Создаваемая полномасштабная АСУТП энергоблока 1200 МВт должна обеспечить стабильный уровень достигнутых технико-экономических показателей работы энергоблока и необходима для своевременной замены существующей устаревшей СКУ.
Необходимым условием достижения поставленной цели является решение создаваемой АСУТП следующих задач:
предоставление оперативному персоналу достаточной, достоверной и своевременной информации о протекании технологических процессов, о состоянии оборудования энергоблока и технических средств АСУТП;
автоматизированное управление исполнительными устройствами во всех режимах работы энергоблока при обеспечении безопасной эксплуатации этого оборудования в соответствии с требованиями нормативных документов.
Достаточным условием достижения поставленной цели является решение задачи оптимального ведения технологического процесса по обоснованным критериям при допустимых ограничениях режимов работы энергоблока.
Решение сформулированных задач осуществляется путем реализации функций создаваемой полномасштабной АСУТП.
Функциональное описание полномасштабной АСУТП.
Формирование групп функций предложенного описания (рис. 2) выполнено в соответствии с основными задачами АСУТП:
базовые оперативные информационные функции должны обеспечить предоставление оперативному и ремонтному персоналу достаточной, достоверной и своевременной информации о протекании технологических процессов, о состоянии оборудования;
базовые оперативные управляющие функции должны обеспечить автоматизированное безопасное управление технологическим оборудованием энергоблока;
информационно-вычислительные и управляющие функции оптимизации режимов работы должны обеспечить экстремальные (наилучшие) значения критериев, характеризующих качество ведения технологических процессов.
Назначение и основные характеристики функций сведены в табл. 4.
Техническая структура АСУТП энергоблока.
Формирование технической структуры АСУТП энергоблока (рис. 3) выполнено на основе:
разбивки оборудования энергоблока на технологические зоны (см. рис. 1);
учета архитектуры базового ПТК, включающей управляющий комплекс (группы контроллеров, объединенные в системные модули), информационно-вычислительный комплекс (компьютеры рабочих станций) и сетевой комплекс (системная сеть, контроллерные сети);
обеспечения информационно-технической совместимости базового ПТК АСУТП со специализированными подсистемами, реализующими особые функции (подсистемы вибродиагностики, контроля водно-химического режима и др.), и АСУ общестанционного уровня (внешними системами).
Рис. 4. Основные этапы технологии создания полномасштабной АСУТП энергоблока 1200 МВт на базе современною НТК
Центральным компонентом (ядром) технической структуры АСУТП энергоблока является проектно-компонуемый базовый ПТК “Квинт” [4].
Элементы технической структуры АСУТП совместно с общесистемным и фирменным программным обеспечением ПТК образуют единую информационно-техническую среду, в которой реализуются в виде прикладного программного обеспечения алгоритмы функций контроля и управления системы.
Прикладное программное обеспечение и тренажерный комплекс АСУТП энергоблока.
Разработка прикладного программного обеспечения (НПО) осуществляется в основном средствами проектирования базового ПТК (САПР “Квинт”).
На уровне контроллеров (так называемый, “нижний” уровень АСУТП) алгоритмы контроля и управления реализуются в виде алгоритмических схем (технологических программ контроллеров).
На уровне рабочих станций (так называемый, “верхний” уровень АСУТП) алгоритмы реализуются в виде: баз данных;
видеограмм (мнемосхемы, объектные окна, списки, графики);
расчетных программ; форм протоколов и выходных документов. Прикладное программное обеспечение функционирует в единой информационно-технической среде системы и служит основным средством реализации функций полномасштабной АСУТП энергоблока.
Прикладное программное обеспечение должно предусматривать возможность тестирования с целью оценки качества выполнения реализуемых функций АСУТП.
В комплекте поставки АСУТП энергоблока должен быть предусмотрен полномасштабный всережимный тренажерный комплекс с моделями рабочих мест и обучающими программами для подготовки оперативного персонала электростанции.
Операторский интерфейс тренажерного комплекса должен быть полностью идентичен интерфейсу операторских станций в составе АСУТП энергоблока.
Технология создания АСУТП энергоблока.
Работы по модернизации СКУ энергоблока должны проводиться в соответствии с новой технологией создания полномасштабной АСУТП на базе современного ПТК (рис. 4).
Отличительные черты новой технологии [5, 6]:
ведущую роль в разработке АСУТП играет фирма - поставщик базового ПТК, которая выступает в роли генподрядчика (проектная, наладочная и научная организации являются субподрядчиками);
особую роль и ответственность приобретают этапы технологии, связанные с созданием прикладного
программного обеспечения как на уровне рабочих станций, так и на уровне контроллеров;
появляются новые этапы создания АСУТП, связанные с отладкой и испытаниями системы на полигонах;
становится необходимой экспертиза основных технических решений по АСУТП с учетом их многовариантности и сложности, а также активное участие на всех стадиях работ межцеховой рабочей группы электростанции.
Таблица 3
Оценка функций существующей системы управления
Критерий оценки | Функции | |||||||||||
иве | Представление информации на автономных средствах | Вибродиагностика | Дистанционное управление (ДУ) | Авторегулирование | Технологические | Технологические блокировки и АВР | ||||||
Оперативный контроль оборудования (ОКО) | Регистрации аварийных ситуаций (РАС) | Анализ | Расчет техникоэкономических показателей (ТЭП) | Оптимизация вакуума в конденсаторе | Регистрация переходных процессов | |||||||
Степень освоения функции в штатной эксплуатации | Полностью | Полностью | Полностью | Полностью | Полностью | Полностью | Полностью | Полностью | Полностью | В основном освоена | В основном освоена (защиты на снижении нагрузки не внедрены) | Полно |
Возможность реализации функции на современном ПТК | Возможна (стандартная функция ПТК) | Возможна (стандартная функция ПТК) | Возможна | Возможна | Возможна | Возможна (стандартная функция ПТК) | Невоз | Возможна | Возможна (стандартная функция ПТК) | Возможна (стандартная функция ПТК) | Возможна (стандартная функция ПТК) | Возможна {стандартная функция ПТК) |
Удовлетворяет ли алгоритм реализации функции потребности эксплуатации | В основном удовлетворяет | В основном удовлетворяет | В основном удовлетворяет | В основном удовлетворяет | Удовлетворяет | В основном удовлетворяет | Удовлетворяет | Удовлетворяет | Удовлетворяет | В ОСНОВНОМ удовлетворяет | Удовлетворяет | Удовлетворяет |
Целесообразность реализации в ПТК отработанного алгоритма функции | Алгоритм нуждается в доработке | Алгоритм нуждается в доработке | Алгоритм нуждается в доработке | Алгоритм нуждается в доработке | Целесообразна | Нецелесообразна | Нецелесообразна | Нецелесообразна | Нецелесообразна | Целесообразна | Целесооб | Целесооб |
Функции новой АСУТП энергоблока 1200 МВт Костромской ГРЭС
Таблица 4
Группа функций | Функция | Назначение функции | К какому оборудованию относится функция | Апробиро- ванность функции на энергоблоке | ||
тепломеханическое | электротех-ническое | мо- | новая | |||
Базовые оперативаные информационно-вычислительные функции | Сбор и первичная обработка информации | Ввод и первичная обработка (линеаризация, фильтрация, масштабирование, усреднение, проверка на достоверность и др.) аналоговых и дискретных сигналов | + | + | + |
|
Оперативный контроль оборудования | Отображение информации о состоянии оборудования на экранах операторских станций и табло коллективного пользования в формах мнемосхем, таблиц, трендов, гистограмм, справок и др. | + | + | + |
| |
Технологическая сигнализация | Сигнализация на событийных и операторских станциях сообщений об отклонениях параметров, об аварийных отключениях двигателей, о срабатывании АВР и блокировок и др. | + | + | + |
| |
Регистрация аварийных ситуаций | Накопление и представление информации о процессе возникновения, развития и ликвидации аварийных ситуаций путем регистрации соответствующих технологических параметров | + |
| + |
| |
Анализ действия защит | Оперативная (в темпе процесса) проверка правильности действия защит в части выполнения необходимых технологических операций, предписанных алгоритмами защит | + |
| + |
| |
Регистрация аварийных процессов и событий (электронное осциллографиро- вание) | Обнаружение аварийных и предаварийных событий, регистрация быстрых аналоговых и дискретных сигналов |
| + |
| + | |
Контроль оперативных переключений | Анализ оперативных переключений электротехнического оборудования (ОРУ 550 кВ, блок “генератор - трасформатор”, КРУ 6 кВ) и предупреждения оперативного персонала о его неправильных действиях |
| + |
| + | |
Базовые оперативные управляющие функции | Дистанционное управление | Индивидуальное или групповое воздействие оператора на исполнительные устройства, изменения заданий регуляторам, запуска программ логического управления и др. Дистанционное управление должно осуществляться с использованием рабочих станций операторов. Должны быть предусмотрены резервные ключи управления (на останов) для объектов котлонадзора и газового надзора | + | + | + |
|
Блокировки и АВР (тепломеханическое оборудование) | Формирование блокировочных воздействий типа “запретить”, “закрыть (открыть)”, “включить (отключить)” на исполнительные устройства и для автоматического включения резерва для механизмов собственных нужд | + |
| + |
| |
Блокировки и АВР (электротехническое оборудование) | Оперативная блокировка и переводы электроснабжения секций КРУ 6 кВ и PYCH 0,4 кВ с рабочих источников на резервные и обратно, включая блокировку разъединителей и коммутационных аппаратов |
| + |
| + | |
Технологические защиты | Обеспечение безопасной работы оперативного персонала и оборудования энергоблока путем экстренного автоматического перевода защищаемого оборудования в безопасное состояние в случае возникновения аварийной и предаварийной ситуаций. Состав функции определяется перечнем технологических защит | + |
| + |
| |
Автоматическое регулирование (локальные системы) | Автоматическое поддержание требуемых значений технологических параметров автономных объектов регулирования. Содержание функции определяется перечнем локальных автоматических регуляторов | + |
| + |
| |
Релейная защита и автоматика | Релейная защита электродвигателей 6 кВ, защита блока “генератор - трасформатор”, трансформаторов собственных нужд и вспомогательного электротехнического оборудования |
| + | + |
| |
Автоматическая синхронизация при включении генератора в сеть | Включения синхронного генератора энергоблока в сеть и обеспечение воздействия на регулятор скорости турбины с целью достижения оптимального скольжения и формирования импульса на включение выключателя |
| + |
| + | |
Продолжение таблицы 4
Информационно-вычислительные функции оптимизации режимов работы оборудования | Расчет и анализ технико-экономических показателей | Расчет показателей экономичности энергоблока, обеспечения оптимальности режимов работы оборудования, выявления резервов экономии энергетических затрат | + | + | + |
|
Пооперационный контроль и санкционирование действий оператора | Автоматический контроль выполнения условий и санкционирование определенных действий оператора по включению и отключению оборудования, закрытию или открытию задвижек или других действий оператора по управлению энергоблоком | + |
|
| + | |
Контроль выбросов загрязняющих веществ в атмосферу | Регистрация объемов выбросов загрязняющих веществ (NO, СО2, | + |
|
| + | |
Контроль температурного режима металла | Мониторинг (регулярное наблюдение, оценка и прогнозирование состояния) металла котла (гибов, напряженных элементов) и металла турбины | + |
|
| + | |
Контроль качества регулирования технологических параметров и автоматизация настройки АСР | Оценка показателей качества регулирования технологических параметров и диагностирование работоспособности соответствующих автоматических регуляторов. Расчет оптимальных параметров алгоритмов автоматического регулирования контроллеров с целью обеспечения качественной работы АСР | + |
|
| + | |
Контроль и диагностика основного электротехнического оборудования | Контроль состояния и диагностика генератора, системы возбуждения, электрической части системы регулирования турбины, блочного трансформатора, электродвигателей 6 кВ |
| + |
| + | |
Отображение рабочей точки генератора и границ допустимой области его работы | Представление оперативному персоналу диаграммы мощности генератора и запасов его реактивной мощности при недовозбуждении и перевозбуждении с сигнализацией аварийного режима |
| + |
| + | |
Контроль и диагностика водно-химического режима энергоблока | Обеспечение оперативного персонала энергоблока информацией о химических процессах, происходящих в водопаровом тракте энергоблока (реализуется системой контроля и диагностики водно-химического режима энергоблока фирмы “ИНЭКОТЕХ”) | + |
| + |
| |
Вибродиагностика турбогенератора | Контроль и диагностика вибрации подшипников и вала ротора турбогенератора (реализуется специализированными подсистемами “Турбо- тест” и “Bently Nevada”) | + |
| + |
| |
Автоматическое регулирование (общеблочные системы) | Автоматическое поддержание требуемых значений общеблочных параметров (регуляторы мощности, топлива, питания, общего воздуха и др.) | + |
| + |
| |
Управляющие функции оптимизации режимов работы оборудования | Функционально-групповое | Логическое управление оборудованием котлоагрегата (автоматический розжиг и отключение горелки, пуск - останов ТВД, включение - отключение дымососов, подключение пароперегревателя, программный перевод котла на прямоточный режим работы и др.), логическое управление турбиной и теплотехническим оборудованием генератора (пуск и останов паровой турбины, управление вспомогательными системами турбогенератора), логическое управление оборудованием конденсатного тракта низкого давления (управление вакуумной системой, управление КЭН, включение - отключение ПНД и др.) и логическое управление питательно-деаэрационной установкой (пуск - останов ПТН, включение - отключение ПВД и др.) | + |
| + |
|
Оптимизация процесса горения в топке котлоагрегата | Определение наиболее экономичного и (или) экологичного режима работы котлоагрегата, в том числе наиболее экономичного соотношения топлива и воздуха, подаваемых в топку котла во всех режимах его работы, с целью последующего его поддержания автоматическими системами | + |
|
| + | |
Оптимизация вакуума в конденсаторе турбины | Оперативное определение параметров оптимального режима работы конденсационной, циркуляционной и воздухоудаляющей установок энергоблока. Функция должна работать как в режиме совета, так и в режиме управления | + |
| + | + | |
Сервисные и вспомогательные функции | Регистрация текущих событий, в том числе вкл/откл ЭД 6 кВ и наиболее ответственных ЭД 0,4 кВ | Регистрация текущих значений аналоговых и дискретных параметров, состояния исполнительных устройств, в том числе вкл/откл ЭД 6 кВ и наиболее ответственных ЭД 0,4 кВ, состояния контуров регулирования и программ логических автоматов | + | + |
| + |
Архивация и протоколирование | Ведение архива информации о технологических параметрах, переключениях в технологических схемах, работе АСУТП и др. Должны генерироваться суточная ведомость блока, пусковая ведомость переключений и др. | + | + | + |
| |
Автоматизация электрических испытаний генератора | Автоматическое снятие по определенной программе характеристик холостого хода и трехфазного короткого замыкания генератора |
| + |
| + | |
Подготовка информации для информационно-экспертной системы по дефектам и отказам тепломеханического оборудования | Подготовка информации по происшедшим отказам и обнаруженным дефектам тепломеханического оборудования с целью ее последующего использования в информационно-экспертной системе | + |
|
| + |
Выводы
- Показана необходимость разработки концепции модернизации АСУТП как важного этапа работ по созданию полномасштабных АСУТП мощных энергоблоков ТЭС.
- Изложены основные положения концепции модернизации АСУТП мощного энергоблока как основного руководящего документа, отражающего взгляды заказчика на создаваемую систему на примере энергоблока 1200 МВт Костромской ГРЭС.
Список литературы
- АСУТП теплофикационного энергоблока на базе ПТК “Квинт”/ Давыдов Н. И., Назаров А. А., Смородов В. В. и др. - Теплоэнергетика, 1996, № 10.
- Грехов Л. Л., Биленко В. А., Струков А. П. Модернизация системы управления блоком № 10 500 МВт Рефтинской ГРЭС. - Приборы и системы управления, 1998, № 8.
- Результаты освоения и доведения до проектных показателей оборудования энергоблока 1200 МВт / Батунов Г. К.,
- Калиничев В. М., Коровин Л. Б., Таран О. Е. - Электрические станции, 1999, № 7.
- Программно-технический комплекс “Квинт”/ Курносов Η. М., Певзнер В. В., Уланов А. Г. и др. - Теплоэнергетика, 1993, № 10.
- Тверской Ю. С. Автоматизация котлов с пылесистемами прямого вдувания. М.: Энергоатомиздат, 1996.
- Модернизация АСУТП электростанций / Тверской Ю. С., Таламанов С. А., Мурин А. В., Тверской М. Ю. - Теплоэнергетика, 1998, № 10.
