大容量高参数机组国产化DCS技术探索

大容量、高参数机组大容量、高参数机组国产化DCS技术探索北京国电智深控制技术有限公司2016.5600MW及以上机组工艺过程特点国电智深公司DCS解决方案600MW及以上机组工艺过程特点600MW及以上机组控制及优化方案第一部分600MW及以上机组工艺过程特点超临界机组系统总貌600MW及以上机组工艺过程特点直流锅炉没有汽包，又没有炉水小循环回路，给水是一次性流过加热段、蒸发段和过600MW及以上机组工艺过程特点热段的，三段受热面没有固定的分界线。当给水流量及燃烧量发生变化时，三段受热面的吸热比率将发生变化，锅炉出口温度以及蒸汽流量和压力都将发生变化，因此给水、汽温、燃烧系统是密切相关的，不能独立控制，应该作为整体进行控制。600MW及以上机组工艺过程特点直流锅炉随着蒸汽压力的升高，蒸发段的吸热比例逐渐减少，而加热段和过热段的吸热比例增加；以及受热面管径变小，管壁变厚，因此，随着蒸汽压力的升高，锅炉分离器出口汽温理论上认为：在临界点（22.129MPa、温度374℃），水的汽化会在一瞬间完成，即在临界点时饱和水和饱和蒸汽之间不再有汽、水共存的两相区存在，两者的参数不再有区别。由管壁变厚，因此，随着蒸汽压力的升高，锅炉分离器出口汽温和锅炉出口汽温的惯性增加，时间常数和延迟时间增加。于在临界参数下汽水密度相等，因此在临界压力下无法维持自然循环，不能再采用汽包锅炉，直流炉成为唯一的型式。超临界锅炉与亚临界自然循环锅炉的结构和工作原理不同，启动方法也有较大的差异：设置专门的启动旁路系统600MW及以上机组工艺过程特点设置专门的启动旁路系统直流锅炉在锅炉点火前就必须不间断的向锅炉进水，建立足够的启动流量，以保证给水连续不断的强制流经受热面，使其得到冷却。为防止低温蒸汽送入汽轮机后凝结，造成汽轮机的水冲击，直流炉需要设置专门的启动旁路系统来排除这些不合格的工质。配置汽水分离器和疏水回收系统低于本生流量时，给水流量要保持恒定。因此在本生负荷下超临界锅炉需要设置汽水分离器和疏水回收系统。高压旁路和低压旁路组成二级串联旁路系统，主蒸汽管与汽机高压缸排汽逆止阀后的冷段再热蒸汽管之间连接高压旁路，使蒸汽直接进入再热器；再热器出口管路上连接低压旁路管道使蒸汽直接进入凝汽器。600MW及以上机组工艺过程特点道使蒸汽直接进入凝汽器。采用100％BMCR容量的高压旁路后，锅炉过热器出口不再设置安全阀，而由四只各25％BMCR容量的高压旁路阀替代安全阀的作用。再热器出口管道设有4×25％容量的安全阀与50％容量的低压旁路阀相配置以保证事故状况下锅炉多余蒸汽的排放。机组旁路系统的主要功能是改善启动性能，解决锅炉多余机组旁路系统的主要功能是改善启动性能，解决锅炉多余蒸汽的回收问题，保护再热器，防止锅炉超压，起到降压、回收工质、降低噪音的功能。高旁的安全保护功能:当主蒸汽压力超过设定值（293bar）或者机组发生FCB时，高旁将自动快开。600MW及以上机组工艺过程特点高旁将自动快开。当主蒸汽压力超过设定值6－10bar时，高旁将开至75％低压旁路的安全保护功能:当机组在运行中发生凝汽器水位高、凝汽器真空大于60Kpa、凝汽器温度高、低旁喷水压力低等异常工况时，低旁将自动快关。对DCS的要求：对DCS的要求：高可靠性的DCS软硬件系统专业的控制策略第二部分国电智深公司DCS解决方案公司简介公司成立于2002年6月，注册资本是5390万元，其前身是中国电力科学研究院电厂自动化研究所和国电电国电智深DCS解决方案序号股东单位投资金额（万元）股权比例1国电科技环保集团股份有限公司2864.78553.15%前身是中国电力科学研究院电厂自动化研究所和国电电力北京龙源电力工程有限公司，公司目前股权结构见下表：2国网电力科学研究院2525.21546.85%3合计5390100%1987EDPF系列分散控制系统起步研发EDPF2000分散控制系统投入运行不断创新进取的EDPF-NT分散控制系统国电智深DCS解决方案200619981992统起步研发统投入运行EDPF-NT分散控制系统发表新版EDPF-NT分散控制系统发表20年不懈创新历程，始终走在业界前列2006主要业绩(1610台套)主营业务EDPF系列工控平台的开发及其在火电厂的应用国电智深DCS解决方案主要业绩(1610台套)火电1493套应用于1000MW/660MW超超临界火电机组16套应用于600MW火电机组32套应用于300MW火电机组178套应用于300MW以下火电机组244套水电站17套累计装机容量2.42亿千瓦（2015年12月）水电站17套核电相关6套新能源发电19套化工、冶金、煤炭66套其它9套累计装机容量2.42亿千瓦（2015年12月）规模：单元13168点，公用631点协调控制典型工程项目—火电国电智深DCS解决方案泰州2×1000MW二次再热机组意义：世界首台1000MW超超临界二次再热机组应用国产DCS关键技术二次再热控制协调控制汽温控制三级旁路全程控制全程给水控制燃料自动控制机组自启停（APS）科技：国家支撑计划示范工程计划示范工程效果一次通过168试运行自动投入率100%、保护投入率100%一次调频、AGC均顺利通过了电网考核规模：单元8268点，公用1287点典型工程项目—火电国电智深DCS解决方案布连2×660MW辅机单列机组意义：国内首台660MW超超临界辅机单列机组应用国产DCS关键技术硬件通道级冗余数据库分配单列辅机保护信号的选取单列辅机的保护逻辑自动投入率100%、保护投入效果自动投入率100%、保护投入率100%一次调频、AGC均顺利通过了电网考核实现了FCB功能规模：7816点意义：世界唯流化床机组协调控制模型典型工程项目—火电国电智深DCS解决方案四川白马600MW循环流化床机组意义：世界唯一600MW超临界循环流化床关键技术协调控制系统模型锅炉动态蓄热补偿模块-BDSC给水控制系统基于“既燃碳量”的发热量计算动态校正给水汽压控制Smith预估器预测被科技：中国电力科学技术一汽压控制Smith预估器预测被调量等奖、神华国能集团科技进步特等奖效果自动投入率100%、保护投入率100%一次调频、AGC均顺利通过了电网考核厂级监控信息系统全激励仿真系统系统国电智深DCS解决方案统整体架构EDPF-NT分散控制系统系统性能指标：系统支持最多100个域、120万点规模EDPF-NT分散控制系统主要指标及特点国电智深DCS解决方案系统支持最多100个域、120万点规模网络平均负荷率3.08%，最大负荷率3.19%最大的控制器负荷率20.6%控制器执行周期精确、稳定，最小周期10mS在控制器周期250mS时，操作命令平均响应时间236mS，最在控制器周期250mS时，操作命令平均响应时间236mS，最长响应时间300mS（部分数据为1000MW机组控制系统实测数据）网络性能指标：基于快速交换式工业以太网，100/1000MB/秒的通信速率EDPF-NT分散控制系统主要指标及特点国电智深DCS解决方案基于快速交换式工业以太网，100/1000MB/秒的通信速率基于组播和发布订阅相结合的技术，有效降低网络负荷柔性分域，域间隔离可控，支持100个域×250个站点不设网络服务器，无网络传输瓶颈，无风险集中点双收双发的网络冗余机制，无需切换双收双发的网络冗余机制，无需切换网络异常实时监控DPU控制器性能指标：X86低功耗处理器，主频500MHzEDPF-NT分散控制系统主要指标及特点国电智深DCS解决方案X86低功耗处理器，主频500MHz控制器冗余热备，主备控制器切换时间小于10mS256MBRAM，256MBFLASH实时操作系统采用国电智深自主化软件开发环境标签点容量65000点/控制器标签点容量65000点/控制器支持带电插拔和在线下载支持5个扫描周期，10mS-60S可设定DPU控制器性能指标：冗余的I/O总线采用HDLC(高级数据链路控制)协议，速率EDPF-NT分散控制系统主要指标及特点国电智深DCS解决方案冗余的I/O总线采用HDLC(高级数据链路控制)协议，速率2Mb/S每套控制器最多可挂接64块I/O模件，最多可处理2048个数字量或1024个模拟量I/O内置EIO智能设备统一接入平台，支持PROFIBUSDP等多种现场总线系统无缝接入现场总线系统无缝接入I/O模件性能指标：所有I/O模件采用双路直流电源供电EDPF-NT分散控制系统主要指标及特点国电智深DCS解决方案所有I/O模件采用双路直流电源供电金属外壳全密封强化结构，防尘、防静电、抗电磁干扰，生命周期内免维护独特的PTC电气防护技术，测量通道可承受250VAC/DC交流信号而不损坏器件I/O通道信号隔离、电源隔离和通讯隔离，三重隔离措施使I/O通道信号隔离、电源隔离和通讯隔离，三重隔离措施使系统具有强抗干扰能力模件电路板和器件表面特涂处理，防霉菌、防潮、防盐雾I/O模件性能指标：大信号精度0.1%，小信号精度0.2%EDPF-NT分散控制系统主要指标及特点国电智深DCS解决方案大信号精度0.1%，小信号精度0.2%耐共模电压大于1000V共模抑制比大于90db，差模抑制比60db可带电插拔具有本地或远程I/O能力模件端子座轨道式安装，内置的连接器减少了电源和通讯模件端子座轨道式安装，内置的连接器减少了电源和通讯接线上位机性能指标：画面刷新速率500mSEDPF-NT分散控制系统主要指标及特点国电智深DCS解决方案画面刷新速率500mS支持多屏、多窗口监控显示国电智深自主化软件开发环境同时支持Windows、Linux操作系统，满足不同应用需求按工程管理的集成开发环境-工程管理器支持SAMA标准的全图形化控制组态运行于上位机的虚拟DPU与实际控制器运行于上位机的虚拟DPU与实际控制器功能完全一致，方便系统的仿真调试，支持进一步功能扩展操作员站历史站工程师站接口工作站值长站完全自主化的EDPF系列分散控制系统软件开发环境，从源头上实现了控制系统的自主可控。国电智深自主化软件开发环境—构成国电智深DCS解决方案头上实现了控制系统的自主可控。以开源操作系统LINUX为基础，通过剪裁和定制开发，实现了实时相关软件的开发环境采用三维图形库OpenGL、面向对象的QT开发框架、高效的STLport类库，实现了跨平台的上位机软件开发环境自主化的开发环境可以进行内核安全加固，满足相关安全标准国电智深自主化软件开发环境—特点国电智深DCS解决方案支持多任务实时调度兼容性好，具备支持第三方开发的算法，如：第三方开发控制器专用算法、监控级高级应用程序等支持modbus，CAN，IEC104规约，OPC等多种标准协议，第三方应用程序可通过这些协议与DCS交换数据在本自主化开发环境下编制的软件，既能在Linux系统上运行，也能在Windows系统上运行，具有完全相同的功能和性能大规模全厂一体化控制系统通过厂内各自动化系统集成互连，构造以DCS为核心的全厂级统一的管控一体化平台,实大规模全厂一体化控制系统网络信息技术—需求国电智深DCS解决方案现全厂集中监控与分级监控相结合的管控模式。各独立生产工艺控制系统的互联互通大信息流下的网络通信控制网络通信系统吞吐量大、效率高、无瓶颈系统可扩展性好，可靠性高大规模全厂一体化控制系统网络信息技术—目标国电智深DCS解决方案系统可扩展性好，可靠性高大规模全厂一体化系统网络信息技术—解决方案扁平化的网络结构柔性分域技术组播和发布订阅相结合的通信技术第三部分600MW及以上机组控制及优化方案一、超临界机组的控制方案600MW及以上机组控制及优化方案（一）模拟量控制总体方案（二）协调控制方案超（超）临界机组协调控制系统主要包括：机主控TM、炉主控BM、负荷指令设定、压力设定、协调方式切换、辅机故障600MW及以上机组控制及优