FCS与DCS结合进行火电机组自动化改造方案.pdf

内 蒙 古电力技 术 INN E RMON G O L IAE L E C T R ICP O WE R2{}09年第27卷第4期 FCS与DC S结合进行火 电机组自动化改造方案 ProgramforTherm alPow erUnitAutom ationRetrofitwithCombinationofFCSandDC S 张国斌 h。 。侯云浩 。 1 ．华北电力大学，河北保定07 1003；2．内蒙古 电力科学研究院 ，内蒙古 呼和 浩特010020 3．北方 联合电 力公司 ，内蒙古 呼和浩特010020 『摘要1通 过对火电机组 DC S改造情况和现场总线技术现状的 分析 ，对比了各 自的优缺 点 ，提出了将现场总线技 术 FCS 与 D C S技 术相结合 完成火电机组自动化 改造的思路 ，并以 330MW机组为例设计了 改造方案 ，建议综合 利用这些新技术来构建数字化电厂。 『关键词1 火电厂 ；自动化改造；FC S；DC S 『中图分类号1T M 762 f文献标志码] B 『文章编号1 1008 6218200904 0024 03 目前DC S在火电机 组中已得到广泛应 用，其技 术日臻成熟．但仍存在如信息孤岛等 自身所无法克 服 的缺陷；而现场总线系统以下简称FC S 也 由于 自身的限制在火 电厂应 用得较少。随着FC S的不断 完善，尤其是 目前大量 总线型智能设备的出现 ，为充 分 利用FC S并 结合DCS进行 火电厂老机组的 自动 化改造创造了可能。 1现有机组DC S改造后的特点 1．1优点 1取消了大量的常规仪表，实现了 机组的单 元集 中控制．极大提高了机组的自动化控制水平； 2提 高了DC S的 可靠性，增强 了中央处理 器CP U的运算功能，模件多采用 贴膜全封 闭处理， 改善了对环境的适 应性。 1．2缺 点 1改造后，DC S只实现了部分功能的分散， 而DC S的I／O站、服务器、电源柜、继电器柜等仍集 中布置在控制率外的 电子间内。传统 的D C S在I／O 控 制站这l层仍是集中式的结构，有些系统 出于成 本或其他方面的考虑，将I／ 0控制站 的规模做得很 大，集中度 的提高，导致了危险性的增 大。 2由于DC S采用模拟 量、开关量、数字 信号 混合系统信号制，『 f 【 i且是单向的，因而随着 系统的扩 大、测点数增加．必然导致相 应的电缆、I／ O模 件、端 子柜、中间继 电器柜数量 的增加。庞大的信号、控制 电缆数量使得 电缆及电缆安装等费用 在控制系统 的 投资中占了相当大的比例。 3DC S使用的多是模拟式单 功 能仪表、变送 器、执行机构，受设备本身及DCS结构的 限制，无法 实现将现场装置的综合状 态上传至中央控制器，更 无法实现将控制室内中央控制器 的控制策略直接下 载 到现场装置中。 4DC S内部的标识定位是通过外部的接线确 定 的，而过多的接线环节将影响到逻辑判断 的准确 性和 可靠性。 2FC S的特点及发展现状 2．1特点 2．1．1优点 1FC S采用的是 全数字、双向通信现场总线 信号制，能将控制室内中央控制器的控制策略直接 下载到现场装置中； 2FC S的现场设备多采用 全数字、智能化装 【收稿1 3期】2009 - 05 26 【作者简 介】张国斌1972 一 ，男，内蒙古人，学士学位，高级工程师，现从事热工自动 化技术工作。 2009年第27卷第4期内蒙古 电 力 技 术 置．具有控制器功能，除能输出数字化 的工艺参数信 号外，还能输 出数字化的状态信号，并上传至中央控 制器 3由于FC S省去了 一 部分控制模件和继电器 柜，与DC S相比结构简单了很多，电缆的数量和敷设 成本大大缩减，而操作性 和控制性却得到增强； 4FCS内的 一 些控制功 能下移到下层控制网 络，更加分散，使得CP U的负荷降低，整个控制 系统 的可靠性提高。 2．1．2缺点 F C S自身也存在缺陷，如下层控制功 能还 不够 强大，对 一 些复杂的控制，如给水控 制、CC S的协调 控 制等，由于涉及到的信息量 庞大、控 制策 略复杂、 相关联 的子 系统及相应参数多，因而仍须由上层 的 集 中控制器来完成。 2．2应用及发展现状 以前 的智能型现场仪表，产品功能和质量上存 在 的不 足在很大程度上限制了FCS的推广应 用；但 随着智能型 现场设备功能的不断完善和质量 的不断 提高，目前已有大批智能型具备现场总线功能的低 压 开关、执行 器、电磁阀、变送器等设备得 到成功应 用。国外 的 一 些 电厂以及 国内的莱城、夏港、宁海、宣 威、纳雍和张掖等电厂及海南石化 汽电联产工程都 已开始进行现场总线设备应 用方面的实践。 2006年 ，华能玉环电厂41000M W超 超临界 机组的水处理系统采用了现场总线设备，应用效果 较好，基本 满足 了FC S所 要求的各种 功 能。不足 的 是这些设备大 多为国外进口。为进 一 步推 动我国现 场总线技术的发展，国家将 “ 现场总线智能仪表开发 研究 ” 列 为 “ 九五 ” 国家重点科研攻关项目，国内仪表 行业的主要 企业、研究所共 同参与，经多年技术攻 关，开发 出的现场总线技术协议已通过国际标准测 试。同时在现场总线型智能仪表的研发方面也取 得 了长足进步。随着越 来越 多高性 能现场智能产品的 出现和成功 应 用，设备级 基本满足 了F CS的要求， 为进 一 步推动FCS的发展 和应 用创造了条件。 3FC S与DC S相结合 的方案设计 为使FC S的控制 方式和操作手段更加完善，必 须扩展F C S的现有功能，提高对于复杂系统的决策 能力；与此同时，DC S的发展 也应进 一 步吸收和采纳 FC S先进控制策略的新思想 ．尽可能将功能分散，将 一 部分底层控制权 交给F C S，在提高控制效率、降低 系统风险的同时更加充分发挥较高层的系统协调管 理功能，这样 才能实现二者的优势互补；因此笔者提 出 了将FC S与DC S相结合来 完成火 电机 组自动化 改造的方案。 下面以内蒙古某电厂l台300 M W机 组的自动 化 改造 为例，讨论FC S与DC S相结合的改造方案。 该机 组在传统D C S下的点数统计如表 1所示 。 表1DC S点 数统计 表 3．1以D CS为中心实现对 全厂的监控 3．1．1总体要求 1坚持以DCS作为全厂的监控 中心； 2要求 复杂控制和重 要保护联锁纳入 DC S ； 3打破传统的D PU分配模式，实现真正意义 上的资源优化 分配 4采用开放标准网络通信协 议、成熟可靠的 网络接口，用以保证DC S与其他系统 的可靠通信。 3．1．2由DC S完成的控制 1模 拟量控制 系统M CS 是 由微处理器构成 的各个子系统组成，以锅炉 一 汽机 一 发电机 组作为 1个单元整体进行控制 ，使锅炉和汽机同时 响应控 制要求、满足负荷变化；同时燃料控制系统、主蒸汽、 再热蒸汽等子 系统 除调节功能外均在低负荷、汽机 跳闸及M F T时有重 要保护 联 锁 ，控 制 复杂因而其 控制策略 由DC S完成。 2S C S中炉侧 大联锁、制粉 小联 锁以及 机侧 给水 系统、高加 系统等重 要系统的联 锁保护涉及到 机 组的安全，必须由DC S完成。 3锅炉燃烧 管理系统B MS的燃油控 制、制 粉 系统控制以及M F T 保护必须 由DC S完成。 4由于D E H系统和 机 组协调控 制系统间存 在大量 的数据通信，且关系到汽轮机本体安全．因此 要求尽可能采用与DC S相同的硬件，并由DC S完 成相关控制。 3．2采 用FC S技 术 在本次改造方案 中，可 通过以下几种途径推广 使用FC S技术 内蒙古电 力技术2009年第27卷第4期 1对集 中布置的开关柜、阀 门电动机、电磁 阀，如二次风门、机炉侧低压控制马达、电动 门等采 用智 能型、数字 化、具备现场总线功 能的设备，既可 节约大量 电缆、I／ O模件、端子柜、中间继 电器柜，又 实现了现场设备状态的实时数字化监控 2由变送器、执行器组成的简单回路控 制系 统，如汽机轴封 自动调节、发电机定子冷却水温度 自 动调节、高／低压加热器水位自动调节等可采用现场 总线方式，将控制功能下移至现场层，同时减轻DC S 作为监控层的负担 3温度测 量 相 对集中的区域，如汽 包、过热 器、再热器、水冷壁 和汽机 缸等壁温 的测量 可采用现 场总线方式，以减少控制电缆、电缆桥架的数量 和相 应 的工程 量，降低工程造价； 4现在主 流P LC均具有 成熟的现场总线通 信能力，对电厂的辅助 系统，如输煤、气力除灰、锅炉 补给水、凝结水精处理等可采用就地P LC控制，以 此作 为底层监控层，以现场总线通信的方 式与DC S 联 网实现总线控制。 4改造效果 4．1经济性 改 造后，随着DC S点数的下降，系统 中电缆的 数量、安装费用及敷设成本都大大缩减，达到了较好 的经济效果。 2种改造模式的经济性比较见表2。 4．2技术性 改造 后 原DC S系统控 制点 数下降为传统 改 造 模式下点数的50％左右约3 000点，与此相关的 中间点也大量减少，中央控制器CPU的负荷率和网 络通信 率 大幅度下降，其 中负荷率可由高峰时的 60％左右降到30％以下 ，DC S可靠性 得到提高。同 表2两种模式经济性比较 时，运行人 员能对现场设备的运行状况进行更全 面 的了解，为提早发现设备缺陷、提前进行处理和消缺 创造了条件，这对于提高机组 运行的稳定性、减少机 组非停次数具有重要意义。 5建议 未来的 电厂 必将是 “ 数 字化 ” 的 电厂，要想构建 数字化的 电厂，就必须加强厂级监控信息系统SIS 和管理信息系统MIS的建设，而作 为监控 系统 的 DC S和F C S的不断发展 、完善、融合，智能型现场设 备的大量采用以及FCS的不断推广应 用已成 为构 建数字化电厂的必 要条件。 只有综合应用各种先进 的技术，才能建立起高效完备的实时数据库，在此 基 础上才能建立起真正意义的数字化电厂。 [参考文 献】 [1] 刘 超 明．现场总线控制 系统 的工程 设计【 J】 ．石油 化工自动 化，20084． 『 21薛宪民．现场总线在火电机组辅助控制系统 中的设计 与应 用I J J．热力发 电，200712 ． 实习编辑马婷 上都发 电有限责任公司4号机组微油点火 改造成效显著 2009 07 18 T0200。上都发 电有限责任公司4号机 组微油点火改造顺利完成。本次改造历时 3 d，应用先进微 油气化燃烧直接点火技术 ，在A磨 4根 m口 一 次风管上各加装1支小油枪，用小油 枪直接点燃煤粉。改造后锅炉启停耗油量 由每次60多 t减少到10 t左右 ，节油约50t，每吨油按照6000元计算，每次启机可节 省资金 30多万元 。 上都发电有限责任公司张 晓 磊、王建