電廠熱控自動化系統(tǒng)運行穩(wěn)定性淺析

淮北申皖發(fā)電有限公司 張秀忠

熱控自動化系統(tǒng)的應(yīng)用有利于保障電廠設(shè)備能夠安全穩(wěn)定地運行，為機(jī)械、物料以及人員操作營造安全的工作環(huán)境，同時可最大限度延長系統(tǒng)的使用壽命。

電廠健康、穩(wěn)定的發(fā)展及運行不僅能夠提升我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，同時可為人們的生產(chǎn)生活提供保障。而熱控自動化系統(tǒng)的穩(wěn)定性則能夠顯著提升電廠發(fā)電、供熱安全，進(jìn)而提升電廠的發(fā)電效率，對電廠的安全運行起到一定作用。因此，為進(jìn)一步提升熱控自動化系統(tǒng)的運行效率，必須重視日常的維修與檢測工作，避免因系統(tǒng)出現(xiàn)故障而影響電廠的正常運行，降低發(fā)電水平和發(fā)電效率。所以，本文以某電廠熱控自動化系統(tǒng)仿真設(shè)計為基礎(chǔ)，為熱控自動化系統(tǒng)運行提供解決對策，以供參考。

1 電廠熱控自動化系統(tǒng)組成

分散熱控系統(tǒng)作為綜合性的多級計算機(jī)系統(tǒng)，以通信網(wǎng)絡(luò)為信息傳輸?shù)闹饕绞健７稚⒖刂葡到y(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的有效應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制和信息顯示的效果。在系統(tǒng)運行中，分散控制系統(tǒng)可以達(dá)到分級管理、分散控制以及配置靈活的目的。

實時監(jiān)控系統(tǒng)能夠確保熱控自動化系統(tǒng)設(shè)備能夠長期、穩(wěn)定運行。發(fā)揮監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)督作用，能夠最大限度避免在設(shè)備發(fā)生異常問題產(chǎn)生的損失。實時監(jiān)控系統(tǒng)由信息管理和廠級實時監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成，對電廠進(jìn)行全方位的管理和控制。該系統(tǒng)利用控制器與數(shù)據(jù)接口實現(xiàn)通信資源的共享，滿足信息化、實時化交流的需求。

視頻網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)通常應(yīng)用在無人作業(yè)區(qū)或者危險地段的監(jiān)控，有利于提升電廠熱控自動化系統(tǒng)的穩(wěn)定性。除此之外，應(yīng)用視頻網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)能實現(xiàn)各項設(shè)備的檢查、工作人員的基本操作以及各項流程的有效監(jiān)督，為電廠信息化發(fā)展提供支持[1]。

2 提高電廠熱控自動化系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施

第一，加強(qiáng)設(shè)備檢修。電廠熱控自動化系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行需要注重日常的設(shè)備檢修與管理。在系統(tǒng)的設(shè)計管理過程中應(yīng)嚴(yán)格依據(jù)國家法律法規(guī)要求進(jìn)行合理設(shè)計，對熱控自動化系統(tǒng)的整體運行環(huán)境進(jìn)行充分考量，為其營造良好的工作、運行環(huán)境。需要注意的是，系統(tǒng)在實際的安裝過程中應(yīng)做好精細(xì)化的管理工作，最大限度防止安裝失誤。電廠熱控自動化系統(tǒng)運行應(yīng)注重裝置安全隱患問題的監(jiān)測，對獲得的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行詳細(xì)記錄，做好定期的檢查工作，有效排除電廠熱控自動化系統(tǒng)運行過程中可能存在的安全隱患問題。

第二，強(qiáng)化設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。一方面需要在電廠熱控自動化系統(tǒng)設(shè)計時融入監(jiān)督和管理機(jī)制，依據(jù)電廠的實際發(fā)展情況使得熱控系統(tǒng)施工圖紙滿足實際要求，監(jiān)理人員從施工現(xiàn)場出發(fā)，對圖紙進(jìn)行全面審核，深入詳細(xì)分析和研究圖紙中存在的風(fēng)險問題，提高熱控自動化系統(tǒng)的維護(hù)效率。另一方面，施工過程中嚴(yán)格依據(jù)施工圖紙進(jìn)行施工，嚴(yán)禁隨意更改圖紙，當(dāng)發(fā)現(xiàn)圖紙中出現(xiàn)錯誤時，需要及時上交流程信息，通過上級部門審核、修改后再施工[2]。

第三，注重技術(shù)創(chuàng)新。現(xiàn)代化的創(chuàng)新技術(shù)在電廠熱控自動化系統(tǒng)運行中具有積極的作用，要不斷引入創(chuàng)新型的管理技術(shù)，保證電廠熱控自動化系統(tǒng)長期、穩(wěn)定運行。實際工作時，首先需要建立資料管理部門，資料管理部門主要負(fù)責(zé)熱控自動化保護(hù)系統(tǒng)資料和信息保存工作，為后期的系統(tǒng)維護(hù)方面提供信息支持和幫助；其次，資料管理人員做好資料的更新與完善工作，避免資料丟失，保證資料的完整性和有效性。最后，借助EIC技術(shù)對發(fā)電控制工作進(jìn)行優(yōu)化和升級，保證電廠熱控自動化系統(tǒng)能夠得到合理、科學(xué)的控制。

第四，優(yōu)化熱控邏輯控制，消除電磁場等干擾性因素，強(qiáng)化系統(tǒng)功能，在維護(hù)熱腔系統(tǒng)時，需要利用信號支持溫度測量，提高測量精度，調(diào)整系統(tǒng)的容錯性。在估計容錯邏輯的過程中，需要調(diào)整負(fù)載條件，采用“三取二保護(hù)”的邏輯形式，利用質(zhì)量碼評估斷測點質(zhì)量。其中“三取二保護(hù)”是指開關(guān)量控制時的投票制，統(tǒng)一信號利用三冗余信號完成表決，兩個滿足即判定為條件滿足，能夠有效防止誤動，實現(xiàn)回路保護(hù)的目標(biāo)。

第五，合理運用APS（高級計劃系統(tǒng)）技術(shù)，通過將智能算法融合在人工智能動態(tài)調(diào)整算法當(dāng)中，實現(xiàn)靜態(tài)排程，以多代理協(xié)商的形式，進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)。能夠借助流程式模型、離散式模型、項目管理模型，解決順序優(yōu)化問題、多資源優(yōu)化調(diào)度問題、關(guān)鍵鏈和成本時間最小化問題。

第六，提升單元控制機(jī)組的智能化水平，分散控制系統(tǒng)在使用時可增強(qiáng)熱控控制的兼容性，并為系統(tǒng)管理提供智能I/O（計算機(jī)接口，輸入/輸入）功能，通過優(yōu)化分散控制系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計，結(jié)合就地單元模塊，減少拒動、誤動現(xiàn)象的形成。同時，技術(shù)人員要考量系統(tǒng)的負(fù)荷率指標(biāo)，將系統(tǒng)通信總線負(fù)荷率維持在允許范圍內(nèi)，實現(xiàn)負(fù)荷率均衡。

3 電廠熱控自動化系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的仿真設(shè)計實例分析

為進(jìn)一步探究電廠熱控自動化系統(tǒng)穩(wěn)定性的運行，以某電廠為例，對虛擬DCS仿真技術(shù)進(jìn)行了嘗試，為電廠熱控系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行提供支持。具體設(shè)計如下。

3.1 概況

該電廠共有#4、5、6臺300MW以單元布置的機(jī)組，機(jī)組設(shè)備功能相同，機(jī)組滿足基本負(fù)荷，也適應(yīng)少數(shù)的調(diào)峰狀態(tài)。設(shè)備主汽系統(tǒng)內(nèi)鍋爐產(chǎn)生過熱主蒸汽可經(jīng)過電動主閘門、高壓自動主汽門，完成上述工作后進(jìn)入高壓缸中。高壓缸膨脹做功要經(jīng)過兩個高排逆止門，蒸汽經(jīng)過高壓排氣管道再次回到鍋爐內(nèi)。對稱向相反方向流動，完成做功后排入凝汽器凝結(jié)成水。給水系統(tǒng)中的凝結(jié)水在高壓凝結(jié)水泵升壓后輸送到除鹽裝置內(nèi)，并進(jìn)入到除氧器中，經(jīng)過給水泵將水箱中的水送入到鍋爐省煤氣中，鍋爐給水泵的配置為50%的電動給水泵。

抽氣系統(tǒng)共包括8段抽氣，在汽輪機(jī)的作用下，為低壓加熱器、高壓加熱器等提供蒸汽。加熱器疏水系統(tǒng)中的高壓加熱器以逐級自流的方式，在末端流向除氧器。為保證鍋爐出口蒸汽穩(wěn)定性，過熱器有三級噴水減溫器，通過調(diào)節(jié)水溫的方式控制熱器出口的氣溫。再熱器系統(tǒng)在壁式再熱器的進(jìn)口位置，壁式再熱器和中溫再熱器中間的位置設(shè)置減水溫器[3]。

3.2 仿真要求

不同機(jī)組的控制系統(tǒng)差異性大，為此，應(yīng)建立不同的仿真模型，使其對應(yīng)不同的機(jī)組。該電廠設(shè)計的仿真機(jī)為一機(jī)多模式，熱控自動化控制系統(tǒng)仿真對象有三種。仿真的DCS控制系統(tǒng)的組態(tài)完全被仿真，組態(tài)與電廠的實際組態(tài)方式一致。

運行人員在機(jī)、爐以及電數(shù)字模型中能夠獲得真實、有效的靜態(tài)特征情況，仿真控制系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)以及對應(yīng)指標(biāo)為：靜態(tài)偏差中的主要參數(shù)偏差≤±1%；較主要參數(shù)偏差為≤±2%；一般參數(shù)偏差為≤±5%。動態(tài)偏差中的主要參數(shù)偏差為≤±3%；較主要參數(shù)偏差為≤±5%；一般參數(shù)偏差為≤±10%。主要系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)、順序控制系統(tǒng)等。其他熱控自動化控制系統(tǒng)由信號報警裝置、吹灰程序控制系統(tǒng)、汽機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及煙溫探針等組成。系統(tǒng)的功能主要是由仿真計算機(jī)實行全面的仿真，靜態(tài)與動態(tài)符合仿真精度要求。

3.3 熱控調(diào)試

3.3.1 靜態(tài)調(diào)試

電廠熱控調(diào)試的核心是DCS系統(tǒng)的科學(xué)化調(diào)試，因此，對于DCS熱控調(diào)試工作來說，應(yīng)保證受電檢測工作得到落實。受電檢測的目的是防止熱控系統(tǒng)中DCS中央處理器發(fā)生無法解決的故障問題。

一方面操作人員應(yīng)依據(jù)靜態(tài)調(diào)試規(guī)范開展工作，確保系統(tǒng)內(nèi)的線路絕緣性。另一方面，啟動受電程序前，對設(shè)備的安裝與布置開展檢查與調(diào)研工作。除此之外，對絕緣電阻等構(gòu)件采取精細(xì)化管理，由于DCS系統(tǒng)內(nèi)涉及較多回路，因此操作人員在靜態(tài)調(diào)試過程中應(yīng)采取多次切換的方式反復(fù)測試。在完成模件檢查后，再進(jìn)行下一步操作試驗。DCS的傳動試驗分為靜態(tài)傳動和動態(tài)傳動兩種，操作人員只需要針對熱控自動化系統(tǒng)的自身性能開展實際調(diào)試工作即可，確保系統(tǒng)能夠長期處于穩(wěn)定、高效運行狀態(tài)。通常情況下，電廠的鍋爐供熱量公式為：

Q=M×C×A

式中：Q表示供熱量，M代表燃料消耗量，C表示燃燒熱值，A表示鍋爐熱效率。

3.3.2 動態(tài)調(diào)試

當(dāng)熱控自動化系統(tǒng)出現(xiàn)死機(jī)問題時應(yīng)做好主機(jī)調(diào)試工作，最大限度減少主機(jī)死機(jī)的頻率。與此同時，電廠熱控調(diào)試人員在調(diào)試過程中不得對系統(tǒng)參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行隨意修改。需要注意的是，上述工作只能由專業(yè)人員完成，確保后續(xù)工作能夠順利完成。DCS熱控系統(tǒng)中的電動調(diào)節(jié)容易出現(xiàn)電源匹配度和系統(tǒng)無法契合的問題，調(diào)試結(jié)果穩(wěn)定性不高。因此，電動調(diào)節(jié)前要隔離信號。作為自成體系的系統(tǒng)，電廠熱控系統(tǒng)間具有一定的獨立性，操作人員在實際的工作中應(yīng)增強(qiáng)與電廠的信息交流，發(fā)揮DCS熱控系統(tǒng)的積極作用。有助于提升機(jī)組設(shè)備運行過程中對熱控系統(tǒng)的控制水平。

3.4 仿真設(shè)計

3.4.1 軟件設(shè)計

軟件系統(tǒng)設(shè)計包括仿真支撐平臺、虛擬DCS支撐平臺兩種。在具體操作過程中主要是在支撐平臺生成相應(yīng)對象實體后，確保軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的清晰程度。其中，仿真支撐平臺在仿真對象不同的情況下，軟件設(shè)計也將發(fā)生改變。通常情況下，完整的仿真系統(tǒng)軟件包括仿真支撐環(huán)境和仿真模型。兩者作為基礎(chǔ)的運行平臺，能夠達(dá)到仿真模型塊的同步控制工作，對仿真系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面管理，為仿真模型建立與調(diào)試提供支持。

傳統(tǒng)電廠的仿真模型是由鍋爐模型、汽機(jī)模型以及電氣模型構(gòu)件組成，而當(dāng)前的仿真模型則可以借助虛擬DCS完成。虛擬DCS支撐平臺成本低，實現(xiàn)復(fù)雜的仿真應(yīng)用功能。分為分散處理單元和人機(jī)界面兩類。上述兩種界面有利于降低仿真模型的復(fù)雜程度。數(shù)據(jù)驅(qū)動在仿真支撐軟件中分為模型驅(qū)動、算法驅(qū)動。其中，模型驅(qū)動在仿真支撐系統(tǒng)下實現(xiàn)，算法驅(qū)動則是由虛擬DCS軟件實現(xiàn)，并將其傳遞到監(jiān)控軟件內(nèi)。DCS在TCP/IP協(xié)議的支持下，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效流動和傳輸，利用以太網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。在通信技術(shù)飛速發(fā)展的背景下，DCS通信環(huán)境更加標(biāo)準(zhǔn)化[4]。

系統(tǒng)中主要包含DCS數(shù)據(jù)庫、仿真模型數(shù)據(jù)庫兩種，DCS數(shù)據(jù)是組態(tài)數(shù)據(jù)庫，包含的數(shù)據(jù)類型較多。仿真模型數(shù)據(jù)庫則是根據(jù)現(xiàn)場的設(shè)備和工藝流程進(jìn)行仿真機(jī)的設(shè)計。系統(tǒng)的實際開發(fā)與利用，主要是依靠DCS設(shè)計工程與仿真建模設(shè)計師完成設(shè)計與調(diào)試工作。當(dāng)工作人員提出控制系統(tǒng)和模型輸入清單后，開發(fā)人員可以依據(jù)對應(yīng)子系統(tǒng)與其建立聯(lián)系。該種方式能夠?qū)崿F(xiàn)模型數(shù)據(jù)點和DCS數(shù)據(jù)點的有效連接。

3.4.2 硬件設(shè)計

硬件系統(tǒng)由DCS工程師站和仿真機(jī)工程師站構(gòu)成。DCS支撐系統(tǒng)將安裝在DCS工程站中完成熱控自動化控制系統(tǒng)的組態(tài)工作。而仿真機(jī)工程師站則主要支持仿真系統(tǒng)的安全，發(fā)揮系統(tǒng)建模的功能。運算站在控制系統(tǒng)算法驅(qū)動時，工作人員可對DCS系統(tǒng)進(jìn)行操作和檢驗，實現(xiàn)仿真機(jī)復(fù)雜的功能。該系統(tǒng)主要以交換機(jī)為載體，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。