Реферат: Опыт поэтапной модернизации систем контроля и управления с переводом на микропроцессорную технику на блоках 120 мвт Назаровской грэс

Опыт поэтапной модернизации систем контроля и управления с переводом на микропроцессорную технику на блоках 120 МВт Назаровской ГРЭС


Шорохов В.А., канд. техн. наук, Курочкин Д.А., Царев С.А., Сергиенко С.П., Полухин В.М., инженеры.

ЗАО «СибКОТЭС», Назаровская ГРЭС


На примере работ на 6-ти блоках Назаровской ГРЭС показан процесс эволюционного развития систем автоматизации энергоблоков. Представлены изменения в алгоритмах регулирования от первых схем к последним. Показано поэтапное наращивание функций и интеграция отдельных подсистем в единую систему. Описаны решения по структуре ПТК, операторскому интерфейсу и реализации информационных подсистем.


^ Ключевые слова: энергоблок, контроль и управление, модернизация и развитие, автоматическое регулирование частоты и мощности.


Красноярским филиалом ЗАО «СибКОТЭС» в течение нескольких лет проводятся работы по модернизации систем контроля и управления (СКУ) энергоблоков Назаровской ГРЭС. Объект внедрения представляет собой дубль-блок с пылеугольными котлами ПК-38 и турбиной Т-120/160-130. Котлы прямоточные с промперегревом. Каждый котел оборудован пылесистемами прямого вдувания с шахтными мельницами и воздушной сушкой топлива.

Работы начались в 2003 году с целью выполнения комплекса мероприятий, обеспечивающих участие энергоблоков 120 МВт Назаровской ГРЭС в первичном регулировании частоты в соответствии с Приказом РАО «ЕЭС России» №524 от 18.09.2002 г.

В 2003-2005 годах работы по созданию автоматизированных систем первичного регулирования частоты (АСПРЧ) на энергоблоках №5 и №6 выполнялись коллективом организаций ОАО «Сибтехэнерго», ОАО «СибВТИ» и ЗАО «СибКОТЭС».

В 2005-2008 г. работы по последовательному созданию систем автоматического регулирования частоты и мощности (АРЧМ) блоков №3, №2, №4, №1 и модернизации систем АСПРЧ блоков №5 и №6 выполнялись силами Красноярского филиала ЗАО «СибКОТЭС».

Совместно со специалистами Назаровской ГРЭС, была разработана и принята к исполнению концепция поэтапной модернизации систем контроля и управления (СКУ). [1]. Данная концепция предполагает постепенную интеграцию в единую систему, отдельных локальных управляющих и информационных подсистем.

Такой подход, при минимуме затрат, позволяет решать следующие задачи:

 регулирования технологических параметров в полном объеме, включая автоматическое регулирование частоты и мощности блока;

 дистанционного управления регулирующими органами;

 отображения на экране компьютера состояния оборудования, контроля и сигнализации отклонения параметров;

 архивирования данных о ходе технологического процесса;

 регистрации отклонений параметров;

 расчета технико-экономических показателей;

контроля и непрерывной диагностики, как датчиков, так и средств ПТК.

Работы по созданию автоматизированной системы первичного регулирования частоты (АСПРЧ) на энергоблоке №6 начались в октябре 2003 года.

Система была построена по схеме САУМ-У [2].

Данная система включала в себя следующие регуляторы: тепловой нагрузки котла (РТН), разряжения в топке котла (РР), общего воздуха (РОВ), питания котла (РПК), давления пара перед турбиной («до себя») и частотный корректор (ЧК). В проекте было предусмотрено три варианта регулятора тепловой нагрузки, (два варианта с импульсом «по теплу») и с поддержанием температуры среды в промежуточном сечении парового тракта [3].

Система была выполнена на базе ПТК Simatic S7-300 (CPU 315-2DP) фирмы Siemens. Остальные регуляторы остались без изменения - на традиционных средствах. Представление информации оперативному персоналу было организованно в виде таблиц регуляторов, основных параметров блока и параметров с кнопками управления выбранного регулятора (рисунок 1). Вся информация выводилась на один монитор, АРМ не дублированный. Управление оборотами ПСУ групповое.

По результатам наладки и испытаний к работе был принят вариант схемы РТН с непосредственным контролем температуры рабочей среды. В октябре 2004г. после проведения испытаний система была сдана в опытную эксплуатацию.

Главной и, наверное, единственной функцией этой системы было обеспечение участия блока в первичном регулировании частоты. Несмотря на относительно низкую стоимость и небольшой объем монтажных работ, отметим ряд недостатков:

- групповое регулирование оборотов ПСУ, что не позволяет оптимизировать работу мельниц и поддерживать заданную нагрузку котла при отключении или изменении производительности одной из пылесистем;

- использование в качестве сигнала по расходу топлива значения управляющего напряжения на блоке регулирования скорости вращения ПСУ (БРС), что не дает возможности отрабатывать возмущения при включении/отключении ПСУ, и приводит к необходимости настройки на средние значения при работе ПСУ в разных сочетаниях;

- отсутствие возможности перестроения структуры регулирования (переворота) при возникновении технологических ограничений, что приводит к нарушению режимов работы оборудования.

В августе 2004г. началась работа по проектированию АСПРЧ для блока ст. №5.

В отличие от системы блока №6 здесь была введена схема индивидуального управления оборотами ПСУ, добавлены регуляторы загрузки мельниц, второго и аварийного впрыска, давления до разделительной задвижки и корректирующий регулятор содержания кислорода за топкой котла. Введена схема форсировки первичного воздуха, позволяющая улучшить динамику изменения нагрузки котла, за счет ускоренного выноса пыли накопленной в мельницах (рисунок 2).

Кроме того, проектом были предусмотрены схемы с изменением структуры АСР при возникновении ограничений по тяге и дутью, сушильной и размольной производительности пылесистем. Схемы с переменной структурой при ограничении по тяге и дутью в полном объеме реализовать не удалось, они были выполнены в виде запретов на увеличении нагрузки котла при наступлении ограничения. Даже такой «урезанный» вариант схем позволил избежать существенного отклонения разрежения и кислорода от заданных значений, что в свою очередь также повышает экономичность и надежность работы котла.

Устранив вышеперечисленные недостатки, при проведении работ по блоку №5 обострились другие моменты:

- не наглядный интерфейс оператора-технолога;

- сложность внесения изменений в схемы авторегулирования;

- недостаточность сигналов для анализа поведения объекта.

Эти моменты постарались учесть в следующей работе.

В марте 2005г. были начаты работы по созданию АРЧМ блока №3.

Система выполнена на базе ПТК Simatic S7-400 (CPU 414-3DP). Для третьего блока была выбрана концепция открытого интерфейса инженера наладчика, позволяющая вносить изменения в схему регулирования без знания языков программирования нижнего уровня. Для этого была создана библиотека специализированных программных модулей. Представление информации организованно в виде мнемосхем, представленных общей мнемосхемой блока, с основными параметрами (рисунок 3) и мнемосхем отдельных функциональных групп, с более подробным их представлением.

Управление осуществляется с виртуального блока управления (рисунок 4), путем нажатия «мышкой» на кнопку Б (больше) или М (меньше), А или Д (автоматическое или дистанционное управление) соответствующего регулятора. При этом «выпадает» график с отображением основных параметров регулятора (сигнал задания, положение регулирующего органа, значение регулируемого параметра).

Система была реализована по схеме САУМ-1. Были добавлены регуляторы первых впрысков и регулятор мощности, была разработана система перестроения структуры с учетом технологических ограничений. Для 3-го блока был расширен объем представления информации. Кроме сигналов необходимых для реализации регуляторов первого впрыска, добавлены сигналы расходов воды на впрыски, давления и расхода острого пара, температура воды за водяным экономайзером и указатель положения РКВД «до себя».

В декабре 2006г. в АРЧМ была интегрирована система температурного контроля металла поверхностей нагрева котлов, с организацией сбора информации на удаленной станции.

Несмотря на недостатки в работе технологического оборудования, выявленные в ходе наладки, система АРЧМ блока №3 была доведена до работоспособного состояния. По окончанию наладочных работ были проведены испытания с имитацией снижения и увеличения частоты на 0.223 Гц (рисунок 5).

В мае 2006 года начались работы по созданию АРЧМ блока №2. В кратчайшие сроки (июнь - июль) был выполнен проект, поставка и монтаж системы. Причем работы выполнялись параллельно. Монтаж шел «с колес». Конечно, все это невозможно было бы сделать без четкой организации и координации работ между Исполнителем, службами Заказчика (цех ТАИ, электроцех и группа эксплуатации) и монтажной организации ООО «Красноярскэнергоремонт» (КЭР). В августе блок был введен в работу с управлением от ПТК. К сожалению, наладочные работы в полном объеме пришлось перенести на 2007 год, так как блок был остановлен в резерв по причине «паводкого» года и избытком мощности в энергосистеме.

Система также выполнена на базе ПТК Simatic S7-400 (CPU-414-2). Проектные схемы регулирования аналогичны схемам блока №3. Информационная система в отличии от блока №3 была расширена сигналами по мощности двигателей дутьевых вентиляторов и дымососов, давлению питательной воды и температуры среды за НРЧ и промперегрева. Представление информации организованно аналогично блоку №3.

В феврале 2007 года начались работы по созданию систем АРЧМ блоков №1 и №4. Данная система выполнена на базе ПТК Simatic S7-300, с использованием нового процессора CPU 319-3 PN/DP, превосходящего по функциональным возможностям и обладающего лучшими ценовыми характеристиками, чем используемые на энергоблоках 2, 3 контроллеры серии S7-400. В части регулирования на этих блоках были добавлены регуляторы уровня в конденсаторе и деаэраторе. Информационные функции системы АРЧМ были расширены программами расчета ТЭП и температурного контроля металла поверхностей нагрева котла и температурного контроля генератора, с организацией сбора информации на удаленных контроллерах. Контроллеры температурного контроля расположены в непосредственной близости от точек измерения, а контроллер расчета ТЭП в шкафу системы АРЧМ. Представление информации организованно на дублированном АРМе, на трех мониторах (рисунок 6).

Системы АРЧМ блоков №1 и №4 первые наиболее полные системы в части представления информации и объема авторегулирования.

Эволюция в части решений по структуре ПТК (рисунок 7) коснулась в основном увеличения числа контроллеров для построения распределенных систем и количества АРМов. Распределенные системы позволяют сэкономить километры кабеля (компенсационного для СТК), и как следствие, значительных финансовых ресурсов. Использование под отдельные локальные задачи отдельных контроллеров, обеспечивает более надежную работу системы и делает независимыми одни задачи от других.

Использование дублированного АРМа позволяет повысить надежность работы ПТК при отказе одного из них, а использование трех мониторов вместо одного позволяет улучшить удобство управления для оператора-технолога.

В сентябре-декабре 2007 года была выполнена модернизация АРЧМ блока №5 с целью создания единообразного интерфейса на всех блоках и расширения функций контроля и управления. Система была выполнена на контроллере Siemens c CPU 319-3 PN/DP. Контроллер, использовавшийся в предыдущей системе, был задействован в системе для расчета ТЭП. Также были реализованы подсистемы температурного контроля металла котлов и генератора. Представление информации оперативному персоналу организованно аналогично системам блоков №1 и №4.

Таким образом, 2007 год оказался самым плодотворным. Была выполнена режимно-технологическая наладка АРЧМ блока №2, весь комплекс работ от заключения договора до ввода в эксплуатацию АРЧМ с расширенными информационными функциями блоков №1,4 и модернизация АРЧМ блока №5.

В 2008 году выполняются работы:

- по модернизации АСКУ блока №6, аналогично системе блока №5 (с 25 сентября блок и основные регуляторы, без которых невозможна нормальная работа оборудования – в работе);

- по разработке и внедрению на блоке №2 системы автоматического управления аппаратами водяной обдувки ОВД с реализацией на контроллере Siemens c CPU 315 и интеграцией в АСКУ;

- по переводу авторегуляторов турбины №1 на управление от контроллера Siemens c CPU 315 с интеграцией в АСКУ, что позволит все авторегулирование блока перевести на микропроцессорную технику.

Таким образом, мы проследили процесс эволюции систем АРЧМ, как в сторону расширения функций, так и в сторону в сторону увеличения объема автоматизации.

Модернизация всех систем производилась с заменой датчиков и регулирующей арматуры. Персонал Заказчика принимал активное участие в работах. Инициатива в расширении и развитии систем в большинстве случаев исходила от Заказчика. Все проблемы успешно решались под руководством, при помощи и поддержке заместителя главного инженера Сергиенко С.П. Большую помощь оказал начальник цеха ТАИ Полухин В.М., мастер группы автоматики Лепухов А.М., начальник участка автоматики КЭР Рева И.C.

В настоящее время проводится перенос наиболее удачных алгоритмических решений на другие блоки.

Отметим следующие сложности, затрудняющие модернизацию СКУ:

а) Основное оборудование изношено и не обеспечивает номинальной производительности и требуемого диапазона регулирования, что приводит к работе в условиях технологических ограничений.

б) Значительные люфты, выбеги, пропуски запорно-регулирующей арматуры. Неудовлетворительные расходные характеристики, что снижает качество регулирования.

в) Неудовлетворительная работа гидравлических систем регулирования турбин.

г) Неудовлетворительная работа БРС.

На сегодняшний день все блоки 120МВт Назаровской ГРЭС имеют систему АРЧМ обеспечивающую регулирование основных технологических параметров и обеспечивающую участие станции в первичном регулировании частоты. Кроме того, на большинстве блоков существуют интегрированные в систему АРЧМ подсистемы температурного контроля металла котлов и генераторов. На части блоков организованны подсистемы расчета ТЭП. Создается единая информационная система станции, которая позволит сократить время предоставления достаточно полной информации о работе оборудования административному персоналу.

Дальнейшее развитие системы видится в следующем:

1. Увеличение объема автоматизации каждого блока за счет:

- реализации на микропроцессорной технике АСР турбинного оборудования;

- внедрение систем частотного регулирования оборотов ПСУ;

- реализация систем пуска-останова пылесистем;

- реализация систем управления водяной и паровой обдувки поверхностей нагрева котлов;

- добавления в АСКУ всех блоков, регуляторов, не вошедших в нее ранее;

- замены устаревших систем гидравлического регулирования турбин на электрогидравлические;

2. Совершенствование алгоритмов регулирования, с реализацией:

- многосвязных систем с компенсацией перекрестных связей;

- всережимных систем регулирования с перестроением структуры при возникновении технологических ограничений;

- алгоритмов адаптивного регулирования.

3. Наращивание информационных функций, с реализацией подсистем:

- расчета ТЭП всех блоков и станции в целом;

- учета наработки механизмов;

- оценки загрязнения поверхностей нагрева;

- распределения нагрузки между блоками (групповое управление мощности станции);

- доработки операторского интерфейса с отображением структурных схем регулирования при перестроении (перевороте).

Естественно, что дальнейшее развитие информационно-управляющих систем не имеет смысла без модернизации основного технологического оборудования, а при реконструкции основного оборудования необходимо предусматривать модернизацию АСКУ на базе современной микропроцессорной техники.


Список литературы:


1. Шорохов В.А. Некоторые проблемы модернизации систем контроля и управления действующих ТЭС / В. А. Шорохов, М. С. Пронин, О. А. Иванов и др.// Электрические станции. – 2007. - №1. – С.16.

2. Касьянов Л.Н., Ительман Ю.Р., Коган Ф.Л. Проблемы активизации участия тепловых электростанций России в регулировании частоты и перетоков мощности в ЕЭС./ Теплоэнергетика. – 2002 - №10. – С.9.

3. Давыдов Н.И. Схемы автоматического регулирования топлива и питания отечественных прямоточных котлов / Н.И. Давыдов – М.: Энергия, 1972.