na1requirementS.1994.(责任编辑吕玲)ModelingandsimulationoffeedwaterdeaeratingsystembasedonvirtualDCSZHANGTong-jun,LILiqiang,QIHaitao,ZHOUYuyang,HEBin,RAOSigang.,JULincang(1.XinhuaControlEngineeringCo.,Ltd.,Shanghai200245,China;2.ShengliPowerPlant,Dongying262500,China;3.SchoolofEnergy&Pow

17、erEngineering,Xi'arlJiaotongUniversity,Xi'an710049,China)Abstract:AnewsimulatorbasedonthevirtualDCStechnologywasvalidatedbyperformingexperimentsinnormalandmalfunctionconditionsforthefeedwaterdeaeratingsystem.Bymeansofmodularmodelingmethodandgraphicconfiguration,therealtimeandhighoperationshowsthatthealgorithmofestablishedmodelisreasonable,thesteadystateerrorispermiss