汽轮发电机组的应用

 　　汽轮发电机组是电网系统的关键构成部分，在通信网络建设中也同样不可替代，汽轮发电机组对自动化要求较高，本文主要探讨汽轮发电机组的应用。

　　《汽轮机技术》为专业技术性刊物。内容涉及汽轮机的实验研究、加工工艺、材料应用、安装调试、维护运行、设备改造等方面。读者对象为发电设备科研及工程技术人员、相关专业大专院校师生等，也可供力学、材料、能源等专业科研人员参考。

　　简述了目前汽轮发电机组电气系统的控制要求及分散控制系统(DCS)的几个特点,及我司汽轮发电机组DCS控制系统配置及功能。

　　1.引言

　　分散控制系统DCS是计算机、自动控制技术及网络通讯技术的综合产物。它基于控制分散、危险分散、操作和管理集中的设计思想,采用多层分级、合作自治的结构形式,适应了现代化生产和企业管理的要求。由于DCS融入了最新的现场总线、嵌入式软件、先进控制、报表技术、CRT以及网络技术等,使得其能够整体解决小至一台大型设备(汽轮发电机组)、大至一个现代化工厂整个生产过程的全方位控制,并为工厂全程信息化管理提供基础平台。

　　2.汽轮发电机组的电气自动化要求

　　汽轮发电机组在电网中经常承担基本负荷，对运行的经济性和可靠性要求高，单凭人工操作难以满足要求。机组在故障状态下的安全保护，异常情况下的变负荷及工况切换，则非自动操作不能完成。因此，必须配备完善的自动化系统。作为我国电网机组主力的300MW、600MW、900MW机组，在主机和配套辅机的设计制造中已充分考虑了可控性、安全性问题，为实现高水平的自动控制创造了基本条件。但由于机组容量大、子系统/辅机数量多，以及主、辅机在各种工况下控制的相关性，要求控制系统必须完善和可靠，这些要求概括起来如下所述：

　　(1)系统控制自动化水平高(主/辅机/子系统自动启/停、自动调节、完善的连锁保护及方便的人/机监控界面等);

　　(2)高可靠性(硬/软件质量保证、必要的冗余和容错技术);

　　(3)高可用性(控制系统局部故障不会显著影响总体性能，不会因此导致机组可用性降低;

　　(4)可维护性好(具有必要的自诊断及在线试验功能，自动化系统的能观性好、维护量少，便于在线和离线维护)。

　　3.分散控制系统DCS的特点

　　以微处理器为核心的DCS采用数字技术，将不同的任务，不同的功能要求通过软件编排转化为统一的数据处理，用相同的硬件完成各种任务。此外，只增加少量硬件即可实现冗余、容错、自诊断及在线试验等功能，很少增加系统硬件的复杂性。由于采用大规模集成电路，使模块的元器件数量下降、故障概率减小，系统具有高可靠性、可用性及可维护性。DCS采用通信技术将各个基本控制单元及CRT操作站等设备构成网络，使系统内部的信息得以共享，减少了自动化系统内部用于信息传递的硬件和现场冗余检测设备的数量。DCS采用图形显示技术，给运行人员提供了功能丰富的监视/操作窗口(CRT操作站)，能集中显示大量的过程信息、系统信息及机组运行操作指导，可操作DCS控制的全部过程对象，使监视/操作一一对应、相对集中，提高了运行员判断及操作准确性，有利于减轻运行员的劳动强度，提高工作效率。DCS的硬件设备与常规系统设备相比在数量上大为下降，系统结构简化，故可靠性大为提高。

　　3.1功能分层体系

　　DCS的层次化体系特点,充分体现了集中操作管理、分散控制的思想,便于运行人员对机组综合信息的获得和操作,同时使控制系统的危险分散。在热电厂的应用中,DCS的功能体系一般由直接控制级、过程管理级组成直接控制级直接与现场各类设备(如变送器、执行器、温度仪表等)连接,对现场数据进行采集、处理,并通过总线与过程管理级交换信息。过程管理级主要包括监控计算机、操作站及工程师工作站。它综合监视过程各点的信息,集中显示操作,进行控制回路修改、参数组态、优化过程处理等。

　　3.2 操作简单

　　操作站是功能很强的人机接口，DCS采用DELL的整套硬件设备，操作人员可以方便的通过LCD显示器对各种工艺参数进行综合性的集中监视，通过健盘可实现各种操作功能，热电厂还配备了打印机，可以及时打印各种需要的数据和报表，如各参数的趋势.报表都可以打印出来。下图为我司汽轮发电机组润滑油P&I监测图。

　　3.3可靠性高

　　从元器件选择、电路设计到系统配置、软件实现,DCS都具有很高的可靠性。在系统设计上广泛采用容错、冗余技术。过程处理器、电源和通讯总线,一般冗余配置,单项故障不会影响系统运行;重要的输入、输出通道冗余设置,并分配在不同模件上;操作员站之间互为备用。此外还具有软、硬件自诊断功能,并有故障报警提示,故障消除后可自动恢复工作,使设备的故障率大为降低。

　　3.4便于扩展

　　DCS可以根据不同规模的工程对象进行专门设计，各种部件可多可少地进行组合，原有的小规模系统很容易扩展成中大规模系统， DCS系统规模通常是1个控制系统可以包括15个控制站，32个操作站或工程师站，总容量能达到15360点。

　　3.5增强了自动调节功能

　　DCS采用先进的控制理论和控制策略,实现了常规仪表无法完成的复杂的自动调节,提高了主参数的控制精度和自动调节投入率,从而节约了能源,提高了热电厂的经济效益。

　　3.6通信功能强

　　DCS各站通过总线相连,系统内数据共享,并能与其他系统进行通讯、交换信息,可以节约大量控制电缆、一次元件、变送器等,并可减少备品配件的品种和数量,降低维护、管理的工作和费用。热电厂中利用DCS的通讯功能,在控制室内便可了解其他系统运行情况,便于快速、准确地协调整个生产过程的运行。

　　4我司汽轮发电机组DCS控制系统

　　4.1 DCS控制系统配置

　　本配置方案是一个高可靠性的方案，突出表现在冗余配置方面，以确保该系统的可靠性。

　　操作站冗余：每个操作站(OS)都挂在100M工业光纤以太网上，任一个OS站都可以与控制主站(AS)通迅，因此每个OS间都是互为冗余，任一个OS都可以替代其他操作站的功能。

　　供电电源冗余：AS的CPU模块的AC220V供电来自不同的回路，不会同时失电，各DCS子系统都有一套冗余的直流稳压电源装置。

　　输入信号冗余：冗余输入的热电偶、热电阻、变送器信号接入不同的AI模块。

　　AS控制站作为生产工艺区的一个现场控制站，对本区内的生产过程数据采集和控制，并完成对于上层网络的数据传输。

　　完善的冗余配置，保障了DCS系统的可靠运行，基本可以清除生产的故障，对常规仪表只保留手操器及几块关键参数的显示表，所有控制、显示、联锁功能全部由DCS控制系统完成。

　　4.2 DCS系统实现的功能

　　DCS计算监控系统软件运行于Windows XP系统下，软件的主要功能模块有：数据处理模块、数据监测模块、汽轮机控制模块、报警模块、历史数据查询模块、报表打印模块等组成。另外本系统可方便与工厂网络连接，形成全厂的管理信息系统。

　　系统主要功能简介：

　　数据采集：可对现场的各种参数进行采集、数字滤波、逻辑判断及线形化、工程量转换等处理，并集中显示。在一定时间内对全部开关量、模拟量进行采集更新。

　　实时监控：对汽机的供汽量、凝汽器液位、轴承温度、润滑油压力、转速等进行实时监测和调节。在安全指示超限时进行声光报警，并能紧急停机。

　　监测功能：有多种监测功能，如流程图监测(如下图所示)、瞬时参数、历史趋势图、实时报警记录等，且各监测参数能动态刷新。

　　操作功能：系统所有功能均通过菜单选择完成，所有操作均在屏幕上方给出操作提示。可键入并修改各调节回路的给定值、主控参数的报警值和其他控制及计算有关的参数值，打印有关的参数。

　　报警及指示：异常情况具有声光报警功能，并为报警设置优先级，且对汽机的转速、轴承温度、润滑油压力、轴振动等重要参数设置多重报警功能，系统还有同步操作指导提示。

　　自动保护：按工艺要求设有保护系统，对超速、轴振动、轴承温度等设有极限、越限保护，可自动停机。

　　事故追忆功能：系统可长期保持各监测点的数据记录，并可通过设置查询你想要的时间段内的参数值，并可以报表形式打印出来。

　　性能计算和经济分析功能：系统可提供在线和离线的性能计算，计算机组的效率和性能值，给运行人员和管理人员提供操作和运行管理信息。

　　联网功能：本系统可以通过本身的网络接口和全厂的管理信息系统进行联网，融入全厂的经济调度管理之中。

　　5 总结

　　DCS以其功能齐全、操作方便、可靠性高等特点,以及减轻了工人的劳动强度，大幅度提高了生产效率，保证了生产稳定，提高了企业的经济效益和社会效益，在汽轮发电机组上得到了广泛的应用。

　　参考文献：

　　1.王常力、罗安等.《分布式控制系统(DCS)设计与应用实例》.电子工业出版社。

　　2.刘齐寿、杨清宇等.《电厂热工过程控制系统》.西安交通大学出版社。

　　3.邵和春.《汽轮机运行》.中国电力出版社

《汽轮发电机组的应用》

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