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燃機電廠生產(chǎn)過程一體化控制應(yīng)用論文
燃機電廠生產(chǎn)過程一體化控制應(yīng)用論文【1】
摘 要：文章在分析燃氣輪機發(fā)電技術(shù)重要性及應(yīng)用前景的基礎(chǔ)上，針對某燃機電廠現(xiàn)有燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組存在的控制性能低下問題，對其#1、#2燃機系統(tǒng)進行廠級控制系統(tǒng)一體化改造進行研究，得出了一體化改造得到的既定指標，可為此方面的應(yīng)用研究提供參考。
關(guān)鍵詞：燃機電廠;生產(chǎn)過程一體化;控制應(yīng)用
隨著能源危機和環(huán)境污染在全球范圍內(nèi)引起的廣泛關(guān)注，發(fā)掘和利用新型清潔能源已經(jīng)成為世界各國謀求發(fā)展的必經(jīng)之路。
在能源的轉(zhuǎn)換、輸送、分配過程中，一般將電能作為能量流動的中間或者終端形式，而電力產(chǎn)業(yè)則是流淌在國家日益強大軀體內(nèi)的血液，是關(guān)系著工業(yè)建設(shè)和居民生活等國計民生方面的命脈。
因此，如何有效地將天然氣能源轉(zhuǎn)化為電能成為當前各國能源應(yīng)用領(lǐng)域迫切需要解決的問題，而燃氣輪機則是解決這一問題的最佳途徑。
1 燃機電廠控制系統(tǒng)的改造需求分析
1.1 燃機電廠控制系統(tǒng)現(xiàn)狀
某燃機電廠現(xiàn)有兩套燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組，均為GE公司1983年研制生產(chǎn)的MS6001系列PG6531B型燃氣輪機機組，于1998年投產(chǎn)運行。
使用至今，兩套機組已經(jīng)經(jīng)歷了幾次升級改造，#1機組四個主要設(shè)備目前采用的控制方式分別為：燃機為GE Speedtronic Mark V控制系統(tǒng);附機為ABB的Freelance2000控制系統(tǒng);汽輪機調(diào)速系統(tǒng)為Woodward505E控制器;天然氣增壓壓縮機為Foxboro模擬控制PLC。
#2機組的燃機、汽機、HRSG、天然氣增壓壓縮機均于2005年升級為Mark VI控制系統(tǒng)。
目前，#1燃機Mark V控制系統(tǒng)由于運行不穩(wěn)造成控制卡件故障頻發(fā)，使得由此引發(fā)的停機次數(shù)逐年增加，#1天然氣增壓壓縮機Foxboro模擬控制器自投產(chǎn)至今已運行近15 a，由于控制卡件無法正常工作，現(xiàn)已轉(zhuǎn)為手動控制，由于這兩種控制系統(tǒng)早已停產(chǎn)，生產(chǎn)商不再提供技術(shù)支持和備件供應(yīng)，造成的修換難題不言而喻，每年因控制系統(tǒng)故障造成的直接利益損失近500萬元。
針對現(xiàn)有控制系統(tǒng)功能落后、故障頻繁、操作繁瑣、維修量大、一體化協(xié)調(diào)操作能力差等問題，本文擬對#1、#2燃機系統(tǒng)進行廠級控制系統(tǒng)一體化改造，以期提高設(shè)備控制水平，減少控制設(shè)備故障，增加燃機電廠創(chuàng)效能力。
1.2 燃機電廠一體化控制的應(yīng)用需求
廠級一體化控制改造需要對兩套燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)機組控制系統(tǒng)同時進行改造，包括以下幾個方面的研究：一體化主控系統(tǒng)的選擇和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)方案確定;#2Mark VI一體化控制系統(tǒng)與#l附機ABB控制系統(tǒng)互聯(lián)控制;#1燃機Mark VI升級及控制一體化;#1天然氣增壓壓縮機Mark VI升級及控制一體化;#1燃機GEX-2000勵磁控制系統(tǒng)接入;#1燃機G60發(fā)電機保護系統(tǒng)接入;#2HRSG新控制元件接入;#2燃機新控制元件連入;Mark VI一體化控制系統(tǒng)歷史站整合;內(nèi)部intranet網(wǎng)Web數(shù)據(jù)顯示等。
2 燃氣輪機生產(chǎn)過程一體化控制研究
2.1 一體化主控系統(tǒng)選型及其拓撲結(jié)構(gòu)
根據(jù)現(xiàn)場控制設(shè)備的應(yīng)用情況，通過對GE、ABB和Woodward等產(chǎn)品控制原理以及控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制一體化的學習和掌握，本文采用美國GE公司的Speedtronic Mark VI ICS一體化控制系統(tǒng)，并將其應(yīng)用于#1和#2燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組的燃機、汽機、余熱鍋爐以及輔助系統(tǒng)的一體化監(jiān)控。
系統(tǒng)的一體化網(wǎng)絡(luò)用MarkVI取代原有的#l Mark V控制柜，各組成的拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示。
2.2 #1燃機控制系統(tǒng)改造的意義和新系統(tǒng)的優(yōu)越性
將#l燃機控制系統(tǒng)由Mark V升級到Mark VI是此次改造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其意義及Mark VI的優(yōu)越性表現(xiàn)為以下幾個方面：
�、俨捎昧薍MI人機接口、DCS控制系統(tǒng)、集成控制和I/O模塊、遠程I/O接口、Ethernet實現(xiàn)對接至操作員接口，并且應(yīng)用范圍廣泛。
�、贛ark VI控制系統(tǒng)設(shè)置的多個聯(lián)絡(luò)柜方便大量節(jié)點的輸入輸出，實現(xiàn)了元件獨立、控制可靠、接線便捷等特點。
�、跰ark VI控制系統(tǒng)作為GE公司推出的新一代燃機控制裝置，其結(jié)構(gòu)和功能實現(xiàn)了冗余式配置，集成模塊化硬、軟件處理，組態(tài)化控制，友好人機交互，實時監(jiān)控診斷，元件、接口標準通用。
3 燃氣輪機一體化控制改造
3.1 一體化改造方案
�、�#l增壓機原監(jiān)控系統(tǒng)采用的Foxboro氣動模擬控制器由于不涉及信號控制，所以無法像PLC、DCS等實現(xiàn)一體化互聯(lián)。
通過進行氣—電檢測儀表、氣—電控制執(zhí)行器改造，在研究分析原有控制算法、程序的基礎(chǔ)上，用#1 Mark VI控制系統(tǒng)進行重新編寫，采用基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的EGD交換網(wǎng)絡(luò)協(xié)議用于一體化互聯(lián)。
升級改造后的增壓機控制系統(tǒng)由氣動模擬改為了數(shù)字控制，實現(xiàn)了技術(shù)升級和性能改進。
�、趯�#1原燃機勵磁系統(tǒng)升級為GEX-2000，并通過硬連線和Modbus協(xié)議與#1 Mark VI控制系統(tǒng)互聯(lián)，并編寫對應(yīng)的擴展應(yīng)用程序。
�、蹖�#1原燃機發(fā)電機保護系統(tǒng)升級為G60，并通過硬連線和Modbus協(xié)議與#1 Mark VI控制系統(tǒng)互聯(lián)，編寫對應(yīng)的擴展應(yīng)用程序并在萬維互聯(lián)狀態(tài)下進行安裝調(diào)試。
�、�#2 HRSG氣動控制閥TCVl 16通過編寫相應(yīng)程序和接線連入Mark VI控制系統(tǒng)，實現(xiàn)一體化監(jiān)控和保護。
⑤#l燃機、增壓機與聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)以及#1附機分別通過EGD交換網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議以及Modbus協(xié)議將各自的實時運行數(shù)據(jù)、報警和事件傳送到專用歷史站，當距離較遠時可加裝轉(zhuǎn)換器便于長距離信號傳輸。
如圖2所示，歷史記錄從單元數(shù)據(jù)傳輸線路訪問#l、#2燃氣輪機控制器數(shù)據(jù)，其它的歷史數(shù)據(jù)獲得是通過Modbus和/或以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的接口來實現(xiàn)的。
來自第三方設(shè)備的數(shù)據(jù)，象Bently Nevada監(jiān)視器，或非GE的PLC，通常通過Modbus獲得，HMI和其它操作員接口裝置到歷史記錄的通信通過廠級數(shù)據(jù)傳輸線路。
3.2 可以達到的技術(shù)指標
①可通過一體化HMl人機界面進行實時監(jiān)視、得到#l、#2機組設(shè)備運行參數(shù)、報警、事件信號。
�、跉v史站可以訪問并采集#1、#2機組運行數(shù)據(jù)、報警、事件信號。
�、跰ark VI主控制系統(tǒng)與#1附機實現(xiàn)高速互聯(lián)，保持數(shù)據(jù)、信號、命令等的傳輸和和報警、監(jiān)視、遙控等操作。
�、苋紮C啟動、運行、停機較原先更加平穩(wěn)、迅速、可靠，燃機保護可實現(xiàn)快速動作，其他一些實現(xiàn)的控制指標如表1所示。
4 結(jié) 語
全廠燃機一體化控制終端可以通過任一臺操作站監(jiān)視和控制全廠的發(fā)電設(shè)備和輔助設(shè)備，達到全廠協(xié)調(diào)控制和事故處理。
在提高#1機組聯(lián)合循環(huán)熱效率和發(fā)電效益的同時可以大幅減少維護工作量，而且由此節(jié)省的控制備件購置金可為電廠節(jié)省資本投入，創(chuàng)造更多效能。
本文通過對#1、#2燃機系統(tǒng)進行廠級控制系統(tǒng)一體化改造，解決了現(xiàn)有控制系統(tǒng)功能落后、故障頻繁、操作繁瑣、維修量大、一體化協(xié)調(diào)操作能力差等問題，提高了設(shè)備控制水平，增加了燃機電廠創(chuàng)效能力。
參考文獻：
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燃機電廠大小修管理基于過程標準化的研究【2】
【摘 要】本文主要介紹廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司(簡稱惠州LNG電廠)基于過程控制及標準化檢修管理系統(tǒng)的策劃，以“安全-質(zhì)量-進度”的項目管理及“系統(tǒng)-設(shè)備-工序”的三級檢修網(wǎng)絡(luò)管理為指導思想，以精細化管理為核心，以過程控制為手段，對大小修進行全面管理。
【關(guān)鍵詞】電廠;大小修;標準化;管理實踐
廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司(簡稱惠州LNG電廠)一期工程三臺M701F燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組分別于2006年9月和12月，2007年6月投入商業(yè)運行。
以常規(guī)燃煤電廠的檢修周期不同，公司機組檢修判定周期是以燃機為基準，即：燃機等效運行小時到達8000小時或啟停次數(shù)達到300次(以先到者為準)進行檢修。
作為燃機調(diào)峰電廠，機組一般采取兩班制運行，即早起夜停的運行方式，因此機組檢修時間以啟動次數(shù)為判定基準。
我廠機組(#1機組)首次檢修時間為2008年3月28日，截止2012年12月18日，三臺機組已完成13次檢修工作。
1 惠州LNG機組大小修管理現(xiàn)狀分析
1.1機組大小修管理現(xiàn)狀
作為國內(nèi)首批引進的9F燃機，許多檢修項目在國內(nèi)同類電廠來說尚屬首次，沒有任何經(jīng)驗可以借鑒，如何保證檢修工作能夠安全、按期、保質(zhì)完成是擺在我們面前的艱巨任務(wù)。
為此，惠州LNG電廠領(lǐng)導班子高度重視，以先進的科學管理理論為指導，結(jié)合基建期工程建設(shè)積累的管理經(jīng)驗，守正出新，將安全管理、質(zhì)量控制、工期要求、文明生產(chǎn)及標準化作業(yè)等方面納入到機組檢修的嚴格掌控之中，摸索出一套適合惠電自身特點的機組檢修管理模式。
在檢修管理全過程中，我們特別注重對安全、質(zhì)量和進度的控制。
1.2存在問題分析
在檢修管理信息化方面，主要存在以下幾個方面的問題：
(1)使用的軟件工具較多，常用的有PROJECT、VISIO或AutoCad、WORD、EXCEL、EAM，所以很多部分都是相對孤立的，在管理過程中無法形成有效的接口，不能有機的成為一個整體。
(2)檢修信息無法進行實時傳遞，信息流轉(zhuǎn)存在明顯的滯后性。
另外由于缺少及時信息，各部門進行協(xié)作效率降低，決策部門也很難在第一時間做出適合的統(tǒng)籌。
(3)管理工具遠遠落后于管理水平，不僅嚴重影響先進管理水平的應(yīng)用效果，還可能阻礙管理水平的進一步提高。
1.3改進目標方向
針對存在的問題，我們提出大小修管理系統(tǒng)建設(shè)將以實現(xiàn)以下目標為主：
2 大小修管理系統(tǒng)功能規(guī)劃
本系統(tǒng)設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)對機組檢修的全過程動態(tài)管理，系統(tǒng)主要功能有：大小修計劃管理(包括機組檢修滾動計劃、檢修前期工作準備、標準項目及文件包編制審核);大小修標準化作業(yè)管理(包括大小修標準項目庫、標準隔離票及檢修文件包的的維護);機組檢修過程控制管理(包括檢修前期工作準備、檢修期間動態(tài)跟蹤)。
大小修網(wǎng)絡(luò)圖、進度表繪制(將網(wǎng)絡(luò)進度圖上的節(jié)點與大小修過程中的隔離工作票關(guān)聯(lián)，隔離工作票又與檢修設(shè)備或系統(tǒng)進行關(guān)聯(lián)，繼而通過檢修設(shè)備或系統(tǒng)關(guān)聯(lián)檢修工作單)、跟蹤分析檢修進度情況;檢修資料文檔分類管理;檢修會議動態(tài)管理;實現(xiàn)檢修過程的各個檢修管理人員策劃、跟蹤、分析和控制。
通過采用此種方式進行檢修管理，將真正實現(xiàn)“以質(zhì)量為中心、以計劃為龍頭”，保證資源得到合理的分配，能保證設(shè)備檢修質(zhì)量，又能有效縮短檢修的工期，給企業(yè)帶來直接經(jīng)濟效益和社會效益。
3 過程標準化管理主要內(nèi)容
3.1機組檢修計劃管理
根據(jù)機組的檢修規(guī)律，系統(tǒng)自動編排機組的滾動檢修計劃;作為燃機調(diào)峰電廠，最大限度保證用電高峰期全社會的正常供電是我們的首要社會責任。
因此，機組檢修既要考慮機組啟停次數(shù)限制，同時也要考慮檢修時間的影響(機組檢修一般安排在社會用電低負荷的10月份至來年5月份前進行)。
3.2檢修標準化作業(yè)管理
由于機組檢修標準項目庫數(shù)據(jù)龐大，僅根據(jù)專業(yè)對項目進行管理非常困難，往往會造成檢修庫內(nèi)容不完善、檢修過程漏檢、項目維護管理真空等問題。
為此，我們根據(jù)機組特點將熱力系統(tǒng)劃分出若干隔離系統(tǒng)并制訂相應(yīng)的標準隔離票，并將檢修項目庫與標準隔離票有機關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)“項目一專業(yè)一機組一隔離票”的結(jié)合，實現(xiàn)檢修項目庫的模塊化管理。
3.3檢修過程管理
本系統(tǒng)全面覆蓋檢修的全過程，能夠?qū)崿F(xiàn)檢修項目管理的全程動態(tài)管理，包括修前準備、修中控制、修后總結(jié)，實現(xiàn)對檢修安全、質(zhì)量、進度的實時控制及管理。
3.4檢修策劃
檢修策劃主要包括修前準備、檢修PM項目及檢修進度計劃。
將檢修前期準備工作以“進度節(jié)點管理”的模式落實到檢修各專業(yè)，根據(jù)不同檢修級別(ABC級)設(shè)定相應(yīng)的節(jié)點時間，對檢修準備工作的完成情況進行定期跟蹤、控制。
對于每一項前期準備工作，在設(shè)定的完成節(jié)點時間前一個星期，系統(tǒng)都會自動通過OAK郵件和短信提醒責任分部關(guān)閉對應(yīng)的工作，從而確保每項準備工作能夠在指定時間內(nèi)完成，為整個檢修工作的順利開展提供了保證。
3.5檢修過程跟蹤
檢修過程管理主要有檢修項目進度管理，檢修的隔離試運管理，項目協(xié)調(diào)會議管理及檢修項目信息管理。
檢修進度管理的主要功能是對檢修過程中所有檢修項目的狀態(tài)進行動態(tài)跟蹤，所有數(shù)據(jù)均自動取自設(shè)備缺陷管理系統(tǒng)，對于項目負責人，可以在“個人待辦工作”中對項目執(zhí)行狀態(tài)進行修改、關(guān)閉;對于檢修管理者，可以及時掌握檢修的整體進度信息，對影響工期的項目，盡早采取措施進行重點協(xié)調(diào)、跟蹤，保證檢修整體進度可控、受控;對于其他檢修人員，可以通過此模塊時時了解各系統(tǒng)及所含項目的完成情況，尤其是在檢修后期，運行人員能夠通過查詢項目的完成情況，有序開展分系統(tǒng)恢復(fù)工作，實現(xiàn)機組由檢修至系統(tǒng)恢復(fù)的安全、無縫過渡。
4 項目應(yīng)用情況及推廣價值
先進的項目管理理念：軟件吸取了Primavera project manager及Microsoft project等世界先進項目管理軟件的思路模型，并特別針對國內(nèi)尤其是電力行業(yè)項目管理需要進行優(yōu)化和定制開發(fā)。
以“管理細節(jié)化，細節(jié)標準化，標準信息化，信息智能化”發(fā)電企業(yè)信息化建設(shè)思路，全面規(guī)劃發(fā)電企業(yè)運行管理流程和業(yè)務(wù)流程。
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