铜陵市燃气蒸汽联合循环电厂控制系统的设计综述.docx

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铜陵市燃气蒸汽联合循环电厂控制系统的设计综述

学号0909141051

毕业设计

课题铜陵市燃气-蒸汽联合循环电厂控制系统的设计

学生姓名王冬

院部电气工程学院

专业班级09级电气工程及其自动化

指导教师焦俊生

二0一三年六月

第1章绪论...................................................1

1.1燃气一蒸汽联合循环发电的背景及意义...............................1

1.2燃气一蒸汽联合循环发电特点.......................................1

1.3本论文的主要工作.................................................1

第2章燃机控制系统MARKVI.............................................3

2.1MARKVI控制系统的配置............................................3

2.2人机界面.........................................................3

2.3数据网络.........................................................4

第3章燃气-蒸汽联合循环机组控制系统设计电路...........................6

3.1联合循环机组的轴系配置...........................................6

3.2F级联合循环机组工艺系统构成.....................................7

3.3单套F级多轴配置联合循环机组的控制系统构成........................7

3.4F级单轴配置联合循环机组的控制系统构成............................7

3.5联合循环机组厂级控制系统构成.....................................9

3.6F级联合循环机组的控制系统优化...................................10

3.7需要注意的几个问题..............................................10

3.8结论............................................................10

第4章燃气--蒸汽联合循环技术的发展与评价............................11

4.1燃气-蒸汽联合循环原理...........................................11

4.2燃气—蒸汽联合循环发展趋势......................................11

4.3燃气-蒸汽联合循环发DI装置优点...................................11

4.4燃气-蒸汽联合循环发电装置优点....................................11

4.5燃气—蒸汽联合循环发展对策探讨..................................12

第5章控制系统调试运行中的一些问题探讨...............................13

5.1MARKVI与OVATION的通讯故障.....................................13

5.2LS2100静态变频启动系统的问题...................................14

结束语...............................................................15

参考文献.............................................................16

致谢..............................................................17

插图清单

图3.1.多轴联合循环发电机组多轴配置简图......................................................................6

图3.2发电机尾置式的单轴配置..........................................................................................7

图3.3V94.3A型联合循环控制系统网络图.......................................................................8

图3.4PG9351FA型联合循环控制系统网络图..................................................................8

图3.5M701F型联合循环控制系统网络图..........................................................................9

铜陵市燃气-蒸汽联合循环电厂控制系统的设计

摘要

以下一个气体蒸汽联合循环发电厂和背景、意义和控制系统研究发展的必要性进行了分析，考虑到目前国内还没有掌握大型燃气轮机控制技术的现状、新燃气轮机联合循环机组在国内外,主要模型——通用电气S109FA单轴联合循环机组标志VI配置的新一代燃气轮机控制系统,三冗余余结构、数据输入和输出处理机制和时间同步等主要问题进行了详细的分析和研究;并且剖析了DCS控制系统，主要介绍了艾默生公司有许多应用程序在燃气轮机电厂的DCS控制系统的网络结构、控制方法、主要配置的硬件和软件。

现在几个不同的控制方案,提出了燃气蒸汽联合循环电厂,并通过例子来描述如何操作温暖的分布式控制系统,燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机和辅助系统,为常见的原因和两个系统之间,,并给出了解决方案，燃气蒸汽联合循环电厂有一定参考价值来解决通信失败。

在静态频率转换开始在同一时间，光电隔离器,主要用于燃气轮机,MARKVI和通信设计创新,LS2100之间静态变频启动的系统配置、工作原理及保护功能进行了详细分析,同时还提出了EX2100励磁系统。

在系统的操作和励磁系统在调试问题也进行了分析讨论。

关键词:

单轴联合循环机组；LS2100静态变量频率；燃气轮机控制系统；MARKVI

TonglingCityDesignoftheControlSystemofGas-SteamCombinedCyclePowerPlant

ABSTRACT

Inthispaper,Followingagassteamcombinedcyclepowerplantandthebackground,significanceandcontrolsystemresearch.Developmentareanalyzed,thenecessityofconsideringthecurrentdomestichaven'tmasterthelargegasturbinecontroltechniqueofthispresentsituation,thenewgasturbineincombinedcyclegeneratingunitathomeandabroad,mainmodels-GES109FAofsingleshaftcombinedcyclesetsofMARKVItheconfigurationofanewgenerationofgasturbinecontrolsystem,thethreeredundantYuJiegou,datainputandoutputprocessingmechanismandtimesynchronizationandsoonmainquestionhascarriedonthedetailedanalysisandresearch;AndanalysisoftheDCScontrolsystem,mainlyintroducedtheEmersoncompanyhasnumerousapplicationsingasturbinepowerplantperformanceOVATIONDCScontrolsystemnetworkstructure,controlmethod,themainconfigurationofthehardwareandsoftware

Nowseveraldifferentcontrolschemewasproposed,gassteamcombinedcyclepowerplant,andthroughexamplestodescribehowtoMARKVIandwarmdistributedcontrolsystem,gasturbine,wasteheatboiler,steamturbineandauxiliarysystem,,andgivesthesolutionfora9fgassteamcombinedcyclepowerplanthavecertainreferencevaluetosolvethecommunicationfailures.InstaticfrequencyconversionstartatthesametimeturbineMARKVIandcommunicationdesignbetweenovation,LS2100staticvariablefrequencystartsystemconfiguration,workingprincipleandprotectionfunctionareanalyzedindetail,toEX2100excitationsystemisalsointroducedatthesametime

AgainstdomesticandMARKVIovationcommunicationfailurebetweenthetwosystems,andtheorycombinedwithpractice,analyzesthecommunicationfailurecause,andputsforwardtheconcretesolution,fordomesticgassteamcombinedcyclepowerplantshavecertainreferencevaluetosolvethecommunicationfailures.Instaticfrequencyconversionstartatthesametime

Intheoperationofthesystemandexcitationsystemindebuggingproblemsalsohascarriedontheanalysisdiscussion.

Keywords:

singleshaftcombinedcyclesetsofS109FA;System;Communication;LS2100staticvariablefrequencystart;GasturbinecontrolsystemMARKVI

第1章绪论

众所周知,中国是一个能源生产和消费能力的大国,按总初级能源消耗和电力生产,仅次于美国,位居全世界第二位,但人均产量排名世界第89位,能源生产有限大大限制了国民经济的快速发展。

因此优先发展能源产业,科学使用能源资源,将成为我国长期的战略任务之一。

1.1燃气一蒸汽联合循环发电的背景及意义

所以很长一段时间,火电在我国和世界占有主导地位的电力工业,但依靠燃煤蒸汽轮机电是用来实现发电效率不高,增加煤炭污染（如二氧化硫和氮的各种氧化物），虽然效率的热能从不足38%的参数的电站一直提高到大约40%到41.9%的参数，有的可以达到44.5%的发电厂,是发展最先进的单位的最高功率效率也仅仅为47.7%。

对于环境保护,虽然现在煤电站开发了各种环境保护措施,比如使用废气脱硫（FGD）装置解决问题的方案,但硫排放的效果不是很好,占20%至25%的整厂总投资成本、运行费用是非常昂贵。

而且烟气脱硫设备使用会造成供电效率下降1%左右。

所以对于大多数发展中国家,烟气脱硫措施通常只能梦想。

而燃气轮机,尤其是生产的大型燃气蒸汽联合循环发电机组,虽然有许多优点,但是解决了面临两大问题。

1.2燃气一蒸汽联合循环发电特点

与燃煤蒸汽轮机电厂、燃气-蒸汽联合循环有以下主要特点:

（1）一个气体蒸汽联合循环发电效率高。

（2）单位停止速度、峰值性能优越,其速度快的称之为“黑启动”。

（3）良好的环保性能。

（4）占地面积小。

联合循环电站占地面积只有普通电厂大约30%-30%,建筑面积只有20%的发电厂。

（5）耗水量少。

（6）电厂建设周期短。

燃气轮机系统安装和施工方便和快速。

（7）运行自动化程度高。

联合循环发电厂使用先进的分布式控制系统,所以需要一员工和维护成本，和操作可用性比燃煤联合循环汽轮机动力装置是可怜的,可以达到85%至90%左右。

（8）在相同的条件下,投资成本用低。

1.3本论文的主要工作

本文旨在提高技能水平的联合循环电厂控制系统设计,适应快速发展的一个天然气蒸汽联合循环电厂建设,加快发展我国具有自主知识产权的燃气轮机控制系统,本文具体地做研究方法,解决这个问题的建议如下：

（1）详细讨论了通用的MARKVI，它是最新的燃气轮机控制系统，主要结构和特点和它的数据输入和输出处理机制,复杂的结构,和时间同步等问题作了详细的介绍。

（2）一个气体蒸汽联合循环机组组成及其功能,分析了DCS控制系统,已广泛应用于燃气轮机发电厂是主要介绍了艾默生公司的DCS控制系统包括网络结构、控制方法、主要配置的件和软件。

（3）讨论了运行中存在的控制系统调试,分析失败的原因,并提出了解决故障。

对于所有的正常运行和优化提供参考。

本文分为五章，各章工作如下：

第1章绪论。

第2章燃机控制系统MARKVI。

第3章燃气-蒸汽联合循环机组控制系统设计电路。

第4章燃气--蒸汽联合循环技术的发展与评价。

第5章控制系统调试运行中的一些问题探讨。

。

第2章燃机控制系统MARKVI

世界只要是与通用燃气轮机电站设备、燃气轮机控制系统都用的是MARKVI与通用电气。

这是因为它的本体的复杂控制系统,硬件和软件要求的控制系统可以非常高,因为需要保密和业务操作，没有使控制系统的核心技术转让给其他工厂,工厂也造成大量的生产控制系统,没有掌握通用燃气轮机控制核心技术,所以购买通用燃气轮机只有常用系列控制如MARKVI系统。

因此,把握MARKVI尤其重要,这有利于他们的安全与经济运行的单元,实现交换的技术市场策略有着非常重要的作用,因此本章对MARKVI一定分析和研究的控制系统。

2．1MARKVI控制系统的配置

MARKVI控制系统主要分为三个部分:

HMI人机界面、数据网络和控制模块

1.PDH厂级系统公路数据网络（包括数据高速公路）PDH是一个对外开放（如DCS网络系统,它将HMI（接口）服务器和操作员站、打印机、历史数据电台和其他控制系统连接到互联网,但不是MARKVI控制器直接连接,只有通过UDH和通信。

2.单位级数据高速公路网络UDH（单位数据高速公路）UDH之间的通信控制器和服务器,它不直接开到外面的世界,只能通过服务器或PDH外部通信。

2．2人机界面

　　HM1人机界面由人机界面在形式的客户机、服务器、安装构成

一台电脑和WindowsNT操作系统,可以配置为操作员站、服务器、历史数据电台等,也可以成为一个工程师站,安装控制系统工具箱（工具包）,从而进行I/O和系统配置。

1.控制模块

控制模块是使用21个插槽的UME标准类型的框架。

中心部分的控制内阁从上到下分别为

,和。

每一个控制模块是最左边的块VCMI通信卡,第二UCVX优先卡。

然后可以选择性地应用到各种信号处理卡一个VME,有10种卡可供选择。

MARKVI轮控盘所有卡件的连接方式从MARKVI采用带状电缆和通用接插组件改为母板和卡件直接接插的形式。

2.UCVE控制器　

3.控制系统的核心卡由UCVE控制,它的功能是处理数据,并且呼叫控制存储逻辑、算法、通信和UDH。

UCVE模块配置如下:

中央处理器：

intel300MHZ。

DRAM内存的:

32MB的内存,16MFLASH备忘录。

QNX操作系统QNX软件系统有限公司,POSIX兼容（它是在便携功能的UNIX操作系统），以太网接口:

10/100baseTXRJ45连接器

UCVE模件具体通讯功能如下：

嵌入式EGD通信协议之间进行通信,PLCCIMPLICITY人机界面。

原位测点数据发送可以接受电脑的指令。

MODBUS协议、嵌入式以太网、负责任的和之间的通信控制器和MARKVIDCS。

COM1：

RS232接口，COM2：

串行MODBUS接口。

工程师站工具和上传,下载,和它们之间的通信控制器。

高速处理器的一部分UCVX和DRAM和闪存,缓存缓冲区内存,以太网端口和两个串行RS-232-c端口。

它提供了通过以太网端口之间的通信和UDH,COM1串行端口支持监测和诊断的低水平。

除了UCVBUCVXUCVD是控制其他的两个版本。

VCMI通信卡VCMI通信卡是用来接受外部数据,完成数据交换网络通信和数据交换一个投票,并将数据发送到主要处理卡UCVX,通过UCVXVME总线传输。

一般主柜VCMI—卡有三个BNC连接器,和远程柜VCMI通信卡只有一个BNC连接器。

4.I／O卡37插头连接器“D”和I/O卡使用电缆连接到各自的接线端子板,接线端子板是插头,栅栏式端子线、各种卡片和终端板有不同的组合,可以进一步扩展。

通过该网络可以下载工具包里的I／O配置，而在线修改程序，这代表着在运行时，I／O板就能够接受调整过后的命令和数据。

伺服回路能够以每秒200次的速度在伺服板运行在某些I／O板上面。

5.端子板

端子板的作用是提供接线点，并把信号输出给三个不同的37针D型连接器，用于到（R）,（S）和（T）的I／O板的电缆。

每种I／O板具有它的自己的特定的端子板，有的具有不同连接器的组合。

由于输出电路是一个电势单点故障，因此端子板最少量化从根本上限制到了过滤器和保护装置的有效电路。

2．3数据网络

从网络结构图中可看出，MARKVI控制系统设置有三级数据通讯网络：

PDH网（PlantDataHighway）,UDH网（UnitDataHighway）还有I／0NET网。

1.厂级数据高速通讯网络PDH

PDH是高速数据通信网络及厂市、冗余配置,连接到人机界面（HMI）或数据服务器和其他远程站,用户电脑、打印机、网络操作,并负责与其他系统,MARKVI如发电厂分散控制系统（DCS）或第三方设备,如不是通用电气、PLC等）之间的数据通信。

通信速度为每秒100，使用非屏蔽双绞线（UTP）或10/l00MBPS光纤以太网、支持与DCS通信协议TCP/IP以太网GSM,以太网TCP/IP,mdbusRTUn81Modbus和RS232/485。

GSM协议的以太网TCP/IP数据包传输的事件驱动的消息,周期高分辨率报警,国企时间标记等。

2.输入输出网I／Onet

3．I/O.net控制三个保护模块和包含在控制通信网络之间的处理器和扩展模块、通信介质使用同轴电缆的BNC（T连接器,终端阻抗、电缆50个从每个段落应当限于185米）,连接VCMI通信卡和I/O网（网络结构）链路层协议是电气与电子工程师学会（IEEE）IEEE802.3以太网标准。

应用程序层协议用于输入或输出状态的处理和交换的特殊语言（ADL）适应角色的异步设备信息。

I/O.net支持控制器最高运行速度大约100次每秒。

VCMI/0.净主站,还提供I/O时钟,轮询其远程接口模块的数据。

一个无线电命令连接每一个CMI从I/O站网,导致他们使用他们的信息在形式的连续反应。

你需要告诉多长时间延迟,然后试图发送到每一站,以避免冲突中。

使用这个网站来以每秒lOmbps速率运行，I／ONet就能够在每一毫秒（8兆赫位的速度）传输1000b的信息包。

4.三冗余系统的结构

三重冗余型结构有三个机模块组成，分别不同与其他的控制器。

每个控制器本身包含了电源、处理器和I/0模块、通信模块、通信模块VCMI有三个独立的I/0（IO.net-R,IO.net,IO.net-T-S）,使三个控制器,,和可以网络从三I/0接收三冗余数据,冗余数据通过软件三个容错技术VCMI（SIF1）投票表决后,把数据放入控制器（UCVX）,他们都有相同的控制程序,三套控制程序在并行,外部计算机如HMI人机界面是让数据从指定只有一个控制器。

因此,当单一信号失败咯系统不会造成破坏的过程控制。

控制模块控制模块控制R0S0模块是用来保护电路和跳闸,MARKVIVPRO子系统提供了保护,它是完全独立TMRVPRO,它有一个控制器和完整的电力系统,三冗余传感器采用独立的输入信号,输出已经跳闸继电器电路,该电路投票主要的后备保护重要的功能。

5.三冗余的操作

在三冗余,冗余的每个通道在操作的顺序是输入、投票、计算和输出分别。

指定操作根据时间间隔是一个框架。

对每一帧被设置为固定值用于指定场合的应用。

帧同步可以使所有的控制器和相关I/0控制器同时对于一个给定的模块框架处理数据。

在10到25hz控制系统的容许误差的SOF几微秒的时间：

SOF的定时误差将影响控制的总响应时间,因为选民将被推迟,直到至少两个控制器有新的数值计算。

要求同步约束来自使用lms精密测量接触时间的一般是国有企业。

三个控制器R、S和T包含相同的硬件和软件,但是是不同的执行某些功能，我们可选择特定的一台控制器去完成不同的功能：

在启动时,提供其他两个控制器初始化数据;

保持主机时钟;

如果其他两