|
|
设
备
管
理
网
s
b
g
l
.
j
d
z
j
.
c
o
m
|
 |
基于虚拟DCS技术的电厂给水除氧系统建 |
|
|
| 基于虚拟DCS技术的电厂给水除氧系统建 |
|
作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-24 17:29:56  |
|
引言
随着电厂"汽轮机组向大容量、同参数方向不断发展，机组设备结构越来越复杂，对系统安全、可靠、经济运行的要求也越来越高。除提高系统的硬件、软件性能外，建立电厂仿真系统对电厂运行操作人员进行仿真培训，成为大型机组的必然选择。
面向方框图的仿真语言采用模块化建模方法，基于图形组态进行系统仿真，易于掌握、使用方便、通用性好，具有较高的执行速度，可满足实时仿真的要求。基于此，建立了某220MW机组全工况仿真系统，给水除氧系统作为电厂汽轮机侧的重要系统，也是整个电厂仿真系统的重要组成部分。
为研究方便，以除氧器、给水泵、高压加热器(以下简称高加)等组成给水除氧系统，图1为其系统示意。该系统主要设备包括1台除氧器(YC-700)、2台前置泵(FAlB56)、2台给水泵(FK6F32)和3台高加(JG-550)，高加系统采用传统的大旁路方式运行。
电厂仿真技术发展至今，各设备的模型算法已基本趋于完善，有关文献也很多，本文主要介绍虚拟DCS技术及在此基础上如何采用模块化建模与图形组态方法实现系统仿真。
一、虚拟DCS仿真环境
1.1 仿真平台
新华控制工程有限公司SIMPANEL新型分散式仿真机系统是该公司开发的第3代仿真平台，为基于微机系统的电厂仿真支撑系统，其功能主要包括:系统建模与组态;模型编辑与调试;DCS管理与机组运行；事故模拟与分析处理;工况保存与回退;历史回放与重演;组态式评分管理;机组状态分析与运行优化分析等。
电厂仿真系统包括两大类模型:控制逻辑模型和电厂设备模型。SIMPANEL系统模型算法库相应包括2类:控制逻辑模型算法库和设备模型算法库，其中控制逻辑模型库继承了新华公司XDPS分散控制系统全部的控制逻辑算法及热力计算和各种数值分析算法。在SIMPANEL仿真平台上，使用图形组态软件DpuCfg的入库程序将相应设备的仿真模型算法加大到设备模型算法库中。
1.2 虚拟DCS技术
虚拟DCS即工业现场的DCS在一套非实时控制网络上的转移与再现。采用虚拟DPU或虚拟 DPU集群将现场DCS转化为虚拟DCS的技术称为虚拟DCS技术。实质上，虚拟DCS即为一套没有运行于现场的DCS，画面和组态从现场DCS拷贝而来，其实现的基础是虚拟DPU集群。虚拟DCS的I/O交互对象不是现场I/O，而是仿真机内的仿真模型。仿真机通过高精度的仿真模型构建了一个虚拟的现场，操作员在操作员站上的操作方法、运行方式及设备的动态反应过程和实际机组完全一致。
采用虚拟DCS技术的仿真系统与现场DCS的结构对比如图2所示。
通过与现场DCS的比较可看出，基于虚拟DCS的仿真系统相当于在DCS构架上，将工业现场扩展为虚拟工业现场，在原有的控制用虚拟DPU(VD-PU)基础上又增加了几个仿真用虚拟DPU(SDPU),这些虚拟DPU间的数据通过虚拟的I/O测点上网实现通信，因此没有破坏原系统的封装性及各项功能。二者的人机接口站(HMI，包括操作员站、工程师站等)功能和形式相同。
由于虚拟DCS源自现场DCS，现场DCS上发生的各种操作、事故均可在虚拟DCS上进行验证。在虚拟DCS上进行的参数整定、逻辑修改、画面变更等可直接移植到现场DCS中:凡基于现场DCS的控制组态，无需任何修改即可无缝移植在仿真机上运行;凡在仿真机上调试的虚拟DCS控制组态，无需任何修改即可无缝移植在现场DCS上运行。
由于虚拟DCS与现场DCS的一致性，使得电厂能够真正有效、经济、广泛地实现人员培训、控制系统仿真试验和控制参数整定及系统反事故演练等一系列功能，这对于仿真机技术的发展是一个革命性进步。
二、给水除氧系统仿真建模
参照图1所示的给水除氧系统，可将系统按设备及物质流程分为除氧器系统和给水系统两大部分。凝结水通过除氧器上水调门进入除氧器，四段抽汽、高压联箱、锅炉连排和门杆漏汽进入除氧器作为除氧汽源。除氧后的给水由前置泵和给水泵升压，经高加后送至锅炉。给水在流经3个高加时会被3段、2段、1段抽汽加热升温，各段抽汽凝结后的疏水采用逐级自流方式疏至除氧器中。
在模型算法库的基础上，按照系统流程完成了该系统的仿真设计，并利用DpuCfg的图形化自动建模功能完成了仿真系统的组态。图3、4是组态画面中的除氧器系统、高加系统图，是给水除氧系统中的主设备的组态画面。
三、仿真结果及分析
3.1 正常工况仿真
采用了仿真结果与电厂实际测量数据和设计数据相结合进行比较分析的方法。在已完成的仿真系统上对100%和75%工况进行了仿真，表1为部分关键参数的仿真结果与实际值的比较，可看出仿真系统的精度完全满足仿真要求。
3.2 故障工况仿真
电厂仿真机可以模拟各种故障工况，对运行操作人员进行仿真培训，使他们了解各种故障工况的现象、规律和本质，建立正确的事故应对策略。以下故障工况仿真掘弃了以往只进行模块局部仿真或小系统仿真的作法，将故障置入正常运行的整个电厂仿真系统中，查看所有的相关变化及影响。
3.2.1 除氧器水位调整门自动调节失灵动态响应
电厂中各种调整门、电动门、手动门发生故障的比例很高，因此对这些阀门进行故障仿真非常必要。阀门的常见故障有4类:一是突变，即阀门开度发生阶跃扰动或手动/自动状态的变化;二是卡涩，即阀门卡在某位置上不可操作;三是门芯脱落;四是内漏、外漏等。图5所示为除氧器水位调整门自动调节失灵故障的仿真动态响应曲线，该故障综合了阀门的前2类故障。
除氧器正常运行时的存水由凝结水、疏水、补水等几部分组成，其中凝结水占最大比重，流量由水位调整门自动调节。如图5所示，A时刻投入故障，将水位调整门开度突变为0，自动状态转手动并卡涩阀门，凝结水流量中断，除氧器水位明显下降，除氧器压力上升，饱和蒸汽压力及除氧器水的焓、温均升高。B时刻除氧器水位达到1650mm报警值，手动开启除氧器上水旁路门，水位、压力、水温逐步恢复正常。
3.2.2 3号高加疏水门误开并卡涩动态响应
正常运行时每个高加的疏水手动门全开、旁路门全关，由疏水调节阀自动调节阀门开度以维持高加水位在目标值附近，系统处于平衡状态。当调节阀误开、误关、失灵、卡涩等故障发生时，系统会发生较大扰动。
图6所示为调节阀误开时系统的动态响应曲线，调节阀误开前为自动调节，开度38%，A时刻投入故障，阀门开度阶跃至95%并卡涩，系统平衡状态被打破，疏水流量因阀门开度的变化首先发生阶跃上升，高加疏水侧水量减少，水位下降。高加系统正常运行时疏水按"1号至2号，2号至3号"的顺序疏至除氧器，因此当3号高加疏水量增加时，除氧器水位上升，由于其容积较大，故水位虽有上升但短时间内变化不大。在除氧器水位控制逻辑中，PID模块输入水位偏差参数的死区设定为0-l5mm，因此，水位调整门基本没有变化，凝结水量也基本不变。B时刻高加水位-900mm，切除此故障并关闭疏水调节阀，疏水流量变为0，因此3号高加水位上升，除氧器水位下降。C时刻3号高加水位-200mm，调节阀重新开始自动调节，逐渐增大疏水量，经波动后系统很快达到平衡状态。应注意3号高加水位在达到最高点前一时刻除氧器水位偏差为负值，因此其水位调节阀增大了部分开度，凝结水流量有所增加，这将在除氧器水位上升至正偏差15mm后才能恢复故障前的正常工况。
从以上分析可看出，建立的给水除氧仿真系统能正确反映系统设备故障时的情况及故障结果对给水参数和机组运行的影响。
四、结语
本文介绍了大型电厂给水除氧系统仿真建模的过程，并在虚拟DCS技术的基础上，采用基于图形组态的模块化仿真建模方法将建立的模型应用于实际电厂的全工况系统仿真。仿真结果表明，该系统可对机组启、停及故障等工况进行有效的实时仿真，其动态特性与现场相符，精度完全满足仿真要求。采用虚拟DCS技术的新型分散式仿真系统已应用于山东胜利电厂220MW机组、湖南石门电厂300MW机组、安徽淮北电厂135/220/300MW机组、河北马头电厂100/200MW机组等，该系统的成功应用对提高电厂技术管理人员、运行人员、热工人员的综合业务素质具有实际意义。
|
|
| 资讯录入：admin 责任编辑：admin |
|
|
上一篇资讯： 水电机组故障诊断分析系统
下一篇资讯： 热工仪表自动检定维护管理系统的应用 |
|
|
| 【字体：小 大】【发表评论】【加入收藏】【告诉好友】【打印此文】【关闭窗口】 |
|
 网友评论：（只显示最新10条。评论内容只代表网友观点，与本站立场无关！） |
|
|
|
|
|
