火電廠自動化設計

火力發電歷來已久。可追述到18世紀,在當今社會,西方等已開發國家已經用上風,潮水等節能資源發的電,在國內,意識還未達到一定的高度,依然大肆用煤等不節能的資源發電,政府不得不在政策上加以嚴厲,以促進技術的革新,火電的緩慢自動化發展。政府與企業需切實合作,探索,革新,任重而道遠。

發展回顧

1.1火電廠自動化技術快速發展的十年
近十多年,是我國火電廠自動化技術發展最快的十年,由於電力市場運行機制尚未完全形成,因此,它的發展還離不開行政和技術方面的指令性規定的發展,回顧十年的技術發展,也必須與圍繞著制定行政指令的爭論結合起來。
第一階段,九十年代初期,分散控制系統(DCS)從試點到推廣套用。八十年代末,作為先進國家一項成熟技術,在華能國際電力開發公司引進的火電機組上廣泛套用了DCS,在國內機組上也著手選擇幾個電廠試點。當時,在一些引進機組的工程中暴露出的一些問題,引發一場激烈的"要不要在我國火電廠推廣套用DCS"的爭論。對此,成立不久的以陸延昌總工程師為首的能源部熱工自動化領導小組對爭論作了結論,明確指出,DCS是當代國際上取代傳統控制系統的新技術,已趨成熟,也適合中國國情,之所以在某些工程中出現一些問題,不是DCS本身問題,而是我國工程建設管理中應循守舊,把自動化系統放在不恰當位置的結果,因此,領導小組當機立斷作出決定,要在大型火電機組工程中積極穩妥推廣套用DCS。從此,我國火電廠自動化發展的歷史翻開了新的一頁,火電廠自動化開始被擺到了一個適當的位置。
第二階段,九十年代中期,火電廠自動化技術逐步成熟。
九十年代前五、六年,在各級領導和從事自動化工作廣大工程技術人員努力下,火電廠自動化技術在我國迅速發展,套用技術逐步成熟,自動化程度逐步提高,主要標誌有下列幾個方面:
1)數據採集系統(DAS)、模擬量控制系統(MCS)、順序控制系統(SCS)和爐膛安全監控系統FSSS)全面納入DCS,各項功能可用率達到較高水平,單元機組監控實現了以DCS的人一機界面為中心,傳統的後備監控已基本取消。新機組投產時自動化系統可用率達到較高水平。
2)一批工程汽機控制系統(DEH)採用DCS設備,實現了一體化。
3)打破了單元機組中機爐和發電機控制設計不協調的局面,提出並加快將發變組和廠用電控制(SCSG/A)納入單元機組DCS。
4)火電機組全面套用DCS對原先落後的自動化技術進行改造。
現在可以這樣說,我國火電廠熱工自動化裝備水平已經達到國際上先進水平,總體套用水平也正在逐步接近國際先進水平。
第三階段,九十年後期,2000年火電廠自動化設計新思路提出和套用
我國火電廠自動化技術經歷了一段時期的發展、鞏固,取得了一些成績,也存在一些問題,根據國外發展趨勢,進入2000年我國火電廠自動化向何處去,又提到議事日程上來了。
1997年10月電力規劃設計總院向國家電力公司上報"關於建設2000年新一代示範(試點)電廠"一文的附屬檔案中提出了"2000年電廠儀表和控制(I&C)系統設計原則",主要原則包括下列四個方面:
1)單元機組控制進一步智慧型化、自動化、控制中心小型化
2)監控系統物理分段設計原則的套用
3)全廠輔助系統(車間)進一步集中監控
4)發展廠級監控信息系統(SupervisoryInformationSystim,簡稱SIS)和管理信息系統(ManagementInformationSystem,簡稱MIS),形成全廠計算機監控和信息網路。
這些新思路,迅速在全國得到回響,有的已納入規程、規範,有的在推廣套用,有的在示範電廠中試點,發展速度之快超出意料,不久,一批按新思路設計的電廠將投入
運行,我們期望火電廠自動化水平能再上一個新台階,能不能在21世紀前十年中,火電廠自動化套用水平也能達到國際先進水平。
1.2自動化技術十年發展的經驗和教訓
火電廠自動化技術發展十年來的風風雨雨,有經驗,也有教訓,最值得總結的是我們
從事自動化工作的指導思想,下列幾點提出來討論;
1)要有預見性。從事電廠自動化領導工作和技術工作的人,特別要具有預見性這個素質。預見性包括對社會需求的預見性和自動化技術發展的預見性。
社會需求是近十年火電廠自動化技術發展的根本原動力,當前,我國電力市場化機制改革提到了議事日程,這對火電廠自動化技術提出了一系列要求,例如,自動化配置中如何減少值班人員和維護人員問題。目前不少電廠人員多,下崗分流困難很大,但應當看到電力市場機制改革是大勢所趨,人員肯定很快要求減下來,因此,我們搞技改時就要力求減少值班點,本來一機一控的可以根據實際情況改造為二機一控(也有三機一控),輔助車間高度集中監控或無人值班,減少控制點等。當前,有一些領導日益認識到搞自動化是投入/產出比最合算的事(例如,提出信息化促進產業發展等口號),日益重視抓自動化技術套用工作,因此,社會需求也會更快的轉化為對自動化技術套用的需求了。
自動化技術發展快,更新快是我們這個專業的一大顯著特點,因此,從事自動化規劃、設計時更要注意預見性,規劃設計的方案要有較長的壽命,選擇的產品也要注意它的生命周期,這方面教訓很深刻,例如,九十年代初期,仍只許配置DAS系統,未能及時跟上迅推廣套用的DCS;又如,九十年代中期一些老廠自動化技術改造缺乏預見性而導致不久又進行二次改造,還有的採用了一些不穩定的生產廠的不穩定產品等。
2)始終保持"開放"思想,堅持實事求是
"貪大求洋,照搬外國"一直是被有些人認為火電廠自動化工作的主要錯誤傾向,人們對我們的一個極壞的印象是"老想搞點新玩意兒",是的,我們有些人確在有些問題上犯過這一類的盲目性錯誤,但是,我認為,這不是主要錯誤傾向。你睜開眼睛看一看,這十年多為什麼火電廠自動化技術發展這么快,並為電廠安全經濟運行帶來了質的改變,就是因為"開放",我們幾乎把先進國家普遍套用於火電廠的自動化技術的大部分都"搬"了進來,實踐證明,沒有什麼不適合中國國情的,是"適用"的,因此,當前不是"開放"過了頭,面是要晚努力的吸取國外先進經驗,對於國外走過的彎路要儘量避免,不同國家的方案要認真進行分析,儘量擇其最優,為我所用。我們在"搬"外國經驗時,決不可以"照抄照搬"而是要堅持"實事求是",從實際出發,特別老廠改造中更要注意這一點,以求實效。也不要受外國自動化技術發展的束縛,現在也完全有能力有所創新,中國火電廠自動化技術中不少是由我國首創的。
3)思想不僵化,規程不限制發展
在計畫經濟時代,包括近十年來,規程規範無論是建設標準,還是技術標準,大多具有一定的強制性;規程規範制定和執行往往是一家,即所謂的立"法"執"法"合一;規程制訂的一個目的,特別是建設標準部分,往往是國家管理企業的一種手段。
當前,電力市場機制改革正加速進行,規程制定將由國家、行會(例如,中國電力企業聯合會及其下屬的標準化技術委員會)及企業三級進行,國家不再直接管理企業經濟活動,只管理資源規劃、環保和安全等巨觀問題,國家將承擔這方面的立"法"執"法"任務。行會將受企業委託制訂全國性的或行業性的規程規範,原則上只頒發推薦性標準,無權頒發強制性的標準,除非經由國家授權或以行政指令頒發,同時,他也沒有承擔執"法"的使命。行會標準被企業和用戶接受,並成為大企業制訂本企業標準的依據,主要依靠其權威性,或企業聯合投票等活動。企業(例如:發電投資公司)為了加強和規範化企業管理很可能根據行會標準結合具體情況制訂本企業標準,並根據自己的企業標準審查擬建設的發電工程設計。
但是,不管今後規程規範制定和執行如何進行,規程規範中規定某一條款時應儘量要說明這樣規定的原因和前提,不要變成僵死的條文,這樣做思想就不會僵化,規程也不會限制技術的發展,例如,關於DEH是否套用DCS硬體一體化問題,當時,沒有規定死可以或不可以,而是說明了採用各方案的條件,這樣既避免為了一體化而不顧技術成熟性,同時又為了發展一體化技術開了口子;又如,九十年代推動電氣控制納入DCS時,由於當時國內經驗少,為了穩妥起見AVR、ASS等不許納入DCS,如果我們知道當時僅僅出於這種考慮,那么,發展到今天,有些公司已具有用DCS設備實現ASS的成功套用經驗時是否可以改變以前的規定了呢?又例如,關於大螢幕顯示器問題,從人機界面看有一定優越性,但價格,可用率當時還很高,國內也無實踐經驗,對於這樣的問題,我認為一是可以搞試點,體會一下,不一定立即在集團內全推廣或全不上;另外,要跟蹤大螢幕顯示器技術發展、可用率、價格等變化的新情況調整自己的觀念。
總之,規程規範條文要力求做到防止"一規定就死,一放開就亂"。
4)要堅持積極穩妥的方針逐步推廣套用新技術
火電廠自動化技術發展很快,但是,一項新技術初期往往不太成熟或者缺乏套用經驗,因此,推廣套用的過程既要積極又要穩妥,我們在DCS推廣套用,後備監控設備取消,大螢幕顯示器套用以及電氣納入DCS等方面全是採取了這個方針,一步一步的向前推進,一旦取得經驗立即加速推廣,這樣即使初期套用經驗少也不至造成大損失,實踐證明,這個方針應當堅持。當前在推廣廠級監控和信息系統時,我建議也應採取這個方針,可以把網路框架和資料庫伺服器先搞起來,套用軟體可以根據成熟程度再一個一個開發完善。
5)加強火電廠自動化全過程的管理,提高對自動化技術套用的管理水平。
九十年代初前後,從平圩、石橫開始,自動化水平大幅度提高,DCS也開始在中國火電廠套用,當時曾經出現過一些問題。於是有一些領導不加分析就批評從事自動化工作的人"盲目照搬外國東西""自動化水平不高,不適合中國國情",後來發現問題不是出在DCS本身,自動化水平提高也是適應大機組運行需要的,而問題正是出在有些領導還是認為自動化系統是可有可無的,他們的管理思想落後於自動化技術發展的需要,在基建里程碑進度中竟然沒有自動化系統恰當的位置,沒有合理安排綜合進程,給自動化系統必要的最起碼調試時間,這樣,在投產時當然問題就很多了,後來,各地紛紛提拔了一批熟悉自動化的技術人員到各級領導崗位上來,把控制樓建立作為自動化系統可以開始全面調試的標誌,列入里程碑進度中,局面迅速發生變化,類似的問題在電氣納入DCS以及推廣套用廠級監控信息系統和管理信息系統總是上也同樣存在。
由於自動化技術發展特別快,是非常活躍的一種先進生產力,自動化管理落後於技術發展的現象仍將會不斷出現,因此,各級領導中除了要提高拔一些熟悉自動化技術的人之外,主要領導還要認真研究隨著自動化發展引起的管理改革。

單元機組自動化設計若干問題

單元機組自動化設計技術,從引進美國EBASCO技術以來已有很大提高,這裡僅就設計中若干新問題發表一些看法。
2.1控制室及控制方式發展趨向
1)控制點日益集中,控制室位置日益多樣化
隨著自動化技術發展、自動化水平提高,值班人員的職責理念也正在發生變化,機組的運行日益依賴自動化系統。為了便於管理,減少值班人員,控制點可以適當減少,過去有的電廠搞了一機一控方式,那么在技改中就應當改為二機一控,或三機一控方式(全廠三台機組時),甚至四機一控方式,實現全廠高度集中控制,法國人設計的來賓B廠二機一控,但控制室在固定端,控制室與機組距離跟四機一控類似。
控制室位置也日益多樣化,有象來賓B電廠那樣布置在固定端,在國外還有布置在生產辦公樓里或專門的一個小建築物里,他們認為適當有一點距離不會造成問題,因為控制室值班人員很少,必須堅守值班,而巡視及輔助操作應讓給就地巡視人員來進行。這為全廠布置綜合最佳化提供了新思路。
1)單元機組的輔助系統和公用系統控制方式問題
全廠輔助系統(車間)的自動化設計問題,後面專門論述,這裡主要講與單元機組密切相關的輔助系統和公用系統的控制方式問題。
a)循環水泵房它與單元機組安全經濟運行關係密切,如果是純單元制的宜納入單元機組DCS,由單元值班員監控,如果是擴大單元制的則宜納入二台單元機組的公用DCS中,平時有一台單元機組的值班員監控。
b)公用廠用電系統為便於管理一般納入單元機組公用DCS系統中,由其中一台
單元機組的值班人員監控。
c)空壓機房一般納入單元機組公用DCS中,如果布置位置靠近水處理車間時,也可以納入其自動化系統中。
d)煙氣脫硫系統(FGD),它有單元部分,也有公用部分,控制方式有二種,一種方式是由單元機組值班人員兼管,脫硫系統納入單元機組及其公用DCS中,優點是脫硫部分與鍋爐運行關係較密切,統一監控有利於安全和環保,從長遠看FGD可不設值班人員。但當公用部分較龐大時,給單元值班員增加了負擔,且距離較遠。另一種方式是把全廠脫硫系統集中設定一個控制點,配置一個或幾個DCS系統,這種方式管理比較方便,特別對於老廠改造,後加脫硫系統或脫硫系統與主系統建設不同步時,更顯其優越性。但是,從長遠看為了進一減少值班人員,要為進一步合併控制點留有餘地,例如,與電除塵、除灰渣系統和並控制點。
e)精處理,加藥和汽水分析取樣,目前有的人主張納入單元機組DCS中,理由是在主廠房內,單元機組兼管方便。另有的人主張由全廠水處理輔助系統監控點統一管理,理由是專業設定合理,距離不是大問題,不管那個方案都是主要依靠巡視人員。個人認為後一種配置方式較多優點,值得推薦。
2)控制室設計
a)從人機工程學角度,應降低CRT高度,因此,放CRT的桌面宜低下去一塊,特別是當採用特大螢幕顯示器時更需要注意這個問題。
b)控制室小型化這是取消大量後備監控盤台的必然結果。
c)電纜夾層問題,由於採用全CRT監控,後備監控設備很少,因此,控制室主環下面無需設很高的電纜夾層,下面這一塊空間可加以利用
d)關於CRT雙層布置問題,美國老廠改造工程中,CRT雙層布置的情況很多,這主要是因為控制室比較小,值班人員又只有一個人,從縮小監視面角度需要出發形成這種設計方案,這在某些特定情況下,也不失為一種可以借鑑的方案。
2.2DCS一體化問題
DCS一體化實現多種功能,有許多好處,例如,維護方便,備品備件減少,信息共享快速、可靠,人機界面統一等等,DCS功能最早包括DAS、MCS、SCS和FSSS,發展到今天,DCS一體化範圍可以進一步擴大。
1)DEH採用DCS系統實現問題,規程中提出二個前提,一是由汽輪機廠負總責,即提
出和審定功能框圖和性能要求,並落實與汽機的接口,二是DCS公司有成功套用DCS實現DEH的經驗。目前大部分DCS公司已經能滿足上述要求了,當然我們仍然不排斥汽輪機廠或DEH專業廠供應專門DEH系統的方案,一般說來,他們經驗更豐富一些,當前已經可以方便的解決DCS與DEH間雙向冗餘通訊,實現用DCS操作員站作為單一人機界面(個別情況下,對於控制信號可以採用硬接線實現)。
2)ETS納入DCS問題。經歷這一段實踐DCS可信度大大提高,已有一些工程成功的
將ETS納入DCS,但必須注意ETS的控制器處理周期不應大於50ms,最好在20-30ms間。另外應採用獨立的冗餘控制器,以儘可能提高可靠性。最近國家電力公司組織審查《老廠自動化技術改造導則》時,決定宜採用獨立控制器改為應採用獨立控制器。
3)自動同期裝置(ASS)納入DCS問題。早期電氣控制納入DCS時,由於缺乏經驗,
僅把發變組和廠用電的順控系統(SCSG/A)納入DCS,規定自動同期裝置(ASS)、自動勵磁調節裝置(AVR)和發電機保護系統不納入DCS,經過四、五年實踐SCSG/A納入DCS無論從管理上和技術上均已成熟,取得成功套用經驗。關於ASS裝置,目前已有DCS公司有將其納入DCS的技術,因此,在審查老廠技改導則時,將相關條文改為,當DCS的公司有將其納入DCS的成功套用經驗時,也可將ASS納入DCS,這充分體現了技術發展時規程也要跟著變化的思想,防止規程成了束縛技術發展的框框。
2.3單元機組保護設計若干問題
1、快速切負荷(FCB)保護
FCB指的是當發電機解列或主汽門關閉時,保護立即採取措施,快速打開旁路泄壓,同時,鍋爐也迅速將負荷降低到接近旁路最大允許負荷,維持短時運行,即人們常說的停機不停爐。FCB的目的是一旦汽輪機或發電機排除故障後,恢復單元機組負荷可以快些,在某些情況下還可由本機維持廠用電。
從系統角度出發,什麼情況下機組必須設定FCB功能?這取決於系統對機組要求,它是否肩負責著電網崩潰時,堅持帶廠用電運行,以儘快恢復電力系統運行。從這個角度出發,一個電網中應有若干電廠具有這種功能,遺憾的是,目前電網管理部門對此尚未引起注意和適當的規劃。
從電廠角度出發,要配置FCB至少應滿足下列三個條件:
a)甩負荷時機組允許打開旁路。對於西屋引進型機組,中壓調節門是非調節型伐門,汽機甩負荷時不允放打開旁路運行,因此,西屋公司原設計也是發電機解列或主汽門關閉時立即MET停爐,不可以設定FCB功能,除非做大量根本性改造。
b)根據過去實踐經驗,對於煤粉鍋爐,要在甩滿負荷情況下FCB取得成功,旁路容量應達到50-60%,否則只能在較低負荷甩負荷時方能取得成功能。
c)要有一個完好的且能快速開啟的旁路系統,過去某些電廠就因為管路設計和疏水系統有問題,導致旁路快速打開時,系統故障,這一定要引起注意。
根據上述分析,目前新建工程設計中,對於機組典型配置就是50-60%快速旁路,且管路系統設計有較成熟經驗,此時工程審查中均建議配置FCB功能。一般工程,雖然停機不停爐有一定好處(恢復負荷快),但在FCB過程中容易誘發重大事故,且為了節省投資,故均配置僅用於啟動的30%左右的旁路,不考慮FCB功能。但是技術是在發展的,特別過去已建成的一大批125~300MW機組的電廠,已配置了30%快速旁路和FCB功能,我認為各電廠在投入FCB功能前,一定要根據自己情況,確定汽輪機甩負荷時是否允許打開旁路,並進行謹慎試驗和修改設計,包括,FCB觸發的甩負荷量,快速打開旁路的安全性試驗,以及FCB邏輯設計等。但有一點要特別注意,在條件不成熟時,切勿為了搶發而釀成重大事故。
2逆功率解列發電機問題
國家電力公司頒發的《防止電力生產重大事故二十五項重點要求》9.1.6條規定"正常停機時,在打閘後,應先檢查有功功率是否到零,千瓦時錶停轉或逆轉以後,再將發電機與系統解列,或採用逆功率保護動作解列。嚴禁帶負荷解列。"但二十五條對汽機故障情況的單元機組聯鎖保護未作說明。
目前的設計技術規程對如何配合3.1.6條要求也尚無明確規定,大都仍按汽機停機(主汽門關閉終端開關閉合)立即解列發電機。按此設計的聯鎖條件與3.1.6條要求有牴觸,因為,正常停機時,關閉主汽門後,只要終端開關閉合,不管主汽門或調速汽門是否關嚴,也不管是否出現逆功率,早已把發電機解列了。當然在不改變原先規定的聯鎖條件下,稍加修改也是可以滿足3.1.6條要求的,例如,增加一個"正常停機"按鈕,當操作該按鈕停機時,不立即聯鎖解列發電機。但是,這容易產生誤操作,所以,我認為最好還是根據制訂3.1.6條的精神,修改單元機組的保護聯鎖條件。
1)解列發電機的條件修改為主汽門終端開關閉合和出現逆功率信號兩個條件。正常或事故停機過程中,關閉主汽門,主汽門終端開關閉合,按過去的保護聯鎖條件,不管主汽門和調速汽是否關嚴,發電機將聯鎖解列,這容易導致嚴重飛車事故,近年來,這樣的惡性事故曾經發生過幾起,修改後的聯鎖條件,加進了逆功率信號可以有效判斷關不嚴的情況。當然,這樣做了以後,如果逆功率信號拒發,則在某些汽機故障情況下(例如,掉葉片振動大停機)由於不能及時解列,降速,也會造成汽機嚴重損壞,但無論如何,飛車事故要更嚴重一些。
2)傳統在電氣保護中設計了一個逆功率保護迴路,當出現逆功率信號時,首先發出了報警信號,當逆功率信號持續一定時間(約3分鐘)後,聯鎖解列發電機,這個保護迴路是十分必要的,因為在剛併網或降負荷停機過程中,容易出現逆功率,導致汽輪機"無蒸氣運行"。一般汽輪機廠規定,正常凝汽器真空條件下,允許汽輪機"無蒸汽運行"下超過3分鐘。時間過長將導致汽輪機發熱,振動等事故,這個保護迴路就是依據這個情況下設計的。
根據新設計思想,發電機逆功率解列發電機保護的延遲時間應由過去的"分級"改成"秒級"。固然,汽輪機正常情況下允放"無蒸汽運行"的時間是個"分級"概念,因此,人們總希望出現逆功率信號後,留給運行人員以判斷信號是否誤發的時間,如果誤發,可及時採取措施,解除逆功率保護,或在的確出現逆功率時採取措施消除逆功率動作現象。但是,我們的設計中是不允許提供運行人員解除保護的措施的;其次,為運行人員提供儘可能長時間去進行操作,消除逆功率運行,這固然有好處,但也可能帶來負面問題,因為,在汽輪機某些故障(例如,振動大)停機時,希望儘快停下來,甚至採取破壞真空停機方式,以減少汽輪機破壞程度,如果汽機主汽門關死後,終端開關拒發信號,就要依靠經很長延遲的逆功率信號來解列發電機了,顯然這是不利的。因此,當前,以保護設備優先於搶發電的保護設計思想下,減少延遲時間就有一定道理了。
3)逆功率信號可靠性應當提高,應採用三取二措施。
從上面分析可以看出,逆功率信號的重要性是顯而易見的,逆功率信號的拒動將導致停機後不能立即解列發電機,而該信號的誤發則又將導致誤解列發電機,甚至造成飛車事故(主汽門和調速汽門關不嚴時),因此,對如此重要的保護用信號應採取三取二措施。
3)關於停爐不停機問題
在討論單元機組保護時有人主張鍋爐保護動作停爐時,希望不要立即聯動關閉主汽門,如判斷是保護誤動作或能很快排除故障,就可以很快起動鍋爐使單元機組帶上負荷,我們認為不僅和現行規程相牴觸,也是不可取的。因為:
a)利用鍋爐餘熱運行要求汽輪機快速降到很低負荷下維持運行,這將導致汽輪機極大熱應力和壽命損耗,也容易導致振動、膨脹不勻等不安全因素。從鍋爐角度看,汽包壓力降低過快也會導致帶水或熱應力過大等危險。因此,堅持運行比起停爐來對設備的潛在危險性增大。
b)對鍋爐給水系統(汽包水位差大)故障,堅持餘熱供汽也是不允許的。
c)由於鍋爐停爐後再重新起動需要認真檢查,並按規定進行爐膛吹掃,因此,不可能很快啟動,如果匆忙搶著起動,往往會擴大事故,這類教訓屢見不鮮,非常沉痛。
2.4監控系統最佳化問題
我在一次會議上曾經指出,進入21世紀,DCS應當和將要出現質的變化,這時除了DCS結構變化外,主要指的是整個自動化系統的套用軟體方面,特別是監控系統最佳化問題。經過十幾年,DCS技術基本成熟,監控系統設計和套用技術儘管還有一些不盡人意之處需要解決,但重心應當轉向進一步最佳化方面,最佳化出安全、出效益。國外,也正在迅速向這方面發展。希望這一次不要拉開太大差距,甚至在有些方面可以超過它們。
監控系統最佳化可以有以下幾個方面:
1)加強操作指導功能
這是一個開環的監控系統,涉及安全和經濟兩個方面,它以狀態計算、分析和診斷為基礎,它有時往往需要一個專用的複雜的套用軟體,甚至完全專用的系統,屬於這一類的有機組偏差能損分析、最佳化燃燒、汽機振動故障診斷等,但是有一些操作指導只要認真總結一下電廠實際運行經驗,用DCS組態的方法就可實現,例如:
--智慧型化報警,(例如同時出現相關報警信號時,顯示真正的原因)
--主機狀態偏差或故障時帶有一定判斷指導的智慧型畫面的生成(例如汽機真空低時可能原因分析和顯示)
--輔機狀態變化的提示(與歷史數據比較)和分析(例如風機的流量、壓頭、功率點的漂移及分析)因此,我們不要把操作指導神秘化。當然我們要引進或組織國內既熟悉機組機理又有一定運行知識,並有最佳化理論知識的專家開發一些高級的最佳化監控系統,但是,也不應忽視從總結電廠實際運行知識出發,開發一些初級的、但很實用的操作指導,迅速擺脫老是空談的局面。
2)提高自動化水平
目前我國火電廠自動化水平與國外尚有一定差距,由於八十年代到九十年間我國機組可控性差,控制設備選型差,再加上管理水平差,運行人員多,以及電力不足,機組大多帶基本負荷。因此,九十年代確定的自動化水平是:順序控制以子組級為主,極小部分實現功能組級控制,模擬量控制按高負荷時能投自動設計(個別除外),這與國外自動化水平有較大差距。
當前,形勢發生了很大變化:電力市場改革以及電力的相對富裕對機組運行帶來了許多新要求(例如,適應調峰和一次調頻要求,縮短啟動時間等),電廠管理被迫要求不斷深化改革;新建電廠機組可控性已有較大提高;控制設備選型與國外無多大差別,老廠也通過改造與新建電廠逐步接近。因此,我們在2000年設計新思路中提出順序控制應逐步向實現功能組級和機組級發展,模擬量控制應擴大可投入自動範圍。

進一步實現最佳化控制

最佳化控制包括模擬量控制和順序控制的最佳化,例如:
--鋼球磨煤機制粉系統的最佳化控制
--汽溫控制的最佳化
--新型協調控制系統
--最佳化鍋爐吹灰
--機組啟動最佳化
這方面國內外已開發了不少軟體,有的已經商業化,需要我們化力氣去認真了解它的效果,以確定是否購置,還有一些已基本可用,但還需要做一些二次開發工作。
火電廠從手動(遠方)控制向自動(順序)控制發展是一次大的飛躍,進入21世紀火電廠監控系統將從傳統方式向最佳化(智慧型化)發展,這將是一次質的飛躍,1997年10月我們提出"2000年火電廠I&C設計新思路"的幾個方面,但對向監控系統最佳化目標發展方面,起步是最艱難的,要實現這個目標,有些思想認識需要討論。
a)認清電力市場改革將對電廠安全和經濟運行提出更高要求,使監控系統最佳化是客觀需要和必然趨勢,國外先進國家在這方面發展非常迅速,這對我們是一個啟示,我們應爭取主動,使自己在今後競爭中立於不敗之地。
b)重視技術、重視人才。監控系統最佳化問題對人才提出了更高的要求,要付出很大的高級勞動,因此,思想上要重視這種人才,行動上尊重他們的勞動,物質上給予他們恰當的報酬,對於供貨商,如果他們在這方面做了實實在在的有效工作,也應當有合理回報,否則誰願意自找苦吃,做賠本買賣,這樣才能促進技術進步,你也才能得到大的利益。
c)要堅持積極、穩妥的方針,成熟一個,上一個,不要盲目的一哄而上,決定上的項目,一定要集中力量,務必取得實效。
3、監控系統功能分散和物理分散技術的套用
計算機及其網路技術的發展推動著DCS技術的發展,同時,也為監控系統功能分散和物理分散技術套用的多樣性創造了條件,但監控系統最終合理的分散度卻還決定於工藝系統的特點。
3.1監控系統功能分散問題
分散控制系統問世時,當時開發者有兩大派,一派以歐洲的公司為主,他們根據過去集中計算機控制故障集中的弊病,提出DCS應按控制功能徹底分散的原則開發。因此,他們推出的DCS中的控制容量很小,往往控制1~2個迴路,與傳統單迴路控制器類似;另一派以美國和日本的公司為主,他們走中間道路,採取適度分散的原則。起初歐洲派由於符合原先的習慣,受到一定程度的歡迎。但是,隨著時間推移,這種方案最終被淘汰了。現在連當時創導這種思想的DCS公司也紛紛拋棄原來那種型式的所謂控制功能徹底分散的思想,而推出適度分散的DCS產品。縱觀這一段DCS發展史,結合火電廠單元機組控制系統的特點,我認為,DCS功能配置將與物理配置走正好相反的方向,正在趨向再適度集中一點的方向發展。究其原因,這是因為,首先,單元機組各個控制系統間有著千絲萬縷的信號聯繫,一對控制器故障,往往會導致另一對控制器因沒有正確的聯繫信號而不能正常工作,甚至誤動;其次,由於目前大多沒有常規後備監控設備,因此,對於大部分重要控制器來說,只要其中一對控制器故障,可能就要被迫停機。而過多的控制器實際上反而增加了故障停機的機率。再次,目前控制器容量和速度均大大提高,多個相互聯繫密切的控制系統集中在一對控制器中,反而因內部信息交換方便而提高可靠性。目前有的分司推出的DCS,CPU採用2×2冗餘(由於計算機技術發展,成本增加很小),可靠性進一步提高。綜上所述,根據電廠特點,應當在提高每一組控制器的可靠性上下功夫,例如,採用按照iec61508功能安全原則設計的控制器;CPU採用2×2冗餘或三重冗餘;必要時甚至對部分I/O採取冗餘等。而在控制器容量和速度允許情況下,可以合理的配置控制器(按工藝功能區配置;關係密切的控制系統納入同一控制器等),適當提高功能配置的集中度。
3.2監控系統物理分散問題
計算機及其網路技術發展,調試和維護愈來愈方便,模件對環境的要求也逐步降低,監控系統物理配置正由過去的全部集中到一個控制樓里的單一配置方式,逐步呈現從實際出發的多樣化方式,即適度物理分散配置的方式,以取得最佳投資效益。總結國內外經驗有幾種方式:
1)電子設備間(控制器櫃)物理分散布置英國二套大型燃氣--蒸汽聯合循環機組分別在燃氣輪機、蒸汽輪機和餘熱鍋爐等設備旁配置相應電子設備間,其內還包括電氣配電裝置。
法國阿爾斯通公司在廣西的BOT項目來賓B廠,電子設備間分別在鍋爐和汽機旁設定二個電子設備間,其內也包括電氣配電裝置。
我國近年一些電廠,包括示範電廠中也開始嘗試把電子設備間分散,大多採取鍋爐電子設備間仍舊放在控制樓里,僅把汽機電子設備間儘量向汽機靠近,以節省電纜。
在老廠改造中,電子設備間分散的實例也已出現,例如原先一機一控,改造成二機二控或三機一控時,電子設備間均仍放在原控制室,而不集中到一個控制室。
實踐證明,電子設備間(控制器櫃)因地置宜,適度物理分散布置,只要保證要求不太高的環境條件,不僅可以節省電纜,對運行維護也不會帶來困難。
2)過程通道物理分散
目前,DCS的過程I/O通道模件大多已採用現場匯流排與控制器通訊,隨著電子技術的進步,不僅帶專門設計的機箱的遠程I/O,就是一般I/O,放置在一定防護要求的機箱內也可滿足在就地的一定環境條件下正常工作,這已被國內大量實踐所證明。廣泛採用遠程I/O分散配置,可節省電纜及相關費用。目前最大的問題是在驅動控制I/O方面的套用,大家還有擔心,其實,現在是打消這種顧慮大膽推廣套用的時候了,理由是:
首先,一般I/O模件與控制I/O模件無本質差別,可控性和環境適應性是一樣的。
其次,遠程放置的控制I/O模件主要用於開關量控制,通訊匯流排故障不會造成很大影響。在這方面,國外已有不少成功套用經驗,國內也有不少業績,特別值得注意的是電氣專業在這方面發展比熱工自動化專業快,這種技術在智慧型開關櫃上廣泛套用。
3)現場匯流排控制系統套用現場匯流排控制系統的出現使監控系統徹底實現物理分散成為可能,它的套用已超出節省電纜及由此帶來的好處了。
現場匯流排控制系統離不開現場匯流排和智慧型化現場設備,智慧型化設備的功能全部發揮也離不開通過現場匯流排構成控制系統,但是,智慧型化現場設備本身的發展並不僅僅是為了構成現場匯流排控制系統,它還有許多獨立的發展方面,例如,遠方維護、調整、管理等功能,甚至這些功能先於控制功能的出現。因此,我想從智慧型現場設備在火電廠的套用前景這個角度出發,看問題的思路可能會更廣闊些。
a)現場匯流排模擬量控制系統現場匯流排模擬量控制系統無疑是智慧型化現場設備的第一個用武之地,它實現了控制系統的徹底物理分散和功能分散。當前在火電廠的一些簡單模擬量控制系統中(包括遠方控制)中有實用意義和廣闊的套用前景,它集數據採集、自治控制以及現場設備維護、調整、管理於一身,還有節省電纜和減少工程量等優點。因此,實際工程中可以積極穩妥地逐步推廣套用。但是,對於複雜的控制系統,"徹底分散"由於故障點增多,反而會降低系統的可靠性(即使將來開發出冗餘的FF--HI或PROFIBUS--PA過程自動化匯流排),並使一個控制系統的功能必須以很高的處理周期,頻繁在二層通訊網路內交換信息,因此,至少在相當長時期內,技術上是不可行的。對於這部分系統的控制功能反而有適度集中的趨勢。
b)現場匯流排開關量控制系統採用智慧型化的驅動器、開關櫃,通過現場匯流排接入DCS系統,這是智慧型化現場設備的又一方面套用,它解決了現場驅動系統的維護、調整和管理等功能,目前,技術上已經成熟,有不少產品可以選擇,問題是,經濟上是否合理,這是一個需從發展來分析的問題。當前電市場體制改革正加速進行,廠網分開,競價上網,很快要推開,提高運行安全性、經濟性、減人增效,以提高電廠效益直接關係到投資者和職工利益,受到日益關注,採用這種系統不僅可以通過智慧型化診斷和遠方維護提高運行安全性,而且也為現場設備管理電子化、現代化,減少維護調整人員創造了條件,從國外看,這也是一個發展趨勢。
c)現場匯流排數據採集系統
採用智慧型化變送器通過現場匯流排接入DCS系統,這又是智慧型化現場設備的另一種套用。它與前面講到的現場匯流排開關量控制系統的套用很類似。試構想一下,如果大型火電廠中,廣泛套用智慧型化現場設備通過現場匯流排接入DCS系統,雖然僅僅是一小部分實現閉環自治控制。這樣,熱工自動化系統不僅為火電廠自動化作出貢獻,而且也為自動化系統本身的運行、維護、調試和管理現代化奠定了基礎,因此,比較前瞻一點去看,可以在具體工程中逐步進行適當的探索。

全廠輔助系統(車間)自動化

大型火電廠全廠輔助系統有輸煤系統、除灰系統、除渣系統、補給水系統、反滲透系統、凝結水系統、廢水處理系統、淨化站、加藥採樣系統、制氫系統、燃油泵房、循環水泵房、空壓機房、綜合泵房、電除塵系統、煙氣脫硫系統等十幾個,據對28個省市自治區168個裝備125MW及以上容量機組的火電廠調查,除輸煤系統實現自動化的電廠已占74%,鍋爐補充水處理已占61%外,其它輔助系統實現自動化的電廠分別在10~40%之間,而且由於分散值班,運行值班人員高達100~200人。隨著大中型國營企業改革逐步到位,有些企業已經意識到,輔助車間高度集中控制減少監控點,可以大大提高勞動生產率,一年就可以減少千萬元的支出,因此,已有一些先進企業開始著手對輔助係數統進行技術改造。根據這個形勢,1997年10月《2000年電廠儀表和控制(I&C)系統設計原則》報告中明確提出,輔助系統(車間)應統一設計、統一設備選型、統一設計標準,提高自動化水平,減少監控點,實現減人增效。2000年頒發的《火力發電廠設計規程》也將這種設計思想正式納入規程,要求"火電廠相鄰的輔助生產車間或性質相近的輔助工藝系統宜合併控制系統及控制點,輔助車間的控制點不宜超過三個(輸煤除灰、化水)其餘車間按無人值班設計。"
監控點的設定數量和組織要適合工藝系統設計以及當前運行和管理水平,同時又留有進一步減少監控點的可能。經過充分討論,普遍認為當前按煤、灰、水三個控制點比較適當,但是,實際電廠的系統、運行管理方式是多種多樣的,因此,決不可把上述原則變成教條,到處死搬。
例如,上海某電廠技術改造時,除灰除渣系統不設專門控制點,而是放在單元控制室內,這為將來進一步減少值班人員創造了條件。
又如,四川某電廠有一台循環流化床鍋爐,輸煤系統採用單皮帶,因此,輸煤系統直接納入單元控制室控制。
再如,海南某電廠,燃氣發電機組改造為聯合循環機組,由於增加的輔助系統比較簡單,工程審查時,大家一致同意採用全廠所有系統均集中到機組控制室中,全廠只有一個控制點。

廠級監控和信息系統

20世紀九十年代,單元機組自動化水平有了很大的發展,但廠級監控和管理水平相當落後,因此,1997年10月《2000年電廠儀表和控制(I&C)系統設計原則》明確提出要提高全廠綜合自動化和管理現代化水平,實現全廠監控和管理信息系統網路化。
廠級監控和信息系統包括廠級監控信息系統(SupervisoryInformationSystem,簡稱SIS)、管理信息系統(ManagementInformationSystem,簡稱MIS)和發電側報價輔助決策系統(PlantBidding-System簡稱PBS),總體結構如圖所示。

現在就當前發展廠級監控和信息系統需要解決的幾個問題進行討論:
1)廠級監控信息系統概念
1997年10月,提出發展火電廠SIS後,1998年1月針對當時工作需要,對SIS概念及內容進行了理論探討,經過四年的實踐,我認為已經有可能和必要對SIS下個準確的定義了。
什麼是廠級監控信息系統(SIS)?我認為可定義為:"火電廠廠級監控信息系統是主要為火電廠全廠實時生產過程綜合最佳化服務的生產過程實時管理和監控的信息系統"。
廠級監控信息系統(SIS)與機組(車間)級的監控系統(例如單元機組DCS)不同:
a、服務對象不同。SIS主要為全廠綜合最佳化服務,而DCS等是為機組(車間)級自動化服務。請注意SIS定義中增加"主要為"三個字,意味著SIS的發展有可能將機組(車間)級的部份管理功能(例如性能計算和分析)放到SIS這一層。
b、主要功能不同。SIS功能大量的是用於對實時生產過程的管理目的,只有少量用於監控目的(例如負荷實時調度),而DCS等則相反,主要是監控功能,但也同樣包括少量管理信息(例如歷史數據存檔等)。人們在命名時,常常以主要功能來確定的,因此,廠級的叫監控信息系統,機組(車間)級則叫監控系統。
廠級監控信息系統(SIS)與管理信息系統(MIS)也不同:
a、服務範疇不同。SIS是屬於實時生產過程管理和監控範疇,而MIS是屬於企業管理現代化的範疇。
b、實時性要求不同。SIS實時性強,且不說全廠生產過程的綜合監控需要連續進行(例如負荷實時調度),就是生產過程的管理,也是屬於實時性管理,許多問題也必須三班不間斷的處理(例如,設備狀態檢測和分析);相對而言,MIS實時性要求就低一些,是屬於"離線"分析和管理的,一般也無需三班倒值班。
根據SIS的概念,SIS可以包括很多功能,例如,生產過程信息監視、統計和分析功能;全廠調度和機組負荷最佳化分配功能,廠級及機組級性能計算和分析功能;設備狀態檢測以及故障診斷和維修指導功能;機組壽命管理功能;遠程監視及技術服務功能等等,但是,關於SIS的功能問題有下列幾點值得注意:
a、SIS功能不只限於這些方面,它必將根據全廠實時生產過程綜合監控和管理的需要,以及開發套用的實踐,不斷充實和完善,事實上,有些電廠開發的SIS,已經開創了一些新功能。
b、SIS功能要根據具體電廠的情況,具體確定,例如,機組負荷最佳化分配功能,對於全廠只有二台同類機組,或幾台機組分別接在不同電壓等級的出線上,或從系統考慮該廠機組採用"直調"方式時,是否要配置該功能,就值得研究。
c、SIS功能宜分步實施。由於SIS提出時間不長,SIS功能軟體模組的開發和套用經驗不足,技術不成熟,效果尚待評估,因此,當前不宜每個工程都將所有功能都一哄而上,以免造成投入運行後,發現無效,棄置不用而浪費工程費用,為此,當前各大電力投資公司宜在自己管轄的眾多電廠中,選擇少量電廠做SIS試點,配置較豐富的功能,待總結經驗後再全面推廣,對於一般電廠當前可以先建設SIS網架,資料庫以及少量相對成熟的功能軟體,並留有將來方便擴充完善的條件就可以了。
2)廠級監控和信息系統的網路
計算機網路技術的發展已經為"管控一體化""系統集成"提供了各行各業都可以借鑑的通用的、成熟的工具,實現全廠網路互連、信息共享以及各種等級的網路安全措施。但對於從事火電廠信息技術工程套用的人來說,要研究解決工程套用的核心問題-內容,這對於各行各業全不一樣,對於我們火電廠,就要根據管理信息系統、報價決策輔助系統、廠級監控信息系統以及機組(車間)級眾多監控系統的具體情況確定針對套用系統的網路配置、網路安全的重要性分級要求、信息共享範圍以及信息處理模型等,這些方面完全是個新課題,需要研究開發,基本上沒有通用的、成熟的技術可以套用。
1997年10月提出大型火電廠配置廠級監控信息系統和管理信息系統以來,其網路配置結構始終是一個爭論的問題,常見的有兩種方案:
方案一:SIS和MIS採用一個共用網路,其間用防火牆等安全措施進行隔離,優點是方便SIS各種套用軟體從MIS網上訪問實時數據的需要,同時也可以滿足MIS網上用戶訪問實時數據的需要。
方案二:SIS和MIS分別採用獨立的網路,其間通過SIS和MIS各自的數據伺服器之間互連和交換信息。優點是SIS網路上的套用只需與實時/歷史數據伺服器聯繫,而MIS的套用只需與MIS關係數據伺服器通訊,從而減少通訊的複雜性,提高了兩個網路的獨立性和可靠性。
2001年11月9日,國家經貿委頒發《電網和電廠計算機監控系統及調度數據網路安全防護暫行規定》指出:
"電力系統安全防護的基本原則是安全等級較高的系統不受安全等級較低的系統的影響。電力監控系統的安全等級高於電力管理信息系統及辦公自動化系統。各電力監控系統必須具備可靠性高的自身安全防護設施,僅可與安全等級相同的系統直接相聯。"
"各電力監控系統與辦公自動化系統或其它信息系統之間以網路互聯時,必須採用經國家有關部門認證的、可靠的、專用的有效安全隔離設施。"
"建立完善電力調度數據網絡,應在專用通道上利用專用網路設備組網,實現物理層面(如:專線、同步數字序列、準同步數字序列)上與公用信息網路的安全隔離。電力調度數據網路只允許傳輸與電力調度生產直接相關的數據業務"。
"電力監控系統和電力調度數據網路均不得與公共網際網路相連。"
規定所稱的"監控系統"是指"各級電網調度自動化系統、變電站自動化系統、換流站計算機監控系統、發電廠計算機監控系統、配電網自動化系統、微機保護和安全自動裝置、水調自動化系統和水電梯級調度自動化系統、電能量計量計費系統、實時電力市場的輔助控制系統等"。"調度數據網路"是指"各級電力調度專用廣域數據網路、用於遠程維護及電能量計費等的調度專用撥號網路、各計算機監控系統內部的本地區域網路等"。
根據《暫行規定》的精神和本文對SIS和MIS概念的分析,有下列幾點應引起注意:
aMIS是屬於管理信息系統範疇,而且不可避免會與"公共網際網路相連",安全等低
於"電力監控系統"。
bSIS是屬於或接近於"電力監控系統"的範疇,當電廠採用"非直調"方式時,SIS還必須與"電力調度數據網路"相聯,因此,它不能與比它安全等級低的MIS"直接相聯",
而"必須採用經國家有關部門認證的、可靠的、專用的有效安全隔離設施。"考慮到SIS與"電力調度數據網路"相聯的情況,SIS與MIS互聯的方案一是不可取的。
c發電側報價決策輔助系統(PlantBiddingSystem,簡稱PBS)是什麼性質的,《暫行規定》中不太明確。作者認為,PBS不屬於"電力監控系統"範疇,屬於管理信息系統
範疇,但它的重要性和保密性要求很高,其安全性等級可以與"電力監控系統"相當,高於一般的MIS要求。目前在討論"發電廠報價輔助決策系統設計導則"時有一些人提出將實時調度和報價決策合併為一個系統,向SIS傳送:予調度計畫、實時調度計畫、輔助服務(增減出力或吸收無功)計畫以及即時發電機出力指令(AGC)。對此本人視不同觀點。輔助報價決策系統儘管重要性、保密性要求較高,但安全等級顯然仍比安全調度系統要低,PBS的納入將降低了調度系統的安全性;此外,根據《暫行規定》,"電力調度數據網路只允許傳輸電力調度生產直接相關的數據業務",二者合併,必然在PBS與電力市場交易系統間有大量非直接用於電力調度生產數據在調度數據網上傳輸,並把整個電網的電力市場交易系統和安全調度系統不恰當的聯成了一個網路。
3)廠級監控和信息系統的功能模組合理配置
廠級監控和信息系統包括的子系統(SIS、MIS和BPS)間常常是不僅有些數據需要共享
而且有些功能模組也有類似之處。但是,在實際工程中,由於體制和企業利益,不同的子系
統有不同部門管理或不同廠商開發,容易造成各自為政,通氣不夠,以致造成各個子系統大
而全,功能重複配置。此外,即使是由一個廠家開發,也存在著一個全廠系統功能統一規劃
的問題。為此,作者企圖提出一些構想,與同仁探討。
a.功能配置原則
--功能合理分級配置
對於僅僅為某一級子系統需要的功能模組,應安裝在本級子系統內;上下兩級均需要的功能模組則宜設定在下一級系統中,但是,它在開發時必須充分考慮上一級的需要,以儘量減少上一級再加工的工作,但也不在上一級中重複設定下一級已設定的功能模組,將大量原始數據全傳上來,重複在自己設定的功能模組中進行處理,造成數據通道擁擠和計算機及網路資源浪費。這在不同廠商分別承擔各子系統時,尤其應有人作統一規劃的總體設計工作,並進行互相協調配合工作。
--簡化和提高單元機組級監控系統的可靠性
在出現廠級SIS前,單元機組級監控系統DCS,不僅完成機組直接監控任務,而且有逐步擴大管理功能(包括具有實時監控性質的管理功能)的趨勢,例如,機組性能計算、汽輪機壽命管理、長期歷史數據存貯、操作指導等。DCS中這些管理功能的增加,使DCS日趨複雜,往往也是造成數據阻塞和軟體"當機"的重要原因;此外,每台機組重複設定同樣軟體,也造成投資的增加。
廠級SIS的出現,電廠自動化系統結構也應隨之變革,本人認為,今後應儘量簡化單元機組級DCS的功能,主要服務於機組的直接監控,把實時性不強的管理功能上移至廠級SIS,DCS本身可以變成單層結構,這樣必然大大簡化直接監控級而提高可靠性,還可以降低綜合投資費用。我認為這應當是DCS的一個發展方向。
從這個觀點出發,我們要正確理解管控一體化的概念,在吸收或引進外國公司的各種高級軟體時,要作認真的分析,根據軟體的性質,合理的配置在各級自動化系統中。
b.MIS、BPS的功能模組分配
電廠報價輔助決策系統要收集電力市場交易中心的信息以及廠內管理和監控信息系統的數據,並通過報價輔助決策軟體的運算和分析,提供報價決策,PBS與MIS間有些功能模組應進行合理配置。例如,發電成本計算和分析,燃料管理,檢修計畫和管理等不僅對外輔助報價決策需要這些資料,而且從加強電廠內部管理以適應外部報價要求和內部自身管理規律,均需要設定功能模組進行計算和分析,而且其功能遠比輔助報價決策的運算要煩雜得多,因此,這些功能不宜放在PBS子系統中,而宜放在MIS中,PBS可調用其運算結果。當然,它們的開發,包括具體功能、數學模型,乃至數據格式等均應綜合考慮內部管理和對外報價決策的需要,這樣可使PBS簡化二次加工的工作量和減少資料庫,防止每個子系統大而全,自成體系的資源浪費現象。
c.SIS功能模組分配
SIS作為機組級DCS與廠級MIS間的中間層,起著承上啟下的作用,它屬於信息管理為主,同時兼有實時監控的作用,因此,在SIS中必須建立一個比較完善的和一定規模的實時資料庫,並為MIS共享,這已被人們普遍認同。下面將就若干功能模組如何配置談點看法:
--性能計算、分析及其操作指導
全廠綜合性能計算、分析,是最佳化調度所必須的,無疑應放置在廠級SIS內。問題是機組級的性能計算、分析到底配置在那一級較好。過去人們習慣於放在DCS中,我認為當工程中配置完善的SIS後,將此功能上移至SIS中完成較為合理,這是因為,有利於屬於單元機組級,提高DCS的可靠性;設定在廠級,經濟上也是合理的,實時性也能滿足要求。
--全廠負荷(有功、無功)最佳化調度
實施電力市場,競價上網後,電廠是直調還是非直調,目前尚有分歧,從華東院向各電廠函調看,多數電廠主張非直調,根據我國情況,這不無一定道理。對於非直調電廠來說,機組負荷根據安全和經濟因素進行全廠負荷的最佳化分配就是SIS的一個重要功能了。最佳化分配要考慮三方面因素:
①經濟性,不僅要考慮機組經濟性,而且當機組不同出線時,還要考慮不同潮流的線損因素。
②系統穩定和線路阻塞。
③機組安全域,例如主輔設備缺陷,無功能力等。
機組安全域計算和分析模組可以設定在單元機組級,也可以設定在SIS級,本人認為設在單元級較好,一則計算比較簡單,二則單元級、SIS及PBS均需該模組的數據,選擇數據流較順。因此,熱工自動化專業應儘快研究各級子系統對安全域計算分析的要求,以便在DCS內使該軟體模組的配置更為合理。
--機組最佳化控制
外商在機組最佳化控制方面提出了很多軟體,各廠商也不盡相同。例如,最佳化燃燒控制或指導,鍋爐吹掃最佳化控制,新型協調控制,凝結水節流控制等。
這類模組,絕大部分需要快速、可靠和直接干預單元機組的生產過程。因此,宜於納入機組級控制系統中。但是,對於吹掃最佳化控制和燃燒最佳化操作指導等模組,由於實時性要求不太高,則可根據提供的軟體複雜程度,可置於SIS級,以節省資源,簡化機組DCS。
--機組壽命管理
機組壽命管理是通過機組部件的金屬溫度及其變化率來計算熱應力,並評估壽命損耗。
汽機在啟停和負荷變化時,金屬部件的熱應力變化很快,而且是汽機實現ATC控制的主要控制指標,因此,國外均納入汽機DEH中,不宜上移至SIS級。但是,對於機組各部分壽命耗損,以及無需實時監視的某些部件的應力計算和分析,宜納入SIS以節省資源。
--狀態監視、故障診斷及其操作指導
這類功能模組往往需要大量實時數據和/或歷史數據,有的要求採取特殊的快速採樣(例如,汽機和鏇轉機械振動故障分析)。為了完成該功能,往往還需要開發各種各樣高級分析軟體。
這部分功能宜配置在SIS級,並設定專用工作站完成特定狀態監視和故障診斷功能,所需數據可取自SIS的實時資料庫,或專用工作站自配快速數據採樣(例如汽機振動故障診斷系統)。
4)PBS建設問題
PBS建設必須以SIS和MIS建設為基礎,但SIS和MIS建設決不僅僅是為了PBS,因此,在建設具有完整功能的PBS前應首先建立SIS和MIS,有人主張當有的廠沒有SIS和MIS時,為了建設PBS,建議報價決策所須的SIS和MIS中的那些功能和資料庫在PBS中建立,我認為這樣做不妥當,這必使今後建設MIS和SIS時造成重複和浪費,況且,總體上講建設PBS的條件遠不如SIS和MIS成熟,在目前電力市場管理法則不確定的情況下,PBS開發不可能完全實用。因此,各電廠應首先建立SIS和MIS,隨後再開發PBS,如果某地區急於進行電力市場運行試點,那么以先搞個簡單的PBS,待真正的電力市場法則建立後再在SIS和MIS基礎上完善它。

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