全工程师必须具备现代热工自动化知识资料Word下载.docx

1、第三节 大型机组热工自动化的现状一、大型机组的被控对象和测点数量多二、采用计算机监控系统，常规仪表在减少三、80年代以来我国火电厂控制格局的变化四、大型机组热工自动化水平的3种类型如前所述，目前，我国火电厂所指的大型机组是200600MW机组，蒸汽参数为超高压（13.73MPa以上）、亚临界（17.15MPa以上）、超临界（22MPa以上），温度一般均为540。由于机组主辅设备多，系统复杂，被控对象数量多。以300MW机组为例，一般有电动机100130台，电动阀门180230台，电动执行器6575台，气动执行器30台左右。一台机组的测点（I/0通道）数量也是可观的，据统计：200MW机组测点数

2、约10002000点；300MW机组测点数约30004000点；600MW机组测点数约60007000点。测点数包括模拟量输入（AI）、模拟量输出（AO），数字量（开关量）输入（DI）、数字量输出（DO）等。随着机组容量增加，火电厂控制室仪表和控制柜越来越多，而采用计算机监控系统以后，常规仪表在不断减少，以某厂2台300MW机组为例，前者为燃油机组，建于70年代初期，采用常规仪表为主，小型计算机为辅的监控手段；后者为燃煤机组、建于80年代末期，以分散控制系统为主，常规仪表为辅。这2台机组常规仪表配置情况见表4-5-1。表4-5-1 2台机组常规仪表配置情况机组类型显示仪表（只）记录仪表（只）光

3、字牌（个）巡回检测仪（台）燃油300MW燃煤300MW349191773687960点12100点6由于传统观念的影响，我们看到一些电厂在采用新型的计算机监控系统（分散控制系统）以后，仍然大量使用常规仪表的现象。随着人们观念的变化和对新设备可靠性的认同，目前大型机组常规仪表不断减少，逐步实现了单元机组的一体化控制，即不设司炉、司机和电气值班员，而是一台机组配备1名主值班员，23名副值班员，对整台机组全面监控。如石洞口二厂的600MW机组，实行的就是这种配置。80年代以来我国火电厂控制格局的变化情况如表4-5-2所示。表4-5-2 80年代以来我国火电厂控制格局的变化项 目常规仪表为主体常规仪表

4、与CRT并存CRT为主体国产300MW机组引进350MW机组引进600MW机组国产引进型300MW机组监控系统国产小型 HN3000计算机 PDP11进口DCSWDPFN90MOD300WDPF（望亭）ProcntrolP（西部）配置情况CRT：2台记录仪表：数十只指示仪表：数百只多点巡测：10台左右M/A：约100只开关（按钮）：约200个4台20只100只5080只数台6台20只批示仪表：100只2040只一23/4只36/0只少数（深圳西部9个）监控水平数据采集（DAS）模拟控制（SPEC-200）炉膛保护（FSSS）顺序控制（PLC）模拟控制（CCS）局部顺序控制（SCS）顺序控制（S

5、CS）汽轮机控制（DEH）机组自启停机组局部自启停计算机功能DASDAS、CCS、SCSDAS、CCS、SCS、FSSS、DEH为独立系统DAS、CCS、SCS、FSSS、DEH、通过通信实现数据共享典型电站汉川电厂1号机组邹县电厂3、4号机组黄台电厂8号机组望亭电厂14号电机组吴泾电厂11、12号机组石洞口一厂3、4号机组石洞口二厂1、2号机组北仑港电厂1号机组望亭电厂11号机组深圳西部电厂大型机组热工自动化水平的三种类型如表4-5-3所示。表4-5-3 大型机组热工自动化水平的三种类型I类类类控制方式1机炉电集中控制2两机一控或一机一控2两机设一集控室启停操作现场有人配合下，在集控室可对机

6、组进行启停操作现场有人配合下，在集控室可对机组进行启停操作，具有汽轮机的自升速控制（按经验曲线）除机组启动前的一次性操作外，能根据热应力和寿命管理的要求行机组的启停操作直至并网带负荷正常运行靠常规仪表监视机组的参数，具有基本的自动调节项目，可自动也可手动操作。电动机和阀门为单独操作和少数成组，选线操作配有计算机监控系统，主要依靠CRT和少数模拟仪表进行监视自动调节项目完善、具有保护连锁功能，主要辅机和阀门采用联动操作或部分顺序控制配有计算机监视控制系统，以CRT为中心，辅以少数模拟仪表作为监视设备；自动控制和连锁保护、顺序控制已成为一个整体，通过键盘或球标进行操作，只备少数操作器和开关作必要的

7、紧急操作事故处理1常规的报警系统2设有简易炉膛安全保护装置及汽压过高，水位过高过低和汽轮机超速，轴位移过大、低油压、低真空停机保护3一般有机炉事故停机时状态变化及相关参数的记录1除有常规报警系统外在CRT上有报警显示2有较完善的锅炉、汽轮机安全保护装置包括振动过大停机保护3有事故追忆打印和事件顺序记录1除有重要参数和状态的常规报警系统外，有CRT报警分析与提示2有完善的锅炉、汽轮机安全保护装置，辅机故障减负荷（RB）、燃烧器管理（BMS）等功能3事故处理的操作提示4有事故追忆打印和事件顺序记录，大量历史数据存贮运行方式及人员配置1带基本负荷2炉、机、电分开操作1具有协调控制功能，可适应小负荷变

8、化范围内的调频要求2炉、机电分别操作1具有协调控制，能满足“定-滑-定”复全运行方式和调频调峰的要求2炉机电统一操作，一人监盘主要仪表及自动装置水平1常规仪表、数字巡回检测仪2组件组装仪表或编程控制器3简易的炉膛安全保护设施4汽轮机本体安全监视保护仪表5汽轮机控制为液调1计算机监视系统，CRT与常规仪表并存2组件组装仪表或可编程控制器3炉膛安全保护装置5电液并存的汽轮机控制系统1微机分散控制系统（DCS），实现DAS、CCS和SCS数据共享，各自动化设备通过通信母线连成一个整体2CRT为主只保留个别重要参数的常规仪表3配有完善的锅炉、汽轮机安全保护装置4汽轮机控制系统为纯电调（DEH）要 求除

9、仪表及控制装置要求高质量外，其他均为一般水平1对主辅机有较高的可控性2有较高的运行、管理水平1主辅机可控性能满足调峰要求2运行人员水平高并经模拟培训3运行管理制度参适应先进技术的要求注 以上两表摘引自中国电力1996年第12期 李子连、王汉生著火电厂热工自动化的发展、现状及前景一文。第四节 分散控制系统（DCS）一、什么是DCS二、DCS的组成分散控制系统DCS（Distributed Control System）是基于“4C”技术（Computer Control Communication CRT）的70年代中期出现的新型工业控制系统，采用分布式的计算机系统结构，目的是为了减少风险，提高

10、系统可靠性。其基本思路是：将整个控制系统按照区域、功能和回路作适当分解，再通过总线或通讯网络将它们连接为有机整体。这样，局部性故障不会影响整体的安全运行，同时可以保证各部分工作的高效率。自1975年Honeywell公司推出第一套DCS以后，全世界有60余家公司生产了1500余种产品，目前约有一万套DCS在运行，我国火电厂自80年代引进DCS，到1996年底已投入或在建的DCS有238套，火电厂引起的DCS型号及生产厂家使用数量一览表见表4-5-4。表4-5-4 火电厂引起的DCS型号及生产厂家使用数量一览表序 号DCS型号生产厂家国内合作单位投入数量电力部是否推荐1N-90（lnfi-90）

11、Bailey公司北京贝利控制公司80*2WDPF-美国西屋上海联合控制公司新华电力控制公司313Teleperm-me德国西门子西门子电站自动化公司大连中德控制工程公司294MAX-1000美国MCS公司（L&N）上海自动化仪表公司龙源电力工程技术开发公司155Procontrol-pABB公司北京中能奥特曼公司14HIACS-3000日本日立北京日立华胜（原电子部6所）24I/A Series美国Foxboro上海福克司波罗公司8Contronic-E德国H&B川仪股份有限公司9TDC-3000美国Honey Well上海新华10MIDAS-8000日本三菱11T20-（p320）Cegel

12、ec公司西仪横河CENTUM（XL）日本横河13SPECTRUMMOD-300* 表中表示是，表示否。为防止电厂应用DCS品种过多，给运行维护备品备件带来困难，电力部选择业绩较好、国内有合作单位的表中前8种为电力部推荐使用的DCS系统。小型分散控制系统如Yewpark等在火电厂中也有应用，表中未列入。此外，我国自行开发的DCS系统在电厂改造中也有使用，如电力工业部电力科学研究院的EDPF等。大型火电机组的DCS系统，一般包括数据采集系统（DAS）、模拟量控制系统（MCS）、顺序控制系统（SCS）、锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）、汽轮机电液控制系统（DEH）。后两种根据厂家经验，如解决好接口问

13、题，可以进入DCS，也可以独立工作。此外，有的机组DCS中还包括汽机旁路控制系统（BPS）。DCS系统的功能分述如下。（1）数据采集系统（DAS）（Data Acquisition System）。它具有在CRT上显示各种参数、表格、曲线、系统图、棒状图、趋势图、模拟流程图等功能，报警功能，事故顺序记录和追忆打印功能（SOE），显示操作指导信息功能，还具有在线的性能效率计算和经济分析功能等。（2）模拟量控制系统（MCS）（Modulating Control System）亦称机组协调控制系统（CCS）（Coordinated Control System）。其设计思想是将炉机电综合控制，以自

14、动调节为主，将逻辑控制、联锁保护等功能结合在一起，构成一种具有多种控制功能，满足不同运行工况要求的综合性过程控制系统。它是在常规机炉局部控制系统上发展起来的，在局部控制子系统上加入协调控制器，对各子系统进行协调。它是实现机组全方位全过程控制的基础，也是DCS最基本的控制功能。（3）顺序控制系统（SCS）（Sequence Control System）。与MCS系统不同，SCS主要用于断续生产过程，在火电厂中主辅机启停，输煤自动化，化学水处理等生产过程大量需要顺序控制。SCS是DCS的重要组成部分，其核心部件微处理器或可编程逻辑控制器（PLC）代替了常规继电器，使顺序控制的功能有了很大进步。大

15、型机组中SCS以子功能组级及执行级控制为主，一个功能组可能包含若干顺序控制系统。（4）锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）（Furnace Safeguard Supervisor System）。它用于大型机组的锅炉监控保护，可以进入DCS成为其中的一部分，也可以独立运行。下面还将详细介绍。（5）汽机电液控制系统（DEH）（Digital Electrohydraulic Control System）。其主要功能包括汽轮发电机自启停（暂不要求）及并网带负荷工况下的转速调节和功率调节，具有机组甩负荷情况下的超速保护功能。某些DEH系统还具有机组运行参数监视、记录和报警功能。汽机控制系统经历了电液

16、并存和纯电调两个阶段，纯电调中又从模拟电调AFH向以计能。汽机控制系统经历了电液并存和纯电调两个阶段，纯电调中又从模拟电调AEH向以计算机为基础的数字电调DEH发展。在CCS中，DEH接受协调控制器的控制。此外，一些汽动给水泵也装有电液调节装置，称为MEH（Micro Electrohgdraulic），这里不再赘述。第五节 大型机组重要的热工安全保护装置和事故顺序记录仪一、锅炉炉膛安全保护装置（FSSS）二、汽轮机安全监控保护装置三、事故顺序记录仪锅炉炉膛安全保护装置（FSSS）一般包括炉膛安全保护系统（FSS）和燃烧器管理系统（BMS）两部分。FSS由炉膛压力、火焰检测，逻辑运行部件和输出

17、控制元件，汽包水位保护等构成，而BMS是根据负荷和炉膛安全的要求切投燃烧器的控制系统。成套引进的大型机组一般都包括FSSS设备。美国Forney公司生产的AFS1000装置在国内应力较多，目前北京仪表公司已能合作生产。对于200MW及以下机组，各地自行研制开发了许多灭火保护装置，也发挥了一定作用。目前使用较多的是东北电院研制的MFSSB（C）型灭火保护装置，它以微处理机为核心控制部件，具有炉膛火焰监测、燃烧不稳报警、灭火保护逻辑、炉膛清扫逻辑、压力保护、首次跳闸原因记忆，事故顺序记录，打印跳闸原因及自检等功能。简易炉膛安全保护装置必须具备三种功能，即火焰检测、炉膛压力保护和吹扫功能。从使用FS

18、SS的情况来看要防止两种不利于设备安全的倾向。其一，随意停退锅炉膛安全保护装置，或不严格遵守吹扫时间不少于5min的规定，以致锅炉灭火放炮事故屡有发生。其二，应用FSSS要根据炉型、燃烧系统以及我国煤种多变的国情，合理确定逻辑条件，否则可能造成频繁的主燃料跳闸（MFT）。如某厂AFS1000装置在火焰检测中包括临界火焰、角火焰、全炉膛火焰跳闸三个逻辑条件，MFT经常动作，后经简化、修改逻辑条件，保护误动大为减少。二、汽轮机安全监控保护装置（TSI）（Turbine Supervisory Instrumentation）汽轮机监控保护装置是汽机安全运行必不可少的装置。80年代我国200MW机组

19、多次发生汽轮机轴系破坏事故，而国产汽轮机监控保护装置稳定性、准确性和可靠性都不尽如人意，于是先后进口了美国本特利公司7200、3300系列TSI和德国菲利浦公司RMS700系列TSI，包括轴振动、轴承盖振动、轴向位移、相对膨胀、偏心度、转速、鉴相、汽缸热膨胀指示报警、跳闸等功能。两个公司的TSI的关键测量元件采用的都是根据电涡流效应原理设计的涡流传感器，其灵敏度、精度高、抗干扰能力强、线性度好、为非接触式、安装调试方便，采用多种保护系统，测量信号三取二或二取二，并有故障自诊断功能，可靠性也大大加强。本特利7200系列指示表为指针刻度式，3300系列为数字液晶显示；7200系列的监测器为单通道，

20、3300系列为双通道，菲利浦RMS700系列与本特利7200系列水平相当，最近本特利公司又开发了3500系统。许多电厂虽然在大机组上配备了进口的TSI，但安装维护存在问题，不能全功能的投入、没有充分发挥TSI的作用，应引起重视。TSI功能的扩展是加装汽机瞬态数据管理系统（TDM）（Transient Data Manager），如数据管理系统2000。它也是本特利公司的产品，具有三大功能，第一，对汽机瞬态（即启停机）数据的在线采集、贮存和分析功能，第二，对机组稳定（正常运行）数据的在线采集、贮存和分析功能，第三，对报警、跳闸时全部数据的锁定功能。瞬态数据可处理为波德图、极坐标图、轴心轨迹图；稳

21、态数据可形成振动、轴位移的各种趋势图（如：20min、24h、1周、4周、12周等时间趋势）、频谱分析图及波形图等，对分析汽机运行工况，防止轴系事故极为有利。三、事故顺序记录仪（SOE）（Sequence of Events Recorder）也称SER（Sequential Events Recorder）对于安全工程师，SOE是必须重点了解的热工自动化装置，其作用相当于继电保护专业的故障录波器，但覆盖面大，功能更强大。对于大型机组来说，要控制监视大量信号越限或多个联锁动作，运行人员难以迅速辨认各个信号动作的先后次序和时间，尤其是事故的首发点，而对于瞬间的人为错误所造成的故障，有时甚至无法查

22、清。据国外资料介绍，一般人为错误所造成的故障达全部故障的2025。大型机组数据采集系统（DAS）一般都具有事故顺序记录仪SOE的功能，而对于没有DAS系统的200MW机组，电力部曾下文要求安装事故顺序记录仪（SER）。从60年代第一代扫描式事故顺序记录仪问世后，至今已发展到第五代，它是以微处理机控制的具有强大网络功能的监测仪表，主要用来监视大型设备和生产过程控制系统的运行状态，记录每种输入状态（包括模拟量、开关量等）变化的顺序和精确时间，分辨率达1ms，还可以对故障前后一段时间进行追忆打印，为故障原因分析提供准确依据，也便于尽快排除故障，缩短停机时间。经常对记录资料进行分析，还可以发现设备潜在

23、的隐患和操作上存在的问题，超前预防系统故障的发生。SOE是分析大型机组故障必不可少的工具，应该充分利用和掌握。例如某厂一台300MW机组投产不久发生两次FSSS没有显示出原因的MFT动作停炉，经分析可能是FSSS系统的PC机失电，于是将FSSS的PC机失电信号引入SOE，经过事故追忆打印，发现FSSS的UPS电源（System100型）切换时间长达46ms，而PC机失电分辨时间为25ms，于是将PC机改为由切换时间为16ms的UPS供电，有效防止了停炉事故。又如某厂原来辅机无SOE记录，磨煤机跳闸原因不明。加装SOE装置后，查找故障原因大为方便，磨煤机跳闸原因不明。加装SOE装置后，查找故障原

24、因大为方便，磨煤机跳闸引起MFT的次数大为减少。现场在使用SOE功能时发现事故追忆采样时间过长或故障前后时间太短等问题，一般可以修改系统软件解决，或在设计时就对SOE的功能和硬件软件配置提出要求，以满足故障分析的需要。第六节 大型机组热控装置故障分析一、概述二、热控故障系统（部件）分类及分析三、热控故障技术分类及分析四、热控故障元件（零部件）分类及分析五、热控故障责任分类及分析从各电厂上报电力部的事故和一类故障报表分析可知，1995年热控装置事故共29起，一类障碍230起；1996年热控装置事故50起，一类障碍207起，约占当年发电事故的5和一类障碍的7左右。由于某些单位有关人员，报表填得很不规范，给故障分析带来很大的困难，主要问题有：（1）不属热控装置的故障统计到热控装置故障分类中。如某供电局220kV线路掉闸，某电厂运行人员误开疏水门造成低真空保护动作停机，某电厂直流系统误操作造成锅炉灭火等等。（2）故障简题与事故设备、部件、技术原因分类风马牛不相及。如某厂“3号炉因炉膛