新建火电工程热工控制系统设计优化及应用.pdf

第 3 4卷 第 1期 2 0 1 2年 1月 华 电技 术 Hu a d i a n Te c h n o l o g y Vo 1 ． 3 4 No ． 1 J a n ． 2 0 1 2 新建火 电工程热工控 制系统设计优化及应 用 魏 霞 ， 刘波 1 ． 新疆大学 电气工程学院， 新疆 乌鲁木齐8 3 0 0 4 7 ； 2 ． 华电新疆发电有限公司乌鲁木齐热电厂， 新疆 乌鲁木齐8 3 0 0 6 5 摘要 火力发电厂热工控制系统设计合理与否， 不仅会对机组安装、 调试工作产生重大影响， 还将直接影响机组运行的 安全性、 稳定性和经济性。介绍了华电新疆发电有限公司乌鲁木齐热电厂2 3 3 0 MW热电联产工程热工控制系统设计 经验， 针对部分典型问题进行了分析并提出了解决办法。 关键词 火力发电厂； 热工控制系统； 设计优化 中图分类号 T K 3 2 文献标志码 A 文章编号 1 6 7 41 9 5 1 2 0 1 2 J O 1 0 0 3 0 0 3 0 引言 随着单元机组装机容量的不断扩大和国家对电 源建设项 目环保方面要求 的不断提高 ， 火力发电厂 热工控制系统变得越来越复杂和庞大 ； 同时 ， 自动控 制领域的技术 日新月异 ， 可供火 电建设项 目采用 的 新器件、 新系统和新方法越来越多。在上述背景下 ， 对火电建设项 目热工控制系统进行合理的前期规 划 ， 建设过程中加强对技术规范书和施工 图纸的审 核工作 ， 积极推行典型化设计方法 ， 有效控制设计变 更， 就能保证机组建设工作平稳有序地向前推进以 及机组投产后的安全 、 稳定 、 经济运行。 1 机组概况 华电新疆发 电有 限公 司乌鲁木 齐热 电厂 2 3 3 0 M W热电联产工程是新疆首台 3 3 0 M W 等级供 热机组 ， 其主要上煤方式为管带机上煤 ， 采用城市 中 水深度处理系统为循环水系统和锅炉补给水系统提 供用水 ， 是全国首个火 电厂烟气脱硫特许经营的试 点项 目。单元机组 含脱硫部分 和公用设备控制 系统采用 国电南 自公司的 T C S一3 0 0 0分布式控制 系统 D C S D i s t r i b u t e d C o n t r o l S y s t e m ， 汽轮机控制 系统采用艾默生公 司的 O V A T I O N系统 ， 水 网、 煤 网 和灰网控制系统采用罗克韦尔公司 的 C o n t r o l L o g i x 系统 平 台 ， 其热工控制系统的先进性、 复杂性等 指标在新疆火 电行业均排在前列。 2 存在的问题及解决方法 2 ． 1 系统【 设备 运行控制方式决定热工控制系统 设计框架 系统 设备 运行控制方式是指运行人员操作 收稿 日期 2 0 1 01 21 9 设备的方式 ， 其主要决定于运行人员的数量 、 素质 ， 各系统单体建筑布局和控制系统等因素。 国内3 3 0 M W 机组比较典型的热工控制系统框 架形式为主 、 辅机控制系统合并 ， 在空间上和逻辑上 实现高度集 中。从 网络拓扑来看 ， 该种控制方式具 有整齐划一、 层次鲜明的特点， 但结合实际情况来 看， 辅机系统 化学水处理系统 、 输煤系统和灰渣系 统 具有“ 设备多” 、 “ 操作多” 和“ 缺陷多” 等特点， 如果把辅机系统控制操作也放在集控室， 其 日常操 作会严重影响主机操作 ， 特别是开 、 停炉期间， 主 、 辅 机均存在大量操作， 必然会互相影响 ， 降低工作效率 和可靠性。 另外 ， 高度集 中的辅控 网络 水 子网、 灰子 网和 煤子 网合并形成辅控 网络 在上层通信网络 出现异 常后 ， 运行人员须立即到就地水子 网、 煤子网和灰子 网控制室进行就地控制操作， 势必延长故障处理 时间。 考虑到上述因素 ， 该项 目热工控制系统框架形 式最终确定为主 、 辅机控制分离 ， 将水子网 、 煤 含 燃油 子网和灰 含电除尘 子网控制系统实现 了物 理上的集 中， 即将各子 网中的 1台操作员站集 中布 置到辅机控制室 ， 取消 了逻辑上 的集 中方案辅 网控制系统。受篇幅限制， 这里只列举水子网具体 的实现方式 ， 如图 1所示。 2 ． 2 系统测点数量、 种类及控制功能设计应满足系 统全运行工况要求并采用典型设计方法 分析该工程热工专业设计变更 内容可以看 出， 涉及增补 I／ 0通道、 电缆和一次设备 压力变送器、 温度取样等 的变更最多， 出现这种现象 的主要原 因有 2方面 一是热工设计人员一般 只考虑系统正 常运行工况 ， 对系统投入初期或系统切换工况 考虑 较少或未考虑 ； 二是设计院对发电厂典型设备 、 系统 的控制方案未进行充分总结 ， 未有效遵循典型设计 第 1期 魏 霞， 等 新建火电工程热工控制 系统设计优化及应用 3 1 I l 辅网控制室 l l I l 水网操作员站 2 图 1 水子网控制 系统实现方式示意图 方法 ， 以往项 目发生 的问题会在下一个项 目重新出 现， 成为设计通病。 这里要提出一个“ 典型设计” 的概念 ， 所谓 的典 型设计是指利用归纳的方法总结完成特定系统设计 工作所应遵循的共性。发电厂热工专业典型设计可 归纳为以下几种 1 各类电动机轴承、 线圈温度测点设置； 2 高／ 低压加热器和除氧器等容器液位变送 器、 液位开关设置； 3 大型转机设备配套润滑油站就地、 远程和 联锁控制 ； 4 2用 1备或 1用 1 备泵类设备就地、 远程和 联锁控制 ； 5 电动机变频控制和变频／ 工频切换控制； 6 3 3 0 MW 等 级机 组 汽轮 机 电液 调节 系 统 D E H 、 给水泵调节系统 M E H 、 汽轮机危急跳闸 系统 E T S 、 给水泵汽轮机危急跳闸系统 M E T S 与 分散控制系统 D C S 接 口设计 ； 7 各类设备就地控制柜与 D C S之间的接 口 设计 ； 8 控制系统冗余供电设计等。 设计工作遵循典型化、 模块化设计方法 ， 该方法 有 3个优点 1 对系统 设备 有较为详细的功能描述， 避 免在设备招标、 交货和安装阶段出现“ 扯皮” 现象； 2 大幅减少设计 工作量 ， 有效提高施工 图出 图效率 ； 3 在施工图阶段避免遗漏测点 、 I ／ O通道及 电 缆 ， 有效控制热工专业设计变更 。 2 ． 3 设备选型宜保持一致 设备选型保持一致会给发电厂在人员培训、 备 品备件购置等方面带来诸多好处 ， 究竟有哪些热工 设备选型宜保持一致 1 从现场级来讲， 主要有电动执行器、 气动阀 门定位器 、 低压元器件 包括指示灯、 按钮、 空气开关、 接触器 、 继 电器等 、 液位计、 物位计和各种过程开关。 2 从控制级来讲主要是水、 煤和灰子网控制 系统所用的 P L C系统及人机界面软件平台⋯。该 工程水 、 煤和灰子网控制系统选用 的硬件平 台均为 罗克韦尔公 司的 C o n t r o l L o g i x 5 0 0 0平 台， 软 件平 台 均为 G E公 司的 I F i x 4 ． 5平台 ， 控制系统软、 硬件平 台的统一， 极大减轻了热工人员的培训负担， 降低了 不同系统之间的通信难度， 减少了不同厂家之间协 调的工作量 ， 节约了宝贵的调试时间。 怎样才能保证热工设备选型保持一致 1 从招标规范书着手 ， 对涉及现场级、 控制级 设备的厂家、 类型做出明确的规定。为了避免设备指 定后价格上涨， 可以在招标规范书中列出 3家以上的 设备厂家， 待签订技术协议书时再确定具体厂家。 2 加强到货验收的力度， 对于未按技术协议 供货的厂家坚决给予处罚， 从源头上遏制此类事情 的发生。 表 1为该项 目水 、 煤和灰子 网控制系统控制器 配置情况 。 表 1 水、 煤和灰子网控制系统控制器配置情况 2 ． 4 系统之 间的通信接 口、 全厂 G P S应用需及早 规划 现代火力发电厂有诸多系统， 为了达到数据共 享、 实时分析运行指标的目的， 一般都会引入统一的 数据平台厂级监控信息系统 S I S S u p e r v i s o r y I n f o r ma t i o n S y s t e m 。建设 S I S不可避免地会出现 3 2 华 电技 术 第 3 4卷 各种异构系统与 S I S之间的通信 问题 ， 因此 ， 需提前 对两者之间的通信物理介质 光缆、 双绞线等 和通 信协议做出规划并在设备 系统 招 、 投标过程 中予 以确定 。 另外， 因国家对环保监测要求不断提高， 为了加 强对电厂脱硫系统和供热系统正常投入 的监管力 度 ， 要求将部分重要脱硫数据、 热 网数据传输到环保 局、 电力公司等单位， 因该项工作事关脱硫电价的落 实和采暖期供热机组 的负荷率 ， 亦需及早规划 。该 项目S I S 及各系统之间的通信规划见表 2 表中， N C S为电力网络计算机监控系统 。 表 2 S I S 及各系统之间的通信规划 最后 ， 为 了尽量做到全厂各系统时钟同步 ， 全厂 G P S 装置的设置和使用也需及早规划。从使用 G P S 功能的系统所处位置来看 ， 主要分 布在 2个单体建 筑 内 一个是主厂房， 主要有 D C S ， D E H系统和发电 机变压器组保护等继电保护设备； 另一个是 1 1 0 ／ 2 2 0 k V升压站 ， 主要有线路保 护、 N C S和调度运动 等系统。该工程在这 2个单体建筑内各设置 1 套 G P S装置 ， 各系统均从 本地 G P S装置读取 时钟数 据， G P S 接口的系统分布情况见表3 。 表3 G P S装置分布情况 2 ． 5 优化热工专业一次元件设备选型 热工专业一次设备点多面广， 各类本体设备或 多或少地含有各种热工一次元件， 究竟如何选定设 备本体的测点数量和类型， 以期达到既可满足运行 人员监视需求又能减少不必要测点的 目的， 这类 问 题在文中第 2 ． 2节进行 了讨论 ， 此处单独将此类问 题提出是为了着重探讨 2类设备的选型原则 。 1 在不违反设计规程或其他强制性条文的原 则下， 将过程压力开关、 压差开关尽量改为压力变送 器 、 压差变送器 ， 主要有以下 3个原因 1 随着科学技术 的进步 ， 变送 器设备可靠性 极高， 平均 无故 障时间 已达 到几 百万小 时且 价格 较低 。 2 可以扩大运行人员 的监视 范围， 为事故分 析提供直观的过程历史数据。 3 可大幅减少大、 小修期间热工开关仪表校验 工作量。但大、 小机紧急跳闸系统 E T S 由于其过程 开关为汽轮机制造厂的典型设计， 必须将其保留。 2 液位开关的使用应慎重， 根据重要程度选 择测量准确的冗余模拟量测量方式并采用模拟量 “ 多取中” 逻辑来实现水位保护功能。 该项 目选用的液位开关数量较多， 但投入效果 一 般 ， 特别是除氧器 、 凝汽器和高／ 低压加热器等容 器上的液位开关在机组 1 6 8 h试运期间曾发生数次 误动现象， 如通过“ 优化选型” 和“ 冗余设置” 的方法 提高模拟量水位测量 的准确性并采用模拟量 “ 多取 中” 方式来实现水位联锁保护 ， 可达到降低造价 、 提 高保护动作准确率且大大降低设备维护量之 目的。 2 ． 6 计量系统建设工作应在设计、 安装和调试全建 设过程中统筹安排 计量系统主要作用是完成对水 、 煤 、 油和汽等工 作介质损耗的统计计量。在火力发电厂基本建设期 间 ， 由于生产准备工作在计量系统建设方面介入较 晚、 工程建设人员重视不够等原因， 使全厂计量系统 功能远远达不到机组投产后计量工作的要求。 新建火力发电厂在经过 1 6 8 h试运后将 正式进 入试生产阶段 ， 在此阶段 ， 机组各种经济运行指标将 成为评价火电工程设计优劣 、 建设质量好坏的依据。 而动态定量分析 、 计算机组各项运行指标又必须有 工作介质损耗量等基本数据 ， 因此 ， 在设计 、 施工和 调试全建设过程中应统筹安排全厂计量系统建设工 作， 为准确计算各项指标奠定坚实基础。 在全厂计量系统建设方面， 该工程有 2点经验 值得借鉴 1 计量表计 的设置在力求节约的基础上应满 足子系统各类工作介质损耗 的计算需要。 2 计量表计 的瞬时值 、 累积值宜通过通信 的 方式引入 D C S或 S I S ， 不宜采用模拟量采集 、 D C S积 算的方式 ， 避免因模拟量采集误差 下转第3 5页 第 1 期 郭浩杰 ， 等 烟气换热器蒸汽吹扫 系统改造分析 3 5 年 1 1月和 2 0 1 0年 2月 ， 满负荷 3 0 0 MW 时增压 风机 电流和 G G H压差的变化趋势如图4所示 。 京 幂 区 郛 暖 董 垂 年月 j 斗 廿 鸯 - 一 廿 0 g 四 廿 0 高 n 廿 0 高 图4 改造前运行 1 O个月 G G H压差变化趋势 2 0 1 0年 5月至 2 0 1 1 年 3月 2 0 1 0年 l 0月随机 组调停 ， 虽然压差不高 ， 但也对 G G H进行了离线清 洗 ， 机组满负荷时 G G H压差和增压风机电流的变 化趋势如图 5所示。 螽 皋 匿 罂 _ n 卜 ∞ 廿廿廿廿 誊 誊 莒 t “ q 6- 1 垂 量 茎 婪 茎 誊 蚕 鸯 熏 幽 8 从 以上趋势 图可以看出 ， 在 同等负荷下， 系统改 造后 G G H压差上升速度明显降低 ， 增压风机运行电 流很稳定 ， 堵塞周期从原来的 3个月左右提高至半 年以上 ， 改造取得了预期效果。 3 结束语 蒸汽吹扫系统改 造后 ， 经过 1 0个月 的运行 证 明 ， 通过提高 G G H吹灰蒸汽温度和加装 下部吹灰 器 ， G G H蒸汽吹扫的效果有了很大的改观， G G H压 差的上升趋势得 以缓解 ， 减轻 了因其堵塞 带来 的沉 重压力。但此举仍不能从根本上解决 G G H堵塞 的 难题 ， 还需进行更深入的研究和探讨 ， 并在实践中摸 索更为有效 的方案。 参考文献 [ 1 ] 周至祥， 段建忠， 薛建明． 湿法烟气脱硫工艺技术全程控 制指导手册[ M] ． 北京 中国电力出版社， 2 0 0 9 ． [ 2 ] 赵红文． 脱硫系统烟气换热器堵塞原因分析及对策[ J ] ． 华电技术 ， 2 0 1 0， 3 2 5 7 1 7 3 ． 编辑 白银 雷 作者简介 郭浩杰 1 9 8 2 一 ， 男， 江苏苏州人， 助理工程师， 在读硕 士研究生， 从 事火电厂脱硫、 除灰运行 管理方 面的工作 E m a i l h a o j i e g u o e h d w d ． c o m 。 宋海燕 1 9 6 2 一 ， 男， 江苏苏州人 ， 助理工程师， 从事火 图5 改造后运行 1年 G G H压差变化趋势 电厂脱硫检修管理方面的工作。 o● ●o● ●0● ●0● ● 0● ●0●◇●0● ● ● ◇● -o● - ●0● ● ● ● 0●0●0● ●o● ● ● ●0● ●o● ● ● ●o● ● ● ●0●0●0● ● 上接第3 2页 造成 D C S与就地计量表计示值不 一 致 。 3 结束语 本文总结了华电新疆发 电有限公司乌鲁木齐热 电厂 23 3 0 MW 热 电联产工程热工专业设计工作 中的典型问题， 有针对性地提出了解决办法和注意 事项 。希望文中所述观点能对后续火 电建设项 目热 工专业设计工作有所帮助。 参考文献 [ 1 ] 河南省电力公司． 火电工程调试技术手册 热工卷[ M] 北京 中国电力出版社 ， 2 0 0 4 ． [ 2 ] 国家电力公司电力建设工程质量监督总站． 电力建设工 程施工质量监督 一调整试验工程[ M] ． 北京 中国电力 出版社 ， 2 0 0 2 ． [ 3 ] D L ／ T 7 7 4 2 o o 4， 火力发电厂热工自动化系统检修运行 维护规程[ s ] ． 北京 中国电力出版社 ， 2 0 0 4 ． 编辑 刘芳 作者简介 魏霞 1 9 7 7 一 ， 女， 新疆呼图壁人 ， 讲师， 从事现场总线 等工业 自动化网络研究 、 应用和开发方面的工作。 刘波 1 9 7 8 一 ， 男， 新疆玛纳斯人， 设备维护部主任 ， 工 程师 ， 从事火力发电厂热工技术管理方面的工作 E ． ma i l wr d _l b 1 6 3 ． e o m 。 } I ‘J 0 ∞廿 N 廿 N 廿 N 廿 80 z 廿 N