火电厂热控自动化概述

火电厂热控自动化概述热工自动化的任务•自动检测、自动调节、程序控制、自动保护大型火电机组运行对热工自动化的要求•（1）机组正常运行时，自动化系统根据机组运行的要求，自动将运行参数维持在所要求给定值上，以取得较高的运行效率和较低的消耗。•（2）机组在异常工况时，在参数超限，辅机跳闸时，自动化设备能及时报警，并迅速、及时地按照预定的规律进行处理，以保证机组设备安全，减少停运次数。•（3）机组运行在危急情况时，即当危及设备或人身安全时，自动采取措施进行处理，以保证设备和人身安全。•（4）在机组启停过程中，根据设备的热状态进行相应的控制，一避免机组产生不允许的热应力，而影响机组的寿命。•（5）随电网的发展，对自动发电控制（AGC）的要求日益严格，要求单元发电机组的基础自动化系统具有很高的稳定的投入率。大型火力发电机组的自动化功能•计算机数据采集与处理系统（DAS）、模拟量控制系统（MCS）、单元机组协调控制模式（CCS）、汽轮机数字电液控制系统（DEH）、锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）、旁路控制系统（BCS）、顺序控制系统（SCS）和电气监控系统（ECS）等。数据采集与处理系统•在微型计算机的指令下，输入通道从生产过程采集过程变量（模拟量、开关量信号等），并对采集的信号数据进行初步的数据处理（滤波、隔离、A/D转换、标度变换、线性化处理等），这称之为预处理。必要时还要对测量值进行精确度补偿计算（如温度补偿，蒸汽流量的压力补偿、给水流量、空气流量的温度补偿，热电偶的冷端补偿及线性化等）。然后将处理后的数据通过数据通信网络送到操作员站。在操作员站对获取的数据进行复杂的数据处理，最后通过显示器、打印机和硬盘拷贝机等设备实现显示、打印制表和拷贝功能。同时，建立实时的分布式数据库供运行人员随时调用所需的信息。•将被测量转化为4~20mA或电压信号•变送器、压力开关、热电阻、热电偶等采集过程变量•滤波、隔离、A/D转换、标度变换、线性化处理等•在DCS卡件及主控单元中完成预处理于操作员站完成数据处理显示器、打印机和硬盘拷贝机等设备模拟量控制系统•模拟量控制是在机组正常运行的工况下，对机组的运行参数进行自动、连续地调节，使之维持在规定的范围内，或按一定的规律变化，以控制机组的运行工况。模拟量控制系统的控制项目包括：给水自动控制、燃烧自动控制（包括燃烧调节、送风调节和引凤调节）、过热器和再热器蒸汽温度调节、汽轮机转速自动控制等。闭环控制•所谓闭环控制是指在受控过程中，将受控参数变化的信号提取出来，经处理后作用于过程的控制系统，使受控过程向着所期望的状态变化。闭环系统控制回路执行器被控对象传感器输出给定值协调控制的定义•所谓协调控制是指通过控制回路协调锅炉和汽轮机的工作状态，同时给锅炉和汽轮机控制系统发出指令，以达到快速响应负荷变化的要求，又稳定运行参数（主要是机前压力）的目的。BM&TMGFSETTPTARGET机组设备状态控制方式选择UMADSBCSTCSPSULD锅炉、汽轮发电机控制层机炉负荷协调层机组负荷协调层ADS-中调指令、GF-电网频率、SET-机组设定值、TPTARGET-机前节流压力目标设定值、PS-压力设定值、ULD-机组负荷指令、UM-单元机组主控制器、BM&TM-机炉主控制器、BCS-锅炉控制系统、TCS-汽轮机控制系统协调控制系统的基本结构协调控制系统的基本运行方式•（1）本地协调方式（CCS）•（2）ADS协调方式•（3）锅炉跟随方式（BF）•（4）汽轮机跟随方式（TF）•（5）手动方式•（6）RB方式•（1）本地协调方式。锅炉侧、汽轮机侧均为自动，协调机组的功率及机前压力。当负荷要求改变时，目标负荷与实际负荷的偏差，一方面通过汽轮机主控制器改变调节汽门的开度，使汽轮发电机组改变负荷；另一方面通过锅炉主控制器，调节锅炉的燃烧率，使锅炉出口主蒸汽压力稳定。机、炉协调系统可以使单元机组在受到扰动时，无论扰动发生在锅炉侧还是汽轮机侧，都能保证机、炉之间能很好地相互跟随协调运行。•（2）ADS协调方式。在本地协调方式的基础上，机组指令来自中调控制。•（3）锅炉跟随方式（BF）。锅炉侧投自动控制压力，汽轮机手动控制功率。负荷的调节是以改变汽轮机调速汽门开度作为调节手段，用改变锅炉燃烧率来维持汽压稳定。负荷要求改变时由运行人员改变负荷设定值，目标负荷与实际负荷的偏差经放大后，通过液压系统改变调节汽门的开度，来改变发电机输出功率。调速汽门开度改变后，蒸汽流量的突然改变引起锅炉出口蒸汽压力的改变，主蒸汽压力偏差经锅炉主控制器的放大和运算后，改变燃料量、送风量和引风量，使锅炉蒸发强度改变，从而与汽耗量相适应，使汽压恢复至给定值。•对于汽轮机调速系统，由于调节通道基本上无延迟，调节汽门开度改变后，充分利用锅炉的蓄热能力，使汽轮机进汽量立即改变，机组功率马上跟上去，负荷变化适应能力强，对维持系统频率的稳定有利。此种调节特别适用于需要参加电网调频的机组。•（4）汽轮机跟随方式（TF）汽轮机侧投自动控制压力，锅炉侧手动控制功率。当负荷要求改变时，首先改变锅炉燃烧率，待锅炉蒸发量开始改变引起机前压力变化后，再通过汽压调节系统改变汽轮机调节阀开度，改变进汽量以适应负荷变化的需要，并维持汽压稳定。•对负荷调节系统来说，由于锅炉具有较大的热惯性，调节通道的延迟大，且锅炉蓄热能力没有被利用，负荷适应性差，对保持频率的稳定性不利，故这种调节方式只适用于承担基本负荷的单元机组。•（5）手动方式。锅炉侧、汽机侧均为手动。•（6）RB方式。锅炉侧、汽轮机侧均为自动，在FSSS的配合下，实现RB条件下的机组快速减负荷，本质上是TF基础上的协调控制。•RUNBACK（简称RB）称为快速减负荷请求信号。通常RB信号由重要辅机发生跳闸型故障而产生的。机组主要选择送风机、引风机、一次风机、给水泵、以及空预器、磨煤机作为监测对象进行监视。当其中有的设备因故障跳闸则要发RB请求信号，同时计算RB的降速率。每种辅机计算出RB目标值后，经过一定的函数变换得出相应的限速率。汽轮机数字电液控制系统(DEH)基本功能•自动检测•自动保护•自动启停•自动调节锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）•锅炉安全监控系统(FSSS)是大型火电机组自动保护和自动控制系统的一个重要组成部分。其主要功能是保护锅炉炉膛避免发生爆炸事故，对油、煤燃烧器进行遥控或程控管理，故也称为锅炉燃烧器管理系统（BMS）。它是一种将锅炉的燃烧控制系统与安全保护系统融为一体的数字式逻辑控制系统。它既向运行人员提供整个燃烧系统的操作手段，又可在锅炉运行的各个阶段对其进行连续的监视、报警和保护。•FSSS在功能上分为燃烧器控制系统和锅炉安全系统两部分。燃烧器控制系统对进行连续的检测和程序控制，提供远方操作手段，并为CCS、厂级计算机和全厂报警系统提供燃烧系统的状态信号。锅炉炉膛安全系统则在锅炉运行包括启停过程的各个阶段中，预防在锅炉内形成可爆燃的燃料和空气混合物。若发生设备与人身有危险的故障时，实时主燃料跳闸（MFT）操作，并提供“首次跳闸原因”的报警信息。闭锁由此跳闸条件引起的其他跳闸条件指示。在MFT之后，仍需维持炉内通风，进行吹扫，以清除炉膛及锅炉尾部烟道中的燃、气混合物。在吹扫结束之前，有关允许条件未满足的情况下，不允许再送燃料至炉膛，如果违反安全程序启动设备，设备将自动停止启动。FSSS基本功能•1.炉膛吹扫•2.燃油投入许可及控制•3.煤粉投入许可及控制•4.持续运行监视•5.特殊工况监视•6.紧急跳闸•7.跳闸后炉膛吹扫旁路控制系统•汽轮机旁路系统一般分为高压旁路和低压旁路两级。高压旁路为过热器出口蒸汽经减温减压后到再热器进口；低压旁路为再热器出口蒸汽减温减压后去凝汽器。旁路控制系统基本功能•（1）锅炉启动过程中的汽温、汽压控制，避免再热器干烧。•（2）在锅炉汽压过高时，减少对空排汽，避免锅炉超压，并回收汽、水。•（3）配合汽轮机实现中压缸启动和带负荷，以减少转子在启动过程中的热应力。•（4）在发电机甩负荷时，维持汽轮机空载运行或带厂用电运行，以便外界故障消除后能及时并网带负荷。PLC的特点•(1)灵活、通用•(2)可靠性高、抗干扰能力强•(3)使用简单•(4)功能强、体积小PLC控制思路•(1)输入部分：•接收由各种主令电器发出的操作指令及由各种反映设备状态信息的输入元件传来的各种状态信息。PLC的一个输入点单独对应一个继电器，当输入点与输入用的公用脚COM接通时，该输入继电器得电。•(2)输出部分：•根据控制程序的执行结果直接驱动相应负载。在PLC内部设有输出继电器（可能是继电器形式，也可能是晶体管形式），每个继电器对应一个硬触点，当程序执行结果让输出继电器线圈通电时，该输出继电器的输出触点闭合，实现外部负载的控制运行。•(3)控制部分：•是由用户自行编制的控制程序。它存放在PLC的用户程序存储器中，系统运行时，PLC依次读取用户程序存储器中的程序内容，并对它们进行解释并执行，执行结果送输出端子，以使相应的外部负载得到控制。PLC的用户程序采用梯形图的编程方式，它由继电器控制电路演变而来，所不同的是，它内部的继电器并非实际的继电器，而是“软”继电器，由软继电器组成的控制线路并不是真正意义上的物理连接，而只是逻辑关系上的连接（软接线）24VN220VNQ1KM1K1K2KM2K3指令回路反馈回路如何提高热控保护的可靠性•一、重要参数测点、参与机组或设备保护的测点应冗余配置，冗余I/O测点应分配在不同的模件上。•二、DCS机柜统一接地，电缆屏蔽单端接地。三取二逻辑的可靠性•热控行业标准规定单测点的可靠率为95%，试计算“三取二”逻辑的可靠性•P=1-0.95*0.05*0.05*3≈0.99