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文檔簡介
火電廠智能自動控制的技術(shù)路線計算機分散控制系統(tǒng)(DistributedControlSystem-DCS)在發(fā)電廠中已經(jīng)普及應用,我們國家DCS的硬件水平早就躋身世界先進行列,但在機組控制應用軟件方面與先進工業(yè)國家相比還是有明顯的落差。1985年,從先進工業(yè)國家引進的350MW及以上等級燃煤機組中設計有數(shù)字式智能自動化系統(tǒng)(DIASYSDigitalIntelligentAutomaticSystem),APS(AutomaticProcedureStart-up/Shut-down-機組程序自動啟停系統(tǒng))和FCB(FCB-FastCutBacke-鍋爐快速減出力)功效作為DCS熱工控制的原則配備。一、先進控制的內(nèi)涵當代大型火電燃煤機組熱工自動控制的頭上有兩顆刺眼的明珠,一種是APS,另一種就是FCB。兩者都采用當代控制理論構(gòu)建了高度自動化和智能化的控制功效。1.APSAPS是依靠DCS能夠在燃煤機組規(guī)定的運行區(qū)間內(nèi)分階段遞進導引熱工控制系統(tǒng)完畢機組啟動或停止的自動程序控制,是當代電廠高度自動化、智能化的標志。這是由于,想要實現(xiàn)APS,全部參加APS的熱工控制必須含有“一鍵啟?!钡幕灸芰?,APS的先進控制令MCS、SCS、CCS等熱工控制系統(tǒng)的工作方式、控制方略和邏輯模塊在智能化方面有了脫胎換骨的變革。APS因DSS(每日啟停)方式應運而生,因APS而極大地提高了機組的熱工自動化水平,智能化的熱工自動控制成就了APS,相得益彰,增進了燃煤機組的安全、經(jīng)濟運行。APS也就成為評價電廠生產(chǎn)技術(shù)管理、熱工控制和機組運行水平高低的一種原則。即便電廠不是DSS運行方式,APS同樣值得大力推廣應用。2.FCB機組在高于鍋爐最低穩(wěn)燃負荷工況下正常運行時,因汽輪發(fā)電機組(內(nèi)部)或電網(wǎng)(外部)突發(fā)故障造成發(fā)電機與電網(wǎng)解列,甩掉全部對外供電實發(fā)功率,但鍋爐尚未發(fā)生MFT(MasterFuelTrip-主燃料跳閘)的瞬間,用以快速減少鍋爐出力維持“發(fā)電機解列帶廠用電”或“停機不停爐”運行方式且過程中能確保熱力參數(shù)不超出保護動作值的超馳控制功效。過往FCB的實踐充足證明,F(xiàn)CB“功在電網(wǎng)、利在電廠”。在電網(wǎng)出現(xiàn)大面積停電事故時,發(fā)電廠運用FCB功效“保廠用電”維持“孤島運行”,有助于電網(wǎng)在最短的時間內(nèi)恢復正常供電,其社會效益無法用簡樸的數(shù)字來預計,更有助于電廠提高機組運行安全水平、減少運行成本、延長機組壽命、避免超臨界直流爐爆管以及提高機組的節(jié)能效果。3.先進控制的特點DCS邏輯引入智能化模塊,在模擬量自動調(diào)節(jié)(MCS)回路中已經(jīng)全方面采用“傻瓜自動”,在開關(guān)量順控控制(SCS)中也全部應用了“一指聯(lián)鎖”,針對電廠特有的“復變參數(shù)”環(huán)境,采用了“交叉引用、條件自舉”控制方略,實現(xiàn)了熱工控制系統(tǒng)的“一鍵啟?!?。近些年來,在世界范疇內(nèi),許多國家都在火力發(fā)電廠燃煤機組招標技術(shù)規(guī)范中明確了APS和FCB作為熱工自動控制的必備功效,列入機組商業(yè)運行的考核項目,足以見得各國對燃煤機組APS的信任程度,形成一種應用先進技術(shù)的潮流,同時也表明APS和FCB已經(jīng)是一種非常實用的控制技術(shù)。二、國內(nèi)DCS應用現(xiàn)狀那么國內(nèi)電廠DCS應用控制的現(xiàn)狀是如何的呢?控制理念、邏輯方略和應用軟件仍停留在上個世紀八十年代初的水平。1.設備聯(lián)鎖絕大多電廠聯(lián)鎖設備的運行、備用和聯(lián)鎖開關(guān)的投、切以及狀態(tài)監(jiān)測、鑒定等互有關(guān)聯(lián)的一系列操作都由人工完畢。設備聯(lián)鎖人工投入時,①手動啟動第一臺設備,②待工藝參數(shù)穩(wěn)定,再手動合閘聯(lián)鎖開關(guān),第二臺設備投入聯(lián)鎖備用。切除時,③停止在運設備前,人工先行手動斷開聯(lián)鎖開關(guān),切除備用設備聯(lián)鎖,④手動操作停止在運設備。這是軟鍵盤的操作硬開關(guān)的方略。2.模擬量自動調(diào)節(jié)自動調(diào)節(jié)回路“手動/自動”的投切、調(diào)節(jié)器“手動”投“自動”之前調(diào)節(jié)器入口偏差的糾正,一切都要由人工判斷、人工決策和人工操作。與1975年代DDZ-Ⅱ電動單元組合儀表時代的操作沒有本質(zhì)區(qū)別,只但是操作平臺換成了DCS。3.次序自動控制SCS順控與MCS調(diào)節(jié)分別自成體系獨立存在,互相間缺失邏輯交集,步進過程中開關(guān)量自動控制和模擬量手動操作各行其是,形成不了有機關(guān)聯(lián)的整體而減少了自動控制性能。次序控制、自動聯(lián)鎖和自動調(diào)節(jié)共處同一工藝系統(tǒng)時,在次序自動控制進程中,自動聯(lián)鎖和自動調(diào)節(jié)的投、切時機要依靠操作人員來觀察、鑒定,并只能隨著著次序控制的自動步序人工伺機手動操作,把自動聯(lián)鎖和自動調(diào)節(jié)工作方式由“手動”轉(zhuǎn)向“自動”,手動操作與自動次序控制形成了“混搭”現(xiàn)象,既減少了工藝系統(tǒng)的自動化水準,又給系統(tǒng)控制安全帶來不擬定的風險。4.熱工系統(tǒng)“一鍵啟停”由于以上1.2.3.三方面應用軟件的缺點和局限性,現(xiàn)在電廠熱工控制系統(tǒng)尚不能實現(xiàn)“一鍵啟?!?。5.APS熱工系統(tǒng)“一鍵啟?!笔菍崿F(xiàn)APS的基礎(chǔ),沒有基礎(chǔ),無法構(gòu)建APS。6.FCB數(shù)年來,在控制理念方面存在較大錯誤認知,設備配備等方面受某些進口機組誤導,300MW等級及以上容量機組的FCB基本上處在空白狀態(tài)。三、先進控制推動規(guī)劃總體的指導思想:明確目的、全方面規(guī)劃、扎實基礎(chǔ)、分步實施。1.目的與規(guī)劃充足運用DCS硬件優(yōu)勢,對的把握當代科技發(fā)展動向,對標先進工業(yè)國家電廠先進控制水平,結(jié)合國內(nèi)實際狀況,功夫下在應用軟件的開發(fā)研制上,APS和FCB即使是一種復雜的熱工控制系統(tǒng),但APS和FCB也有自己的形成過程,只要找出APS和FCB的內(nèi)在的特性和規(guī)律,合理規(guī)劃APS和FCB的設計和實施計劃,完全能夠事半功倍。力求在三到五年時間能夠成功地全方面應用APS和FCB,實現(xiàn)電廠的“先進控制”。2.分步實施(1)智能化模塊攻關(guān)重要涉及下列基礎(chǔ)智能模塊和邏輯:1)模擬量三態(tài)式切換邏輯;2)超馳糾偏邏輯;3)開關(guān)量設備的本安開關(guān)邏輯;4)缺省自動選擇器邏輯;5)開關(guān)量和模擬量控制的“交叉引用、條件自舉”原則方略。(2)智能模塊構(gòu)建應用邏輯1)模擬量“傻瓜自動”模擬量自動調(diào)節(jié)回路“三態(tài)式自舉切換”,采用控制裝置品質(zhì)條件以及工藝設備狀態(tài)條件自舉轉(zhuǎn)換自動調(diào)節(jié)回路的工作方式,與“超馳糾偏”無縫銜接,模擬量調(diào)節(jié)回路從手動到自動的過程只需通過一次人工操作,后續(xù)的控制都由算法邏輯自動完畢,我們稱這種智能化、人工操作簡便的MCS為“傻瓜自動”。一臺600MW等級的燃煤機組大概有110個模擬量自動調(diào)節(jié)回路。2)開關(guān)量“一指聯(lián)鎖”自動聯(lián)鎖要含有聯(lián)鎖設備狀態(tài)監(jiān)測、鑒定的“思維”能力和“聯(lián)鎖開關(guān)投、切”的自動操作,還應含有在運設備記憶、電氣聯(lián)鎖、熱工聯(lián)鎖、異常自檢等功效。人工操作也簡化成一次完畢,猶如操作一部“傻瓜相機”。我們定義這種自動聯(lián)鎖為“一指聯(lián)鎖”。(3)熱工控制系統(tǒng)“一鍵啟?!?)鍋爐SCS規(guī)劃有①鍋爐給水、②給水泵小汽機潤滑油油/蒸汽、③鍋爐風煙、④鍋爐一次風、⑤鍋爐爐水循環(huán)泵、⑥鍋爐排空氣與疏水、⑦輔助蒸汽、⑧輕油、⑨鍋爐燃燒器管理系統(tǒng)(BMS)等共9個系統(tǒng)。BMS內(nèi)含鍋爐制粉系統(tǒng)的“一鍵啟?!?。2)汽機SCS;規(guī)劃有:①汽輪機凝結(jié)水系統(tǒng)、②循環(huán)水/閉式冷水系統(tǒng)、③汽輪機凝汽器真空系統(tǒng)、④低壓給水加熱系統(tǒng)、⑤高壓加熱給水系統(tǒng)、⑥汽輪機盤車系統(tǒng)、⑦汽輪機透平油系統(tǒng)、⑧汽輪機疏水系統(tǒng)、⑨發(fā)電機輔助系統(tǒng)等9個系統(tǒng)。3)機爐輔助系統(tǒng)除參加APS以外的鍋爐、汽機輔助系統(tǒng)開關(guān)量控制。(4)構(gòu)建APS與FCB1)構(gòu)建APS有了模擬量調(diào)節(jié)M/A站的“三態(tài)式”切換+PID調(diào)節(jié)器的“超馳糾偏”,就有了MCS的“傻瓜自動”。有了開關(guān)量控制的“本安操作開關(guān)”+“缺省自動選擇器”,就有了SCS的“一指聯(lián)鎖”。有了MCS的“傻瓜自動”和SCS的“一指聯(lián)鎖”,就能實現(xiàn)程序控制的“一鍵啟?!薄S辛顺绦蚩刂频摹耙绘I啟?!?,就有了構(gòu)建APS的堅實基礎(chǔ),APS也就水到渠成。2)構(gòu)建FCBFCB實現(xiàn)兩種控制功效:①機組負荷高于35%ECR(或不投油穩(wěn)燃負荷+5%ECR),汽輪機因故障跳閘,但鍋爐沒有MFT,停機不停爐。因機組內(nèi)部因素引發(fā)汽機跳閘而觸發(fā)FCB動作。②機組負荷高于35%ECR(或不投油穩(wěn)燃負荷+5%ECR),發(fā)電機因故障解列,但汽輪機轉(zhuǎn)速仍高于2950rpm,且鍋爐沒有MFT,發(fā)電機解列帶廠用電。因電網(wǎng)故障造成發(fā)電機解列觸發(fā)FCB。建議采用“排導法”實現(xiàn)FCB。汽輪機宜配備容量40%MCR汽機高旁+45%MCR低旁,鍋爐配備32%MCR過熱器PCV閥。PCV閥安裝在鍋爐過熱器聯(lián)箱出口蒸汽管道上,開閥即泄壓;方式簡樸,過熱蒸汽直排大氣,無需減溫,此為“排”。接到FCB指令立刻啟動汽機旁路,則為“導”。鍋爐PCV閥和汽機旁路閥的合力“排導”用于克制機組>75ECR時的鍋爐壓力飛升,負荷低于75%BMCR,PCV閥不必“排”,只用汽機旁路的“導”,由于鍋爐有足夠的壓力飛升空間。3.核心技術(shù)拓展(1)給水系統(tǒng)“一鍵啟?!卞仩t給水系統(tǒng)從啟動到停止,調(diào)動幾十臺套特性各異的設備,歷經(jīng)十多個工作方式轉(zhuǎn)換,有的過程相對簡樸,有的則相稱復雜。能實現(xiàn)“一鍵啟?!?、“投后不管”這種近乎“傻瓜”機的操作,也絕非運行規(guī)程的原版照排,控制邏輯已經(jīng)含有判斷進程方向、途徑,決定進退、轉(zhuǎn)轍的“自主思考”能力。在APS的導引下,成功實現(xiàn)“一鍵啟?!钡腻仩t給水系統(tǒng)無論在啟停的安全性、快速性、重復穩(wěn)定性、經(jīng)濟性等方面明顯高于人工操作,即使人工操作遵照了操作規(guī)程,人含有智慧,但人工只能串行操作,DCS能夠并行控制,各有所長。但是,這還只是能力大小的范疇。若賦予DCS起承轉(zhuǎn)合、自主決策的思維程式,哪怕是簡樸的智能邏輯算法,控制功效都會獲得極大地擴展和提高。欲解決復雜的問題,簡樸地采用傳統(tǒng)自動化的辦法已無力應對,采用更高一籌的智能化控制是解決問題的有力工具?!叭龖B(tài)式”模擬量調(diào)節(jié)、缺省自動選擇器、給水泵并/解列糾偏以及給水泵系統(tǒng)啟停的整體統(tǒng)籌是給水系統(tǒng)“一鍵啟?!钡暮诵募夹g(shù)。(2)鍋爐風煙系統(tǒng)“一鍵啟?!卞仩t風煙系統(tǒng)中含有8套自動聯(lián)鎖,工作是缺省聯(lián)鎖自動狀態(tài)。模擬量調(diào)節(jié)應用“一次硬操作、兩次軟邏輯”的功效,在“設備靜止”狀態(tài),調(diào)節(jié)回路就能夠工作在自動方式,DCS邏輯進行判斷,熱工裝置符合規(guī)定,進入Stand-By,工藝系統(tǒng)滿足規(guī)定,投入自動。開關(guān)量和模擬量信號交叉引用、互為因果,兩者融為一體實現(xiàn)程序控制。次序控制和模擬量調(diào)節(jié)無縫銜接,超馳控制,自動糾偏,鍋爐風煙系統(tǒng)完畢“一鍵啟?!?。(3)鍋爐制粉系統(tǒng)“一鍵啟?!卞仩t制粉系統(tǒng)被控對象現(xiàn)有開關(guān)量又有模擬量,控制方式現(xiàn)有次序控制又有回路自動調(diào)節(jié),并且設備次序啟停過程中,模擬量自動調(diào)節(jié)也在適時投入工作。因此,我們把鍋爐制粉系統(tǒng)控制訂義為:復變參量程序控制。制粉系統(tǒng)一鍵啟停的識別原則是:1)模擬量自動調(diào)節(jié)回路須能從工藝系統(tǒng)停止狀態(tài)至設備正常運行“自舉自動”。調(diào)節(jié)器定值隨動給定、偏差自動糾偏,從開環(huán)控制自動地投入閉環(huán)自動調(diào)節(jié),設備啟動前調(diào)節(jié)回路即可投入自動。2)開關(guān)量設備在設備級須有手動操作和自動控制兩種工作方式。杜絕次序控制過程中的手動/自動混搭現(xiàn)象,確保自動控制功效本質(zhì)安全。3)開關(guān)量設備冗余聯(lián)鎖須智能選擇、自動投入和切除,自動聯(lián)鎖投入時機應在設備啟動前。如果換一種說法,就是一旦按下制粉系統(tǒng)程序控制的“啟動”或“停止”按鈕,一切皆由自動裝置(DCS)自動控制和調(diào)節(jié),運行操作人員只需動眼不必動手,制粉系統(tǒng)即可設備啟動、鋪煤、制粉乃至吹掃,實現(xiàn)全過程、全工況、全自動運行。(4)鍋爐超前加速BIR鍋爐超前加速(BoilerInputRating,BIR)控制在鍋爐設備硬件不做變化的前提下,運用熱工控制方略動態(tài)加緊鍋爐適應不同運行工況,充足應用DCS的軟實力,縮短鍋爐出力、壓力和溫度反映時間,與汽輪機工作更加協(xié)調(diào),有助于火力發(fā)電廠燃煤機組提高供電質(zhì)量,是一種經(jīng)濟實用的技術(shù)。國外先進工業(yè)國家對BIR的應用研究已經(jīng)做得非常進一步和細致,現(xiàn)有理論指導,更有現(xiàn)場實踐,獲得廣泛應用。BIR含有三方面的技術(shù)特點,第一,控制的全方面性,不同于某些設計,僅在個別調(diào)節(jié)回路中加入前饋信號,BIR一經(jīng)動作立刻全方面發(fā)動,鍋爐燃燒、減溫調(diào)節(jié)等二十多個回路參加。第二,調(diào)節(jié)的針對性,每個調(diào)節(jié)回路設計有的放矢地調(diào)節(jié)控制對象,各自不同,但為實現(xiàn)整體目的又都異曲同工。第三,數(shù)據(jù)的實踐性,大量應用函數(shù)構(gòu)建控制方略框架,這些函數(shù)源于現(xiàn)場通過驗證的實驗成果。也正是這些實用性的特點,為發(fā)揮電廠多專業(yè)協(xié)作提供了有利條件。(5)全程CCS機爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(CoordinatedControlSystem,CCS)是機組重要的模擬量調(diào)節(jié)回路,CCS是實現(xiàn)APS全工況、全過程、全自動必不可少的支柱,擴展CCS的調(diào)節(jié)功效,創(chuàng)新“汽輪機高旁自動跟隨”(BER)方式,向負荷低端擴展機爐協(xié)調(diào)控制,實現(xiàn)了CCS主汽壓力調(diào)節(jié)的全程覆蓋,CCS能夠?qū)崿F(xiàn)主汽壓力全程自動調(diào)節(jié),為APS的成功奠定基礎(chǔ)。(6)APS一種完整的控制裝置,普通都由調(diào)節(jié)或邏輯運算功效的控制器和測量輸入、指令輸出的I/O接口構(gòu)成,例如DEH、SCS、MCS等系統(tǒng)。APS則獨具特點,控制功效全部靠軟件完畢,沒有任何一種硬接線的I/O接口,不會去直接控制某一臺具體設備的合閘、分閘,只與協(xié)同的控制系統(tǒng)進行信息和指令交換,起到機組啟、??刂频南到y(tǒng)導引(Guid)作用,自然而然的控制邏輯位居系統(tǒng)的頂層。打一種比方,APS更像一種交響樂隊的指揮,樂隊指揮固然不會去演奏某件樂器,手中的指揮棒卻能舞動樂隊演奏的旋律。BMS、MCS、DEH、SCS等則好比樂隊的樂手,各自用心操練一件樂器。樂隊指揮和樂手相輔相成,高水準的樂手才有高水平的演奏效果,再加上樂隊指揮高水平的演繹,方能奏出優(yōu)秀的樂章。如果我們稱帶有I/O接口的控制系統(tǒng)為“驅(qū)動型”的,APS的控制就是“指導型”的。APS會根據(jù)機組啟停的節(jié)奏分步給出系統(tǒng)將要實現(xiàn)的目的,發(fā)出的指令能夠看做是對多個功效控制發(fā)揮作用的“導引”,協(xié)同調(diào)度驅(qū)動型的控制系統(tǒng),由驅(qū)動型的控制系統(tǒng)去“實戰(zhàn)”,執(zhí)行啟、停有關(guān)的裝置和設備。執(zhí)行的效果要依靠驅(qū)動型系統(tǒng)的控制水平來獲取。因此,首先要提高功效控制的自動化水平。相對于過往傳統(tǒng)設計,圍繞APS需要開發(fā)多個帶有“人工智能”的新型控制方略。(7)FCB實現(xiàn)FCB重要有下列難度:1)運行工況嚴酷,成功的可能僅存瞬息由于突發(fā)故障,機
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