Заказчик: ТЭЦ-9 ОАО «Иркутскэнерго»
Разработчик: ООО Проектно-инжиниринговая компания «Астрон» г. Иркутск
Год внедрения: 2006
Краткое описание: На ТЭЦ-9 ОАО «Иркутскэнерго» специалистами Иркутской компании ПИК «Астрон» была разработана и успешно запущена в эксплуатацию САР котлоагрегатом ТП-81 на базе многофункционального контроллера МФК3000 с резервированной процессорной частью и модулями УСО, с использованием российского SCADA-пакета TRACE MODE 6.
Введение
В настоящее время на большинстве теплоэлектростанций морально и физически износились технические средства систем автоматического регулирования (САР) котельных агрегатов. Они характеризуются низкой надежностью, сложностью настройки, невозможностью дальнейшего наращивания функций, а некоторые вообще отсутствуют, либо работают только в дистанционном режиме. Это приводит к понижению эффективности работы котлоагрегата, увеличению количества вредных выбросов, повышению производственных и эксплуатационных расходов, неэффективному использованию топлива.
Стремительное развитие микроэлектроники и микропроцессорной техники, широкое внедрение их в производство не оставляет сомнений в выборе технических средств автоматизации реконструируемых и вновь строящихся объектов. Традиционные щитовые приборы все более уступают программно-техническим комплексам (ПТК) на базе микропроцессорных средств.
К тому же выпуск традиционных приборов - стрелочных индикаторов и регистраторов с диаграммной лентой, существенно сокращен. Стоимость системы, построенной на традиционных средствах, превышает стоимость системы, построенной на базе ПТК.
Однако, если для вновь вводимых объектов очевидным является создание полномасштабных АСУ ТП на базе современных микропроцессорных средств, реализующих все функции контроля, управления и сервисных задач, то модернизация действующих объектов связана с рядом проблем:
высокая степень изношенности основного технологического оборудования;
отсутствие эффективных и надежных регулирующих устройств подачи топлива, воздуха, воды и пара;
морально и физически устаревший приборный парк.
Установка современных программно-технических средств на таких объектах не решит проблемы контроля и управления технологическими процессами.
В 2006 г. руководством ТЭЦ-9 ОАО "Иркутскэнерго" было решено произвести реконструкцию САР котлоагрегата №8. Специалистами компании "Астрон" был разработан проект реконструкции КИПиА, электротехнической части и САР.
Реконструкция должна была в себя включить:
замену устаревших технических средств автоматического регулирования, на новые, выполненные на базе микропроцессорной техники;
обновление приборного парка;
замену исполнительных механизмов регуляторов;
замену кабельных связей;
стыковку электрических схем управления оборудованием с программно-техническим комплексом (ПТК);
Характеристика объекта управления
Объектом регулирования являются процессы, протекающие при выработке пара на котлоагрегате типа ТП-81.
Котельный агрегат ТП-81 Таганрогского котельного завода - однобарабанный с естественной циркуляцией, предназначен для получения пара высокого давления 140 кгс/см2 , температурой 550 оС, с производительностью по пару 420 т/ч.
Компоновка котла выполнена по П-образной схеме. Топочная камера размещена в первом (восходящем) газоходе и рассчитана на сжигание пыли сухих каменных углей Черемховского месторождения (также на станцию производится поставка Азейских бурых углей, Ирша-Бородинского и некоторых других). В верхнем (поворотном) газоходе расположен пароперегреватель, во втором (нисходящем) газоходе расположен водяной экономайзер и воздухоподогреватель.
Барабан предназначен для разделения пароводяной смеси и барботажной промывки пара питательной водой. Средний уровень в чистом отсеке барабана расположен на 175 мм ниже его геометрической оси. Отклонение уровня в период работы котла не должно превышать 50 мм от среднего (нулевого) уровня. Для предупреждения опасных термических напряжений необходим контроль температурного режима барабана по 12 точкам.
Пароперегреватель (ПП) предназначен для перегрева сухого насыщенного пара до номинальных параметров с целью получения максимального КПД на котле, турбоагрегате и всей паросиловой установки в целом. В период эксплуатации котла пароперегреватель имеет три ступени регулирования температуры перегретого пара. Первая ступень расположена в рассечке ширмовой части пароперегревателя. Вторая - за пакетами конвективного пароперегревателя 1-й ступени. Третья - за пакетами конвективного пароперегревателя 2-й ступени.
Пароперегреватель двухпоточный (по ширине) с независимым регулированием температуры пара в каждом потоке.
На котле установлены по две системы пылеприготовления (СПП), каждая оборудована бункером сырого угля (БСУ), шнековыми питателями сырого угля (ШПСУ), шаровой барабанной мельницей (ШБМ), сепаратором, циклоном, мельничным вентилятором (МВ) и промежуточным бункером пыли (БП). Бункера пыли индивидуальные с возможностью пересыпки пыли из циклона системы пылеприготовления "А" в бункер пыли системы пылеприготовления "Б" и наоборот. В качестве тягодутьевых установок используются 2 дутьевых вентилятора ДН-26 2-0,62. Электродвигатели дымососов и дутьевых вентиляторов имеют по две скорости вращения. Регулирование производительности дымососов производится шиберами, а дутьевых вентиляторов направляющими аппаратами, а также изменением скорости вращения.
Реализация проекта
В процессе реконструкции были проведены следующие работы:
На щите управления котлом были демонтированы панели регуляторов, часть стрелочных приборов и самописцев, связанных с регулированием.
Были установлены современные датчики параметров регулирования с токовым выходом, установлены новые исполнительные механизмы регуляторов типа МЭО.
Заменены старые контрольные и силовые кабели.
Электрические схемы управления были перемонтированы с учетом требований ПТК.
На 12 пылепитателях и 2 ШПСУ были установлены частотные приводы фирмы Mitsubishi.
Старый пульт управления было решено оставить и использовать его в качестве резервного средства дистанционного управления регулирующими клапанами, состояние ключей заводить в ПТК.
В объем САР вошло автоматическое и дистанционное управление следующим технологическим оборудованием:
Регуляторы питания котла (РПК-1, РПК-2).
Регуляторы процесса горения (общего воздуха - РОВ, тепловой нагрузки - РТН, разрежения в топке - РРТ).
Регуляторы температуры острого пара.
Регуляторы процесса пылеприготовления (загрузки мельницы - РЗМ, температуры мельницы - РТМ, разрежения перед мельницей - РРМ).
Регулятор непрерывной продувки (РНП).
Регулятор горячего воздуха (РГВ).
Регулятор давления на орошение скрубберов.
Регулятор подачи фосфатов;
Структурная схема
 |
Рис. 1. Структурная схема САР |
Верхний уровень САР состоит из дублированных операторских станций (ОС), которые представляют собой промышленные компьютеры фирмы Advantech, установленные в шкафу питания
системы вместе с двумя источниками бесперебойного питания (ИБП) Smart-UPS и вынесенными на рабочее место машиниста котла мониторами. Мониторы вынесены при помощи удлинителей консоли (KVM) на расстояние около 30 м.
Нижний уровень системы автоматизации, взаимодействующий с датчиками и схемами регуляторов, состоит из шкафа резервируемого контроллера МФК3000 с частично резервируемой группой модулей ввода-вывода (модулей УСО) и шкафа промежуточных клемм (ШПК).
Резервирование модулей центрального процессора (ЦП) и ввода-вывода значительно повысило надежность работы всего контроллера. Два модуля ЦП образовывают резервированную пару с работой одного ЦП в режиме MASTER. Второй ЦП находится в горячем резерве в режиме SLAVE. Синхронизация переменных технологической задачи и обмен результатами диагностики выполняется по отдельному интерфейсу Ethernet. Переключение с основного на резервный ЦП происходит автоматически по результатам диагностики или производится вручную с помощью переключателя режимов работы, расположенным на лицевой планке ЦП.
Резервированные модули ввода-вывода образуют группу каналов (имеющихся в этих модулях) с надежностью на порядок выше, чем у одиночного модуля. При резервировании модулей ввода-вывода резервировались и дублировались только те модули, сигналы которых участвуют в алгоритмах основных регуляторов и задействованы в схемах защит котла - регуляторы питания, тепловой нагрузки, температуры перегретого пара.
Для остальных модулей предусматривается "горячая" замена из состава ЗИП, что значительно повысило живучесть и ремонтопригоднось контроллера и снизило расходы на создание САР. Информация или управление теряются только на время между отказом и заменой модуля.
Для разграничения зоны ответственности сигналы от датчиков и механизмов заводятся в ШПК, а дальше в шкаф контроллера.
Электропитание системы САР полностью резервировано как по высокому напряжению ~220В, так и по низкому =24В. Питание ИБП производится от разных станционных секций с использованием схемы АВР, каждый ИБП питает одну операторскую станцию и один из двух источников питания 24В контроллера.
Основные функции САР
На верхнем уровне САР выполняются следующие функции:
представление информации о работе регуляторов и состоянии контролируемых параметров;
дистанционное управление регуляторами;
изменения заданий для регуляторов;
задание настроечных коэффициентов регуляторов;
сигнализация аварийных состояний оборудования;
сигнализация выхода контролируемых параметров за предупредительные и аварийные границы;
квитирование сигнализации;
архивирование технологических параметров в архив;
архивирование событий в журнал отчета тревог;
На нижнем уровне системы выполняются следующие функции:
сбор и обработка сигналов от датчиков;
сбор и обработка информации из электрических схем регуляторов;
формирование сигнализации выхода контролируемых параметров за предупредительные и аварийные границы;
обработка команд, приходящих от операторской станции, и выдача команд на регуляторы;
выполнение технологических блокировок;
выполнение алгоритмов регулирования параметров технологического процесса.
Программное обеспечение
Для разработки графического интерфейса операторских станций, предоставления информации и управления оборудованием с операторских станций было использовано программное обеспечение российской фирмы "AdAstra" - SCADA-система Trace Mode 6.
 |
Рис. 2. Видеграмма "Пароводяной тракт" |
Разработка программного обеспечения нижнего уровня осуществлялась в системе программирования контроллеров ISaGRAF PRO Workbench. Разработанное ПО технологической программы исполняется целевой задачей ISaGRAF в контроллере МФК3000.
На контроллерном уровне реализованы алгоритмы контуров регулирования, написанных на языке структурированного текста. В основе всех алгоритмов лежит ПИ закон регулирования, что позволило не тратить много времени на настройку регуляторов, а использовать опыт настройки традиционных средств регулирования.
 |
Рис. 3. Видеграмма "Газовоздушный тракт" |
Для связи между нижним и верхним уровнем используется Tecon OPC-сервер.
Были достигнуты следующие технические параметры быстродействия системы:
Время обновления информации на ОС и выполнение команд оператора, с учетом времени обработки информации в контроллере и передачи через Tecon OPC-сервер, составляет не более 300 мс.
Время выполнения цикла прикладной задачи в контроллере, имеющей 199 точек ввода/вывода и 1000 переменных, составляет не более 50 мс.
Время перехода с основного контроллера на резервный - не более 10 мс.
Время перехода между видеограммами - не более 500 мс.
Результаты внедрения
В результате внедрения САР котлоагрегата ст.№8 ТЭЦ-9 были охвачены все контуры регулирования котлоагрегата и часть информационных параметров: 90 различных датчиков параметров технологического процесса, 1 насос-дозатор, 20 регулирующих клапанов, 14 частотно-регулируемых приводов - всего 199 сигналов.
Внедренная система позволила реализовать:
дистанционное управление оборудованием с операторской станции и с пульта;
полное автоматическое регулирование параметров технологического процесса;
существенно улучшить работу регуляторов по сравнению с традиционными аппаратными регуляторами. В частности, регулятор общего воздуха, который до внедрения САР работал неустойчиво, после внедрения цифрового регулятора заработал очень эффективно;
алгоритмы блокировок;
информационное обеспечение работы оператора;
ведение архива и его просмотр по основным параметрам за указанный промежуток времени;
непрерывную диагностику оборудования и самодиагностику;
передачу основных технологических параметров о работе котла на сервер станции по станционной сети Ethernet;
значительно повысить эффективность производства и удобство работы персонала.
В ближайшее время на ТЭЦ-9 ОАО "Иркутскэнерго" планируется реализовать еще одну САР - на котлоагрегате №1. Практика показала, что внедрение подобных систем автоматизации повышает эффективность и надёжность работы котлоагрегата, снижает время простоев технологического оборудования. Кроме того, уменьшаются вредные выбросы, снижаются производственные и эксплуатационные расходы, увеличивается эффективность использования топлива.
