電廠行業(yè) 集控

1、1火力發(fā)電集控運行 利用4C技術（即Computer計算機技術、Control控制技術、Communication通信技術、CRT圖形顯示技術）對火力發(fā)電生產過程進行高度自動化的集中監(jiān)控，以實現(xiàn)對機組的啟停控制、運行狀態(tài)及參數(shù)的監(jiān)視調整、事故情況下的緊急處理，保證火力發(fā)電廠連續(xù)、安全、經(jīng)濟運行。 2 火力發(fā)電廠的集控對象 3 全廠管控一體化集控運行 管控一體化是采用廠級實時監(jiān)控系統(tǒng)SIS（Supervisory Information System）把企業(yè)管理信息系統(tǒng)MIS（Management Information System）與生產過程DCS集控系統(tǒng)聯(lián)為一體，實現(xiàn)全廠生產的一體化數(shù)字管

2、理和控制。,圖1.1 燃煤火力發(fā)電廠集控系統(tǒng)組成,4 全廠管控一體化組成 SIS系統(tǒng)：主要為火電廠全廠實時生產過程綜合優(yōu)化服務的生產過程實時管理和監(jiān)控的信息系統(tǒng)。,MIS SIS DCS,5 單元機組DCS控制系統(tǒng)的組成 MCS及CCS； FSSS； SCS； DAS； DEH； BPS； TAS； ECS。,第2章 火力發(fā)電機組的集控規(guī)律,火電廠機組的運行控制方式隨著電力技術和控制技術的發(fā)展而發(fā)展，其發(fā)展經(jīng)歷了如下幾個階段： 1、機、爐、電單獨控制 早期的中、小型機組電廠，一般均采用單獨控制，其主要特征是：鍋爐、汽輪機、電氣都有自己單獨的控制室，控制室之間通過熱工信號、電話聯(lián)系，同時設置有機

3、、爐、電輔機的控制操作室，控制分散，就地控制量大，控制室對設備運行的監(jiān)視主要依靠常規(guī)表計完成，控制使用強電信號實現(xiàn)。 該控制方式與當時機組設備水平和控制技術水平有關 （1）、設備情況：因鍋爐的設備故障率較高，采用母管制，單臺設備啟/?；蚬收现灰獙δ腹軟]有影響，一般不會影響其他設備的運行。 （2）、控制的自動化水平不高，信號的采集和處理水平較低，不能實現(xiàn)集中的控制。,2 、集中控制 隨著機組容量的增大和再熱機組的出現(xiàn)，使控制方式發(fā)生了較大的變化，因為再熱機組一般采用單元制（或擴大單元制）鍋爐、汽輪機、發(fā)電機單元制設置，其縱向聯(lián)系已成為一個整體，對設備的監(jiān)視、控制操作要求協(xié)調一致，機、爐、電單獨控

4、制已不能適應機組運行的要求，結合當時控制技術的發(fā)展，形成了集中控制方式，即將機、爐、電控制室集中為一個控制中心，使機、爐、電可以密切配合，協(xié)調操作，便于運行管理的統(tǒng)一指揮，有利于機組的安全經(jīng)濟運行。 從控制本身也有較大發(fā)展，增加了大量的自動調節(jié)控制，由強電控制發(fā)展為弱電控制，再到計算機控制，增加程序控制和順序控制，增加機組的保護裝置，使用智能儀表等。,3、單元機組集散控制（DCS控制系統(tǒng)） 現(xiàn)代大型發(fā)電機組均使用分散控制方式 分散控制的概念：DCS分散控制系統(tǒng)指控制功能分散、風險分散、操作顯示集中、采用分布式結構的智能網(wǎng)絡控制系統(tǒng)。 隨著機組容量的增大和實現(xiàn)單元制集中控制，就在的信息量和操作量

5、大大增加，（500MW機組比50MW的信息量增大倍，操作量增大倍，信息量：200MW在1千點左右，300MW機組在3千點左右，600MW機組在萬點左右）要求機組控制的自動化水平應不斷提高，同時計算機技術和控制技術的發(fā)展為集散控制系統(tǒng)的應用提供了保證。,4、火電廠的集控-全廠管控一體化 它采用廠級實時監(jiān)控系統(tǒng)SIS（Supervisory Information System）把企業(yè)管理信息系統(tǒng)MIS（Management Information System）與生產過程DCS集控系統(tǒng)聯(lián)為一體，實現(xiàn)全廠生產的一體化數(shù)字管理和控制。具有4個層次,5、 發(fā)展的趨勢： 區(qū)域電網(wǎng)對發(fā)電機的自發(fā)電控制 區(qū)

6、域電網(wǎng)對發(fā)電機的自發(fā)電控制：在電力系統(tǒng)內用戶負荷發(fā)生變化時，直接由電網(wǎng)調度中心的能量管理系統(tǒng)EMS（Energy Manage System，即電力調度自動化系統(tǒng)的總稱）及時調整系統(tǒng)內各機組的發(fā)電出力，保證供電連續(xù)性，并使頻率偏移指標符合規(guī)定要求的優(yōu)化運行控制；在互聯(lián)的區(qū)域電網(wǎng)間進行聯(lián)絡線交換（買賣）負荷的控制。,2.1 集控方式-DCS分散式控制 2.1.1 分散式控制系統(tǒng)的應用及發(fā)展 1 DCS發(fā)展 （1）第一代DCS 20世紀70年代中期第一代DCS由控制站、操作顯示站、數(shù)據(jù)通信站與管理計算機組成，實現(xiàn)了回路分散和控制站與操作站功能分離。,（2）第二代DCS 20世紀80年代中期，產生了

7、第二代DCS。它由具有獨立運行能力的分散“微機站”組成，各微機站控制不同的生產過程，站與站之間通過網(wǎng)絡傳遞信息，是近年來電廠應用最普遍的方式，第二代DCS具有如下特點： 控制回路由分散到局部集中，是否要雙機雙站冗余由用戶選擇。 多功能軟件供用戶任意選擇。 有專門的I/0子系統(tǒng)對現(xiàn)場信號進行采樣、預處理和輸出處理，節(jié)省CPU的時間和空間，供用戶實施先進控制策略。 完善的顯示功能。,（3）第三代DCS 特點： MMI人機接口功能完善； 開放與互操作； 現(xiàn)場總線； 先進控制技術。,世界各國主要制造商已將 DCS 形成功能齊全、配置靈活的系列產品。分析各制造商其系統(tǒng)結構和功能可歸納以下五 個特點： （

8、1）硬件積木化 （2）軟件模塊化 （3）控制組態(tài)化 （4）通信網(wǎng)絡化 （5）高可靠性,2、國內外主要制造商 目前世界上主要制造商有 Foxboro（美）、SIEMENS（德）、ABB（瑞士）、Emerson（美）、HITACH（日）、LEEDS &NORTHRMP（美）、Honeywell（美）、Hartmann & Braun（德）、Yokogawa（日）、等。 在國內 DCS 廠家中，最大的供貨商依次為：浙大中控、和利時、上海新華、上儀、四聯(lián)、威盛等。 新華控制工程公司的XDPS-400、北京和利時的FOCS 和國電智深公司的EDPF-NT，華能信息產業(yè)公司的PINECONTROL，都已在

9、多個電廠試驗應用的基礎上，經(jīng)過改造提高后、達到或接近國外廠家同類的DCS 水平，并已在200、300WM 機組改造或新建工程中得到廣泛應用，受到電廠的歡迎和好評，且其價格低于國外成套進口的設備。,2.1.2 分散式控制系統(tǒng)的基本結構及組成 DCS的結構可歸納為“三點一線”式結構。“一線”即DCS計算機網(wǎng)絡；“三點”即連接到網(wǎng)絡上的三種不同類型的節(jié)點。這三種節(jié)點為：過程控制站（現(xiàn)場I/O控制站）、操作員站、工程師站。,(1)過程控制單元（過程控制站or現(xiàn)場I/O控制站） 是完成對現(xiàn)場I/O處理并實現(xiàn)直接數(shù)字控制的網(wǎng)絡節(jié)點。主要功能有：數(shù)據(jù)采集和處理功能、數(shù)據(jù)轉換功能、基于網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的局部自動控制、

10、回路計算及閉環(huán)控制、順序控制功能以及脫離與DCS其他部分的對現(xiàn)場執(zhí)行最基本的控制功能等。,(2)操作員站 是處理與運行操作有關的人機界面功能的網(wǎng)絡節(jié)點。主要功能就是為系統(tǒng)的運行操作人員提供人機界面，使操作員可以通過操作員站及時了解現(xiàn)場運行狀態(tài)、各種運行參數(shù)的當前值等，并可通過專用操作設備對運行過程進行控制，以保證生產過程的安全、高效、高質。,(3)工程師站 是對DCS進行離線的配置、組態(tài)工作和在線的系統(tǒng)監(jiān)視、控制、維護的網(wǎng)絡節(jié)點。其主要功能是提供對DCS進行組態(tài)的工作，并在DCS在線運行時實時監(jiān)控DCS網(wǎng)絡上各個節(jié)點的節(jié)點情況，使系統(tǒng)工程時可以通過工程師站及時調整系統(tǒng)配置及一些系統(tǒng)參數(shù)的設定，

11、從而使DCS系統(tǒng)在任何時候都處于最佳的工作狀態(tài)。,(4)DCS的系統(tǒng)網(wǎng)絡 實現(xiàn)過程控制單元與操作員站、工程師站間的信息傳遞、數(shù)據(jù)交換、共享。采用局域網(wǎng)，其結構包括：星形、總線型和環(huán)形。,21,2.2 單元火電機組的模擬量控制,模擬量控制是用于完成對單元主機及輔助系統(tǒng)的閉環(huán)調節(jié)控制，由機爐負荷協(xié)調控制系統(tǒng)(CCS)及機爐各子系統(tǒng)組成。 具體包括： CCS，燃燒控制，溫度控制，給水控制，制粉系統(tǒng)控制，脫硫分散控制系統(tǒng)的模擬量控制等。,22,2.2.1 機爐負荷協(xié)調控制 1 單元機組協(xié)調控制系統(tǒng)的組成 （1）組成 1）協(xié)調控制級：相當于機爐調節(jié)系統(tǒng)的指揮機構，起上位控制作用；由負荷指令邏輯處理器和機

12、組主控制器組成。 2）基礎控制級：鍋爐、汽輪機子控制系統(tǒng) 3）單元機組。,圖2.2 單元機組協(xié)調控制系統(tǒng)的組成框架,24,（2）協(xié)調控制系統(tǒng)主要功能是： 控制鍋爐的汽溫、汽壓及燃燒率； 改善機組的調節(jié)特性，增加機組對負荷變化的適應能力； 主要輔機故障時進行RUNBACK處理； 機組運行參數(shù)越限或偏差超限時進行負荷增減閉鎖，負荷快速增減以及跟蹤等處理； 與BMS配合，保證燃燒設備的安全運行。,2 負荷指令邏輯處理器的組成及作用,圖2.3負荷指令邏輯處理器的組成示意圖,（1）負荷指令邏輯處理器組成： 由負荷指令運算回路和負荷指令限制回路組成。,（2）負荷指令邏輯處理器的功能： 選擇并形成外部負荷指

13、令。 在機組的設備及主參數(shù)都正常的情況下，機組的外部負荷要求指令來自三方面。 產生內部負荷限制指令。 比較內外負荷指令輸出機組負荷指令。,負荷指令運算回路的主要任務是： 根據(jù)負荷控制要求選擇目標負荷指令的形成方式。 考慮汽輪機等主設備的熱應力變化的要求和機組負荷跟蹤能力，對目標負荷指令信號進行適當?shù)淖兓氏拗啤?對機組參加電網(wǎng)調頻所需負荷指令信號的幅值及調頻范圍做出規(guī)定。 綜合以上因素給出機組目標負荷指令N1 負荷指令限制回路的主要任務是： 根據(jù)主輔機運行狀態(tài)、指令是否達到設定的上下限、參數(shù)偏差是否越限等輸出允許負荷N2。 比較N2和N1后輸出N0.,當機組的主機、主要輔機或設備發(fā)生故障，影響

14、機組的實際負荷，或危及機組的安全運行時，就要對機組的實際負荷指令進行必要的處理，以防止局部故障擴大到機組其它處，甚至引起單元機組停機事故。 單元機組的主機、主要輔機或設備的故障原因有兩類： 第一類為跳閘或切除，如某臺風機跳閘等，這類故障的來源是明確的，可根據(jù)切投狀況加以確定。 第二類為工作異常，其故障來源是不明確的，只能通過測量有關運行參數(shù)的偏差間接確定。,（3）內部負荷限制指令：,針對以上兩類故障，對機組實際負荷指令的處理方法有四種：,處理第一類故障的方法:,負荷返回（RUN BACK RB）（或稱甩負荷）；,快速負荷切斷（FAST CUT BACK FCB）；,負荷閉鎖增/減（BLOCK

15、INCREASE/DECREASE-BI/BD）和負荷迫升/迫降（RUN UP/DOWN）。,處理第二類故障的方法,負荷閉鎖增/減（BLOCK I/D）和負荷迫升/迫降（RUN UP/DOWN-RU/RD）。,2）輔機故障減負荷指令（負荷返回 RUN BACK）,負荷返回，也常稱為甩負荷或減負荷。它是指在機組運行時，如果某個影響機組出力的輔機跳閘，則主控系統(tǒng)迅速減小負荷指令，使負荷指令與機組此工況下最大可能出力相一致。 同理，若汽機輔機發(fā)生跳閘而產生負荷返回，則機組將以鍋爐跟隨方式運行,1)最大/最小允許負荷限制回路,圖2.4 負荷返回回路,預熱器、送風機、引風機、和一次風機各2臺，為50容量

16、； 5臺25容量的磨煤機； 發(fā)電機定子冷卻失水時負荷返回。,3）.負荷快速切斷（FCB）,負荷快速切斷是指當主機（汽輪發(fā)電機）發(fā)生跳閘時，快速切斷負荷指令，維持機組繼續(xù)運行。 兩種情況： 用電負荷跳閘，不停機不停爐； 發(fā)電機跳閘，停機不停爐。,4）.負荷閉鎖增/減（BLOCK I/D） 負荷閉鎖增/減指的是，當機組在運行過程中，如果出現(xiàn)下述任一種情況，第一，任一主要輔機已工作在極限狀態(tài)，比如給風機等工作在最大極限狀態(tài)。 第二，燃料量、空氣量、給水流量等任一運行參數(shù)與其給定值的偏差已超出規(guī)定限值，就認為設備工作異常，出現(xiàn)故障。該回路就對實際負荷指令加以限制，即不讓機組實際負荷指令朝著超越工作極限

17、或擴大偏差的方向進一步變化，以防止事故的發(fā)生，直至偏差回到規(guī)定限值內才解除閉鎖，這就是所謂的負荷指令閉鎖或負荷閉鎖。 負荷閉鎖分增閉鎖（BLOCK INCREASE，即實際負荷指令上升方向被閉鎖）和減閉鎖（BLOCK DECREASE，即實際負荷指令下降方向被閉鎖）。,4)負荷迫升/迫降(RU/RD)回路 一旦運行參數(shù)超限，動作， BI/D是第一道防線， RU/RD是第二道防線。,（4） 負荷控制方式 1）機基本（爐跟機）負荷控制： 汽機主控手動，控制負荷；鍋爐主控自動，控制汽壓。特點： （i）響應負荷的速度快；適應調峰機組。（ii）汽壓波動大；（iii）變負荷的幅度較小。 2）爐基本（機跟爐

18、）負荷控制： 汽機主控自動，控制汽壓，鍋爐主控手動，控制負荷；特點： （i）汽壓波動小；（ii）響應負荷速度慢，適應帶基本負荷。,（4） 負荷控制方式 3）機爐協(xié)調負荷控制： 機爐主控均投入自動，鍋爐調整汽壓，汽機調整負荷，特點：（i）汽壓穩(wěn)定；（ii）響應負荷速度快，適應帶基本負荷和調峰。 4）手控方式： 鍋爐主控手動，調整燃燒，控制汽壓；汽機主控手動，控制負荷。,2.3 汽輪機自動控制 2.3.1 中間再熱汽輪機的功率特性及控制特點 (1)中間再熱改變了機組的功率特性機組功率變化N。 如圖a所示。當外界負荷增大，高壓調節(jié)閥馬上開大，高壓缸的功率P1馬上增加。但由于中間容積大，要等中間容積內

19、汽壓上升之后，中、低缸的功率P2才會增加，即中、低缸的功率有一滯后。,(2)中間再熱器降低了機組一次調頻能力，應采用高缸動態(tài)過調和機爐協(xié)控加以改善,圖2.8 機組一次及二次調頻的功率變化示意圖,(2)中間再熱器降低了機組一次調頻能力，應采用高缸動態(tài)過調和機爐協(xié)控加以改善 為解決中、低缸的功率滯后及一次調頻問題，要求高壓缸在動態(tài)過程的開始階段就有所過調（即高壓缸多開一些），暫時彌補中、低缸的功率滯后。等中間容積的儲汽參數(shù)穩(wěn)定之后，中、低缸的功率滯后消除，再將高壓調節(jié)閥過調逐漸消失。圖b所示。,(3)必須設置中壓調門參與調控 中間再熱容積的存在，加之大機組轉子飛升時間短，因此，甩負荷之后，即使高壓

20、調節(jié)閥全關，但中間容積的儲汽足以使機組超速（4050) %。故需設置中壓調節(jié)閥，機組甩負荷之后，同時關閉高中壓調節(jié)閥，機組停止運行。 為保證中間再熱式汽輪機有較高的經(jīng)濟性，應減小中壓調節(jié)汽門的節(jié)流損失，要求它在較大的負荷范圍內保持全開，而只在甩負荷時能與高壓調節(jié)汽門一起參與調節(jié)，迅速關閉，以維持汽輪機空轉。,(4)采用單元制運行方式 a.機爐動態(tài)響應時間的差異 機爐動態(tài)響應時間相差很大。機只有78s，而爐長達100250s。 b.機爐最低負荷的不一致 機的空載汽耗量僅為58，爐穩(wěn)定燃燒的最低負荷3050。 c.再熱器的冷卻問題 再熱器處于鍋爐煙道中煙溫較高的區(qū)域，需要大蒸汽量冷卻，汽機空載汽耗

21、量小于再熱器最小冷卻流量。,(5)須設置汽輪機高、低壓旁路并協(xié)調好DEH與TBS的控制策略,(6)須考慮DEH與CCS在控制策略上的協(xié)調 DEH及CCS都有一次調頻設置 通常采用設置： DEH及CCS的一次調頻均投入，DEH功率回路不投。,44,1 DEH的四種運行方式： 手動方式 當控制器故障時，通過手動直接控制閥門開度，以維持汽輪機運行，因此它是一種備用方式。 操作員自動控制方式 DEH在CRT上為操作員提供操作指導，但轉速的升降及速度的變化均由運行人員通過鍵盤輸入DEH. 汽輪機自動控制方式(ATC) DEH根據(jù)汽輪機高、中壓轉子熱應力、脹差、軸向位移、振動等情況自動控制汽輪機的升速、待速、并網(wǎng)、升負荷及跳閘等。 CCS遙控方式 僅用于機組正常負荷調節(jié)過程，其負荷遙調指令直接由ccs以負荷增、減脈沖信號發(fā)給DEH。,2.3.2 DEH控制,45,2 DEH的基本功能 轉速和功率控制； 閥門試驗和閥門管理； 運行參數(shù)監(jiān)視； 超速保護； 手動控制。 注：什么是閥門管理？ 大功率汽輪機有多只高壓調節(jié)閥，每只調節(jié)閥有一個獨立的伺服控制回路，閥門的開啟需要一個專用程序進行管理，使閥門開啟按預先設定的順序進行。,46,1 TSI系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)測參數(shù)： 轉速監(jiān)測；零轉速監(jiān)測；大軸偏心；軸、瓦