600MW超超临界机组DCS IA系统供货范围解析.docx
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600MW超超临界机组DCSIA系统供货范围解析
600MW超超临界机组DCSI/A系统供货范围说明
1概述
上海Foxboro有限公司有着多年在控制领域领先的技术和控制经验,针对于600MW超超临界机组我们配置了一套符分散控制系统——IA,以实现电厂建设中关于机组中各项在技术规范书中要求的控制功能和满足今后在电厂中控制系统保持可靠,经济,先进等方面的控制方案。
基于上海Foxboro有限公司多年来对过程控制系统的研究和积累的火电厂控制方案的经验,以成功的方案和成熟的技术根据本项目技术规范书的要求提供一套完整并且应用于本项目的控制方案。
以下的方案是我们在对600MW超超临界机组成功地完成控制系统的设计、组态、培训、服务的基础上提出的。
我们为很多工程提供了实现DAS、MCS、SCS、ECS、BMS(FSSS)和DEH,MEH的IA分散控制系统积累了各种电厂锅炉的控制经验并且熟悉发电厂的运行要求,为更高级的控制和运行需要提供了技术依据。
通过我们与所有相关单位的密切合作,一定能够使这个配置方案充分发挥出DCS的能力,使用户获得最佳的效益。
1.1工程概述
工程安装2×600MW超超临界燃煤机组。
锅炉、汽轮机、发电机为哈尔滨锅炉厂有限责任公司、哈尔滨汽轮机有限责任公司、哈尔滨汽轮发电机有限责任公司的产品。
1.2主设备及辅助设备概况
1.2.1锅炉:
超超临界、变压运行直流炉、带启动循环泵、单炉膛、一次中间再热、平衡通风、墙式切圆燃烧、紧身封闭结构、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型。
锅炉型号:
HG-1795/26.15-YM1型
锅炉主要热力参数如下表:
名称
单位
BMCR
BRL
35%BMCR
过热蒸汽流量
t/h
1795
1622
627
过热器出口蒸汽压力
MPa(g)
26.15
25.92
13.34
过热器出口蒸汽温度
℃
605
605
605
再热蒸汽流量
t/h
1464
1331
544
再热器进口蒸汽压力
MPa(g)
4.83
4.39
1.73
再热器出口蒸汽压力
MPa(g)
4.62
4.19
1.64
再热器进口蒸汽温度
℃
350
338
332
再热器出口蒸汽温度
℃
603
603
587
省煤器进口给水温度
℃
293
286
230
预热器出口一次风温度
℃
334
333
302.8
预热器出口二次风温度
℃
350
347
306.7
排烟温度(未修正)
℃
128
128
116
排烟温度(修正后)
℃
123
123
108
燃料消耗量
t/h
351
324
142
计算热效率(按低位发热量)
%
93.5
93.5
92.35
保证热效率(按低位发热量)
%
93
——
——
截面热负荷
MW/m2
4.61
4.25
1.85
容积热负荷
kW/m3
81.58
75.3
32.8
燃烧器区域热负荷
MW/m2
1.40
1.29
0.56
一次风率
%
33
——
——
炉膛出口过剩空气系数
--
1.15
1.15
1.50
注:
1.压力单位中“g”表示表压。
“a”表示绝对压(以后均同)。
2.锅炉B-MCR工况对应于汽机VWO工况。
1.2.2汽轮机:
超超临界、一次中间再热、单轴、两缸两排汽、单背压、凝汽式汽轮机。
汽轮机具有八级非调整回热抽汽,给水泵汽轮机排汽进入主机凝汽器。
汽轮机额定转速为3000转/分。
汽轮机型号:
CLN600-25/600/600型
汽轮机主要参数汇总表
名称
单位
TRL工况
T-MCR工况
VWO工况
THA工况
功率
MW
600
624
646.80
600
热耗率
kJ/kWh
7629
7439
7462
7422
主蒸汽压力
MPa(a)
25.0
25.0
25.0
25.0
再热蒸汽压力
MPa(a)
4.30
4.33
4.53
4.12
主蒸汽温度
℃
600
600
600
600
名称
单位
TRL工况
T-MCR工况
VWO工况
THA工况
再热蒸汽温度
℃
600
600
600
600
主蒸汽流量
t/h
1707.21
1707.21
1793.00
1621.11
再热蒸汽流量
t/h
1387.51
1396.49
1462.82
1329.63
高压缸排汽压力
MPa(a)
4.78
4.81
5.04
4.58
中压缸排汽压力
MPa(a)
1.02
1.05
1.09
1.00
低压缸排汽压力
kPa(a)
11.8
4.9
4.9
4.9
低压缸排汽流量
t/h
972.58
974.41
1014.46
933.98
补给水率
%
3
0
0
0
1.2.3发电机:
额定功率为600MW,水氢氢冷发电机
型号:
QFSN4-600-2型
额定容量
705MVA
额定功率
600MW
最大连续输出容量
与汽轮机T-MCR工况相匹配(注:
在额定氢压、额定功率因数、冷却介质38℃下与汽轮机功率相匹配)
额定电压
20kV
额定功率因数
0.85(滞后)
频率
50Hz
额定转速
3000r/min
绝缘等级
F(注:
按B级绝缘温升考核)
短路比
≥0.48
瞬变电抗X
≤0.28
超瞬变电抗X
≥0.21
效率
≥98.9%
相数
3
极数
2
定子绕组接线方式
YY
承受负序电流能力
稳态I2/IN
≥10%
暂态(I2/IN)2t
≥10s
额定氢压
0.4MPa
漏氢量
≤10Nm3/24h
噪音(距外壳水平1m,高度1.2m处)
≤90dB(A)
励磁性能
顶值电压
≥2倍额定励磁电压
响应时间
<0.1s
允许强励持续时间
20s
1.2.4辅助设备
a)制粉系统采用中速磨煤机、正压直吹式制粉系统,每台锅炉配6台中速磨煤机,其中1台备用;
b)每台锅炉配6台电子称重皮带给煤机,5台运行1台备用;
c)每台锅炉配2台定速、电动、轴流式、动叶可调一次风机;
d)每台锅炉配2台定速、电动、轴流式、动叶可调送风机;
e)每台锅炉配2台定速、电动、轴流式、静叶可调吸风机;
f)每台锅炉配2套一次风暖风器、2套二次风暖风器及其附件;
g)每台锅炉配2台效率为99.86%的双室五电场静电除尘器;
h)每台机组配置二台50%B-MCR容量的汽动给水泵,一台电动定速给水泵作为启动用泵,每台汽动给水泵有一台定速电动机拖动的前置泵;
i)回热系统配置3台高压加热器、4台低压加热器、1台除氧器。
j)空气预热器采用三分仓,分成一次风、二次风和烟气系统三个部分
1.3建设规模
本期工程初步设计内容为扩建2台600MW超超临界燃煤机组及相关配套设施。
1.4设计范围
1.4.1主厂房内锅炉、汽轮机、发电机、除氧给水及辅助系统;
1.4.2主厂房内采暖通风、凝结水精处理、化学加药取样的仪表和控制;
1.4.3脱硫系统的仪表和控制;
1.4.4锅炉补水处理的仪表和控制;
1.4.5除渣和除灰的仪表和控制;
1.4.6循环水泵房仪表和控制;
1.4.7空压机房仪表和控制;
1.4.8废水处理和制氢站的仪表和控制;
1.4.9机组和辅助车间闭路电视监视系统
1.4.10热工试验室设计;
1.4.11厂级监控信息系统(SIS)的设计等。
2热工自动化水平和控制楼布置
2.1热工自动化水平
2.1.1机组的运行方式
本期工程的2台机组主要承担基本负荷,同时也能够满足电网调峰的要求。
启动时,根据机组的状态(冷态、温态、热态、极热态)及转子的热应力要求等参数升速、升负荷。
正常运行时,根据机组负荷选择定压运行或滑压运行。
2.1.2自动化水平
2.1.2.1本工程将采用以微处理器为基础的分散控制系统(DCS),在集中控制室内实现对单元机组的监视和控制功能。
并考虑DCS远程控制站和智能采集前端方案。
DCS配置与全厂时钟系统(GPS)的接口。
自动化水平的设计将满足下列基本要求:
a)在集中控制室内实现机组的启停,启动阶段的部分准备工作需辅助运行人员就地协助;
b)在集中控制室内实现正常运行工况的监视和调整;
c)在集中控制室内实现异常工况和紧急事故处理。
2.1.2.2每台机组设1套分散控制系统(DCS),完成对每台机组的控制。
同时设置分散控制系统(DCS)公用网络段,完成对2台机组公用系统的控制。
每台机组的运行人员都可通过其操作员站对2台机组公用设备进行监控,但相互间应有闭锁功能。
2.1.2.3运行人员以DCS操作员站(彩色LCD、键盘、鼠标)、BOP网络操作站及等离子显示器作为机组的监控中心。
不设置常规显示仪表和报警光字牌,仅在操作台上配置必要的锅炉、汽机、发电机的硬接线紧急停止按钮及重要辅机、脱硫烟气旁路挡板的硬接线操作按钮,以确保机组在紧急情况下安全停机。
2.1.2.4除启动阶段的部分准备工作需辅助运行人员就地协助完成外,机组的启动、停止、正常运行和异常工况的处理均在集中控制室内完成。
2.1.2.5根据锅炉、汽机的运行特点设计完整的模拟量调节系统(MCS),保证机组安全、经济运行。
在启动和运行的过程中,按要求自动或手动投入相关的调节回路。
单元机组包括机炉协调、机跟炉、炉跟机和手动4种运行方式,在机炉协调运行时,接受SIS负荷分配单元的负荷指令,调整机组负荷,实现全厂负荷优化控制。
2.1.2.6顺序控制系统(SCS)按功能组级、子功能组级和驱动级设置。
2.1.2.7本期工程设置辅助车间控制网络和工业电视监视系统,即每个辅助系统(车间)采用独立的可编程序控制器(PLC)实现控制,通过冗余的辅助控制系统通讯网络(BOP网)将每个PLC控制系统连在一起,构成辅助车间集中监控系统。
其操作员站布置在集中控制室,在集中控制室操作台上设置辅助车间操作员站,对各系统的运行状态进行监视及控制,下设3个控制点:
输煤、水处理及除灰渣。
该辅助车间集中监控系统通过网络服务器与厂级监控信息系统(SIS)实现通讯,向全厂生产及管理人员提供实时信息,为实现全厂生产优化及生产调度提供信息基础。
考虑到各辅助车间的施工进度不一,不同辅助车间的调试、试运行的不同步性,在各辅助车间视情况分别设置就地上位机,作为临时操作员站(工程师站)。
在各车间设备调试初期,即使整个辅助车间监控网络未调试好,就地上位机也可以对所属系统进行调试或运行监视。
待系统正常运行后,操作人员在集中控制室内通过辅助车间集中监控系统的操作员站对各辅助车间进行统一监控,使集中控制室室真正成为全厂的监控中心。
就地上位机操作站仍保留,作为就地运行人员不定期巡视使用。
循环水泵房采用DCS的远程控制站接入机组DCS网络中,在单元控制室内通过DCS的操作员站对其进行监控。
2.1.2.8设置全厂工业电视监视系统(CCTV),对于无人值班的辅助车间运行状况、一些重要辅助设备的运行状态及一些危险区域的情况,通过就地摄像头、传输电缆把现场的视频信号传到集中控制室、生产厂长办公室等,在CRT终端上实时显示,以便对全厂的各个生产及辅助生产场所进行直观的监视。
2.1.2.9设置厂级监控信息系统(SIS),以便对电厂所有机组进行性能分析及优化控制。
2.1.2.10每台机组烟气脱硫的监视和控制采用一套独立的DCS来实现。
该脱硫DCS与机组DCS采用相同的硬件,脱硫系统的DCS控制柜布置在脱硫系统的就地电子设备间内(分别位于脱硫电控楼和石灰石及石膏制备车间),并设置必要的DCS就地操作终端,用于初期的调试和运行。
同时设置脱硫DCS公用网络段,完成对2台机组脱硫公用系统的控制。
每台机组的运行人员都可通过其脱硫操作员站对公用设备进行监控,但相互间应有闭锁功能。
FGD-DCS通过网络服务器与SIS实现通讯。
2.1.2.11机组设置一套汽机瞬态数据管理系统(TDM),利用专家系统分析软件对汽机TSI系统的数据进行实时采集并对出现的故障进行分析。
2.1.2.12对机组金属壁温、轴瓦温度、发电机线圈等测点较集中的部分采用智能采集前端,通过通讯进入DCS系统。
2设备的供货范围
根据技术规范书的要求,机组的运行需求和用户提供的资料。
我们为本工程提供先进、可靠、完整的、代表当今自动控制技术最新水平、符合电厂控制要求的IA分散控制系统。
系统硬件包括:
●过程处理部分
●中控室设备
●通讯系统及其接口
a)过程处理部分
过程处理部分是电厂控制系统的核心,对于机组的安全,经济,有效的运行具有重要的作用。
是实现锅炉保护(FSSS),模拟调节(MCS),顺序控制(SCS),电气控制系统(ECS),数据采集(DAS)及脱硫控制等与工艺过程和设备直接相关的功能。
过程处理部分分为如下几个主要组成部分:
●控制处理机
●I/O和SOE系统
●电源系统
●机柜
●其它附件
针对过程控制部分的基本要求是:
●具有高可靠性。
在各种工况下确保过程安全。
●系统从功能和物理结构上具备分散与灵活性。
适应工艺过程和工厂环境中的各种要求。
●系统的实时与快速性。
可以在控制器或I/O组件中处理回路。
保证机组中需要高速处理,以最快的速度完成控制或在远程需要的时候可以在控制器与I/O组件之间通讯故障的时候确保过程控制系统的正常运行。
例如汽轮机ETS中的紧急保护所需要的和循环水泵房的控制需要。
●开放性。
在完成任务的同时能够实现多种通讯方式在系统本身以多个层面上的通讯能力实现通讯功能。
●灵活的物理布置方式和适应能力强大的组件。
可以满足系统在设计的时候或今后系统扩展的时候以最简单和经济的方式安排布置系统设备,可以布置在机组的任何一个地方,以确保系统具有最大的利用率。
●强大的抗干扰能力。
在发电厂中的强电磁干扰状态下可以正常工作而不至于误报信息。
我们提供的IA系统完全满足上述要求。
i.控制处理机的分配
控制处理机CP270是执行控制逻辑、数据采集的最基本的组件,具有很高的可靠性和对工业过程的适用性,系统中大部分控制逻辑被组态在这里。
这里需要说明的是,部分需要高速处理或有特殊要求的控制逻辑可以根据需要组态在I/O组件中,我们提供的I/O组件同样具备相应的控制逻辑运算功能。
FCP270是Foxboro公司在2004年推出的新一代控制处理机。
CP270的主要技术特点如下:
∙ElanSc520100Mhz处理器;
∙16MBSDRAM+32MBflashmemory内存;
∙独立于工作站工作,在工作站关机或死机时仍能正常工作;
∙具有故障安全FAILSAFE功能;
∙可组态4000个控制块;
∙每秒可执行10000个控制块;
∙可联接120个现场I/O卡件,最多至3840个I/O点;
∙多至12000点的OM对象管理数据库;
∙宽范围电源工作:
26V~39VDC;
∙可联接10个多变量控制器MVC,优化控制过程;
∙容错的设计原理,两个控制处理器同时工作,不存在冗余的切换时间,优于冗余的工作方式;
∙表面贴片SMT焊接,工艺品质高;
∙具有抗射频干扰RFI回路,抗干扰能力强;
∙可带电拔插,带电更换;
∙全密封设计,对环境的要求低;
∙环境要求:
5%~95%湿度,无凝结;温度:
-40~+70℃;
∙I/O距离:
使用10BASE2细缆为185米,使用光纤时为2公里,使用光纤扩展时为20公里;
用于控制的CP270全部是冗余配置的。
按照设计单位和业主对系统的划分方法,同时考虑到今后电厂对控制系统的维护和调试的方便,我们确定了如下的控制功能子系统区。
此项目由于业主对控制器的分散度要求非常高,因此对于单元机组DCS系统共配置了27对冗余FCP270控制器,DEH配置了2对冗余FCP270控制器,MEH配置了2对冗余FCP270控制器,ETS配置了单独的1对FCP270:
控制器具体的分配方案如下:
FC5001:
FSSS1A、B磨
FC5002:
FSSS2C、D磨
FC5003:
FSSS3E、F磨
FC5004:
FSSS4油系统
FC5005:
FSSS5MFT
FC5006:
BSCS01A侧风烟
FC5007:
BSCS02B侧风烟
FC5008:
BSCS03炉侧疏水
FC5009:
BSCS04炉侧杂项
FC5010:
TSCS01汽泵A、凝结水泵A
FC5011:
TSCS02汽泵B、凝结水泵B
FC5012:
TSCS03启动给水泵、开式水、闭式水
FC5013:
TSCS04低压抽汽、辅汽、低加
FC5014:
TSCS05高压抽汽、主汽、低加、真空系统
FC5015:
TSCS06氢、水、油
FC5016:
MCS01协调、燃料
FC5017:
MCS02风烟系统自动
FC5018:
MCS03炉侧减温、分离器
FC5019:
MCS04二次风1
FC5020:
MCS05二次风2
FC5021:
MCS06给水、凝结水、除氧器、旁路
FC5022:
MCS07高加、低加、辅汽
FC5023:
MCS08氢、水、油
FC5024:
ECS01
FC5025:
ECS02
FC5026:
ECS03
FC5027:
SOE/COMM
公用系统控制器分配如下:
FC0001:
公用系统热控
FC0002:
5#机组循环水泵(远程I/O方案)
FC0003:
6#机组循环水泵(远程I/O方案)
FC0004-006:
公用系统电气部分
I/O组件的配置
我们提供的I/O设备均采用带有微处理器的智能化组件,可以在I/O组件上组态逻辑,使控制策略可以分散在不同的地方。
由于使用了智能化的设备,在I/O层面上具备通讯接口可以与外部的智能化的设备进行连接,支持的通讯方式有标准的串口通讯MODBUS;现场总线协议ProfiBUS和FieldFoundationBUS。
这样系统本身就具备了如下的能力:
●通过通讯接口使控制处理机共享外部数据实现真正的数据集成,使控制器的资源在系统中得到充分的发挥;
●广泛的通讯协议的支持能力,确保系统可以和各种外界的非Foxboro公司的产品接口,同时也支持了今后用户其他产品的升级换代的需要。
同样的我们提供的I/O设备,全部具备隔离措施,完全满足技术规范书的要求。
同时I/O设备的环境温度的适应能力可以达到70℃,也就是说我们提供的I/O设备可以布置在电厂机组的任何一个地方。
在以往的工程中,我们采用过在发电厂中全部使用远程I/O的方式实现控制与监视。
我们提供的所有的DO信号全部采用继电器扩展,用户可以根据需要更换继电器的种类以适应所带载负荷可能的接点数量和容量的匹配问题。
对于I/O系统而言,由于采用了光纤通讯,我们允许控制器和I/O之间的接地不采用同一个接地。
由于控制处理机采用的电源系统与I/O系统采用两路独立的系统,所以I/O系统中任何一个电源问题都不会影响控制处理机CP270的正常运行。
这样就避免了I/O组件与控制器都布置在一个电源下面导致的由于系统机柜中公用的部分损坏而影响控制器从而进一步影响机组的安全带来的问题。
我们提供的I/O组件的主要特征如下:
●独立的光电A/D隔离;A/D转换分辨率:
15位;精度为:
AI为0.03%,AO为0.03%;
在制造过程中检测修正硬件所造成的误差并且将修正曲线固化在I/O组件中的芯片中,保证了组件的精度。
●诊断至通道级;
●环境要求:
5%~95%湿度,无凝结;温度:
-40~+70℃;高度:
-300~+3000米;金属外壳全密封设计防止外界污染;
●具有SMITH防抖动功能,抖动时间可选;
●AI输入阻抗61.5Ω(电压输入),AO负载能力为750Ω;
●可防止600VAC电压冲击;
●DI查询电压:
使用I/A电源为48VDC,使用外部电源可高至110VDC;
●PI信号最大频率可达25000Hz;
●冗余的24VDC供电;
●具有专门的HART协议、PROFIBUS协议、FOUNDATIONFIELDBUS协议组件,可直接联接智能现场设备;
●具有MODBUS通讯I/O组件,通讯接口RS-232、RS-422、RS-485可选;
●DI组件可作为SOE组件使用,SOE精度为1ms;
●DI/DO组件可组态为执行梯形逻辑PLB,用于快速回路,根据梯形逻辑的复杂程度,执行时间为2~5ms;
●可冗余的AO组件。
根据规范书中要求的用量和裕量,配置了相关的I/O组件。
各种类型的I/O组件在相应的系统中的配置见设备清单及系统配置图。
ii.SOE系统
SOE系统提供事件监视,记录和报表打印功能。
一个SOE事件表示一个数字量信号状态的变化。
SOE系统相关组件采集这些信号变化并打上时间标签,使系统可以识别事件发生的顺序。
我们提供的系统中DI可以兼做SOE的输入使用。
所以,在I/A系统中,每一个DI点均可以用作SOE点,所不同的是仅仅需要在组态时候定义一下就可以了。
iii.电源和接地系统
提供了一个电源分配柜,用于分配用户提供的交流电源。
通过其内部的分配,保护,开关回路将它们分配给所有的DCS设备。
包括控制处理机机柜,I/O系统机柜,人机接口,工程师站及相应的辅助设备,控制处理机柜和I/O系统的电源供应详见下列描述。
我们提供的IA系统的接地要求完全满足技术规范书所提出的连接至电厂的电气接地网,不要求独立的接地系统。
在控制处理机与I/O组件之间通过通讯隔离组件FCM10实现通讯,在I/O子系统与控制处理机之间没有电气上的直接联系,因此,我们可以将2个部分分别接地,只要满足上述的接地要求就可以了。
一般而言,控制处理机的机柜布置在电子设备间里,I/O组件的机柜布置在靠近现场测点或集中布置在电子设备间中。
布置在电子设备间中的I/O组件的机柜采用与控制处理机的机柜一致的接地方式,在现场I/O组件的机柜接地可以和符合国家电气安全接地标准的接地指标就可以了。
I/O组件的具体清单详见设备清单。
iv.机柜
我们提供的系统采用NEMA12/4(IP52/56)标准机柜,采用自然通风的方式。
设备在机柜中全部安装在底板和导轨上,与机柜的结构无关。
所以,我们提供的系统可以根据现场实际情况设计机柜的大小尺寸。
机柜的配置详见设备清单。
b)中控室设备
i.操作员站
单元机组的操作员站由4台WP70(P92),所有的操作员站均是I/A最先进的控制网络MESH网络上的一个节点。
可供4个运行人员同时工作。
这4台操作员站各自可以独立监视机组上所有需要监控的数据信息,使人机接口系统有很高的可靠性。
我们提供的操作员站WP70(P92工作站)采用标准并且开放的技术适应下一代使用使命的的人-系统接口,WP70(P92工作站)具有如下的功能和特点:
●操作员站可采用汉字进行编辑
●生产过程画面及实时数据显示
●操作窗口显示及实时操作
●实时及历史趋势显示
●报警显示
●报表制作及显示
●事件追忆
●操作员行为纪录并且可以召唤打印
●
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