300MW机组联锁保护系统逻辑资料.docx
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1、近年来,随着我国不断加快的经济发展步伐,电力工业也在发生翻天覆地的变化。 300MW 机组已经成为中国各大电网中的主力机组。随着自动控制技术的发展,在发电企业中过程控制的重要性被逐渐体现出来,而过程控制中联锁、保护功能的完善性是发电机组安全、稳定的运行在电网中的基础, 300MW 机组联锁、保护系统包括两大系统:一是顺序控制系统,另一是燃烧器管理系统系统。本书介绍了火电机组联锁、保护系统控制理论,并以 300MW 火力发电单元机组为控制对象, 重点对机组的锅炉燃烧器管理系统、 机组顺序控制系统进行了讨论,内容包括的被控设备的工艺流程、 控制系统的任务、 被控对象的控制逻辑的设计等,并对实际运行
2、中的一些细节问题进行了剖析。本书第一篇内容主要介绍顺序控制系统的设计原则、并根据每个控制系统的特点, 分别介绍了被控设备的逻辑; 第二篇内容主要介绍锅炉燃烧器管理系统, 。 本书注重它的实用性和可操作性, 根据以往 300MW 机组的联锁、 保护系统的调试经验,提出一些意见供读者参考和借鉴。由于作者水平有限,加之编写时间仓促,书中的描述地不够详细,谬误和不妥之处也在所难免,敬请各位批评指正。高峰二 00三年十月第一篇 顺序控制系统( SCS )1第一章顺序控制系统(SCS)系统概况1第二章SCS 系统的设计原则 2第一节SCS 系统设计概况2第二节SCS 系统子组级和驱动级的基本逻辑设计原则2
3、第三节SCS 系统其他设计6第三章300MW 机组锅炉风烟系统顺序控制 10第一节风烟系统概述10第二节空预器A子功能组顺序控制15第三节吸风机A子功能组顺序控制21第四节送风机A子功能组顺序控制30第五节 一次风机 A 子功能组顺序控制 33第四章主蒸汽和再热蒸汽系统顺序控制36第一节主蒸汽和再热蒸汽系统系统概述36第二节主蒸汽、再热蒸汽系统顺序控制43第五章高压加热器系统顺序控制49第一节高加系统概述49第二节高加运行52第三节高压加热器顺序控制53第六章除氧器系统的顺序控制61第一节除氧器系统概述61第二节除氧器运行62第三节除氧器设备级控制63第七章给水系统顺序控制65第一节给水系统概
4、述65第二节给水系统运行70第三节锅炉电动给水泵子组顺序控制73第四节汽动给水泵顺控控制逻辑77第八章凝结水系统顺序控制82第一节凝结水系统概述82第二节凝结水系统运行86第三节凝结水系统顺序控制87第九章其它顺序控制系统93第一节辅助蒸汽系统顺序控制93第二节润滑油系统顺序控制96第三节开式循环冷却水系统和闭式循环冷却水系统顺序控制100第四节真空系统逻辑控制107第二篇 锅炉燃烧器管理系统( BMS )108第一章锅炉燃烧器管理系统概述108第一节锅炉燃烧器管理系统设计概念108第二节形成炉膛爆炸的原因和防止措施113第三节炉膛安全监控系统的主要安全功能117第二章燃烧系统及设备119第一
5、节风烟系统120第二节煤粉制备系统121第三章BMS 系统逻辑程序127第一节 炉膛吹扫( Furnace Purge)127第二节 主燃料跳闸( MASTER FUEL TRIP )与油燃料跳闸( OIL FUEL TIRP )128第三节燃烧器系统公用逻辑134第四节点火油枪控制139第五节 磨煤机组控制(以磨组 A 为例) 146第六节锅炉炉水循环泵控制160第四章BMS 系统的调试经验164第一节关于锅炉灭火保护的经验164第二节燃烧器管理的经验173第一篇 顺序控制系统(SCS)第一章 顺序控制系统(SCS系统概况顺序控制系统是指300MW 机组的辅机顺序控制系统,简称为 SCS(
6、SequenceControl System ) ,它的任务主要是对大型单元机组的辅机包括电动机、阀门、挡板等设备的启停或开关进行自动控制。它可以根据生产过程的工况和被控制设备的状态等条件,按照控制系统中所预先设定的顺序实现被控设备的启停或开关。SCS 所采用的顺序控制策略是根据 300MW 机组的运行的客观规律的要求而制定的,它是将电厂的辅机运行规程采用顺序控制系统的逻辑实现。采用顺序控制系统后,只需通过控制画面的单按钮操作,辅机及相关设备的启停、开关就会按照设备的安全启停的规定顺序和一定的时间间隔自动动作,而运行人员可通过监视器监视各控制步序的执行情况,无须人为干涉,减少了大量的、繁琐的操
7、作。同时在顺序控制系统的设计中,各设备的动作都设计了安全联锁条件,只要设备的动作条件不满足,设备动作将被闭锁进行,这样可避免运行人员的误操作,保证设备的安全运行。顺序控制系统一般分为三级:机组级、功能组级和设备级。( 1) 机组级是最高一级控制,它是在少量的人为干预下自动的完成整个机组由起始状态到高负荷,甚至是100% 负荷的启停控制。在实现机组级的控制时,各功能组均处于自动状态,每个功能组接受机组级控制命令执行操作程序,完成后向机组级反馈完成信息,由机组级向下一个功能组发送启动命令。( 2) 功能组级是实现顺序控制的核心部分,设备的顺序控制逻辑及步序设置均在此实现,当操作人员发出功能组启动指
8、令,同一功能组的辅机及相关设备都将按照预定的设备安全操作顺序和一定的时间间隔实现自动启动。( 3) 设备级是顺序控制系统的基础级,它对就地控制设备直接进行控制,所有的辅机等设备的联锁逻辑的最终实现也在设备级。根据我国的现有的国产 300MW 机组的可控性水平的实际情况,机组级在实际运行使用上还不能实现,一般在顺序控制系统的设计中只考虑功能组级和设备级两种模式。第二章 SCS 系统的设计原则第一节 SCS 系统设计概况SCS 系统是电厂中那些相互之间操作关系复杂,而且具有一定规律可循的机组辅助设备启动、停止运行的顺序控制系统。根据SCS 系统分级控制的基本原则,可分为:功能组级、子组级和驱动级。
9、目前,由于功能组级控制复杂、影响因素众多而难以投入, 因此, 我国大型机组的 SCS 系统一般只设计子组级和驱动级两级控制。大机组普遍采用 DCS 系统作为主要控制系统,根据DCS 系统自身特点以及对 SCS系统的控制水平要求的不同,两级控制的设计方法也是不尽相同的。 SCS 系统的逻辑回路可以设计得非常复杂,也可以设计得很简单。合理的 SCS 系统逻辑回路设计必须兼顾技术和经济两方面,逻辑设计应该基于满足控制要求的前提下,使用尽量少的 I/O 点数,以期使DCS 系统有最合理的性能和价格比。发电机组能否安全、 稳定的运行,SCS 系统在其中起着重要作用 ,而优良的设计是系统正常运转的关键。
10、因此在设计中,必须了解设备和运行情况,并与调试人员、 运行人员共同商讨,使设计方案尽可能符合实际工况,为机组的安全经济运行创造条件。第二节 SCS 系统子组级和驱动级的基本逻辑设计原则根据被控设备的控制方式及工艺系统的运行规律,子组级和驱动级的控制逻辑可分为基本逻辑和可变逻辑两种。可变逻辑是与工艺系统运行相关的逻辑,依工艺系统运行方式的不同而改变; 基本逻辑是接受 SCS 系统控制的典型被控设备固有的控制方式和相对固定的动作逻辑,每种被控设备都有相对应的基本逻辑。可变逻辑和基本逻辑有机结合,才能实现对被控设备运行的顺序控制,其中基本逻辑是SCS系统的基础,就像组成自动调节系统的 PID调节器一
11、样,基本逻辑是组成 SCS系统 的基本单元。一、基本逻辑分类及相互关系1、驱动级基本逻辑分类SCS系统所控制的就地设备主要有:电动机、电动门、电磁阀、电加热器等, 它们是驱动级直接控制的设备,根据各自控制方式的不同,驱动级的基本逻辑可分 为:不调整电动门基本逻辑;可调整电动门基本逻辑;高等级电动机基本逻辑;低 等级电动机基本逻辑;双线圈电磁阀基本逻辑;单线圈电磁阀基本逻辑;电加热器 基本逻辑等。2、 子组级基本逻辑受驱动级控制的设备除了其自身的基本逻辑外,当它们结合在一起组成工艺系 统时,往往有一些动作逻辑是相对固定不变的,这就是驱动级的上一级一一子组级 的基本逻辑。根据动作规律,子组级基本逻
12、辑可分为:子组启动/停止基本逻辑;互为备用型基本逻辑;选线控制基本逻辑等。子组级和驱动级两者既是相互独立的,又是具有一定的关系,它们之间的关系 如图1所示。软连接,子组级基本逻辑驱动级基本逻辑子组启动基本逻辑互为备用基本逻辑选线控制基本逻辑图1子组级和驱动级基本逻辑的相互关系电磁阀基本逻辑 电动门基本逻辑电动机基本逻辑基本逻辑的组成及功能1、 子组级子组级基本逻辑由信号及指令处理逻辑和状态显示逻辑两部分组成,如图2虚线框内所示。其他子组级信号键盘信号.总线现场信号状态显示逻辑总线及软连接总线软CRT去驱动级或子组基本逻辑图2子组级基本逻辑信号及指令处理逻辑是对外部信号、其他子组级或驱动级的联系
13、信号、键盘操 作指令等进行逻辑处理,确定各个指令的优先级,形成有条件的最终控制指令形式 (长脉冲或短脉冲)。状态显示逻辑是把信号及指令处理逻辑送来的状态信号经过逻辑处理、运用色 彩变化、闪光/平光、文字指示、音响提示等显示处理方法在显示屏上为运行人员提 供子组运行状态。2、 驱动级驱动级基本逻辑一般由信号及指令处理逻辑、控制指令形成逻辑、状态显示逻辑三部分组成,如图 3所示。?4?其他子组级信号(总线及软连接飞键盘信号总线砍连接现场信号后备手操信号信号及指令处理逻辑CRT状态显示逻辑去驱动级 现场设备图3驱动级基本逻辑信号及指令处理逻辑是对外部信号、其他子组级或驱动级联系信号、后备手操 信号、
14、键盘指令等进行逻辑处理,确定各指令的优先级, 形成对驱动级的控制指令。控制指令形成逻辑是对信号和指令处理逻辑送来的驱动级控制指令,针对被控 设备控制方式,控制该被控设备具体的动作过程,最终转换成被控设备能够接受的 具体指令信号,并对动作过程的正确和错误作出判断。如:发长脉冲还是短脉冲指 令信号,动作过程正在进行还是已经完成,动作完成后取消还是保持控制指令等逻 辑。状态显示逻辑是把信号及指令处理逻辑和控制指令形成逻辑送来的状态信号, 经过逻辑处理,运用色彩变化、闪光 /平光、文字指示、音响提示等显示处理方法, 在显示屏上为运行人员提供本驱动及运行状况。如一台电动门用慢闪光表示正在开 启、正在关闭
15、用平光显示已经打开、已经关闭,用黄色快闪光表示打开无效、关 闭无效、电动门故障等状态显示。3、举例说明下面以“送风机顺序控制系统”为例,说明基本逻辑在SCS系统中的具体运用方法及特点。送风机顺序控制系统由一下被控设备组成:送风机电动机、送风机出入口不调 整电动挡板、送风机润滑油泵电动机组。根据这些设备的控制方式,采用一下几种 基本逻辑可以完成该系统的控制:子组级启停基本逻辑;高等级电动机基本逻辑(用于送风机);互为备用基本逻辑(用于润滑油泵组) ;低等级电动机基本逻辑(用于 每台润滑油泵);不调整电动门基本逻辑(用于出、入口门) 。岔?图4送风机启停逻辑构成该系统如图4所示。选用以上 5种基
16、本逻辑,再根据送风机启停运行发行,设 计相应的可变逻辑,并将基本逻辑和可变逻辑相互联接起来,即构成了完整的送风 机顺序控制系统。从上面例子可以看出,运用基本逻辑,使SCS系统具有以下4个特点:(1) 标准化程度高,控制界面清晰;(2) 编程工作简化,主要工作是设计可变逻辑,即做好基本逻辑的接口工作;(3) 易于修改和扩展,相互影响小;(4) 适用于硬件结构不同的 DCS系统。SCS系统是大型机组控制的重要组成部分,基本逻辑则是 SCS系统的基础,在此基础上,还需结合具体工程的实际情况,注重从整体出发完善SCS系统的设计。要特别注意基本逻辑与被控设备的强电回路的衔接设计,合理的利用基本逻辑的功
17、能,设计出实用的 SCS系统,从而提高机组的自动化水平。第三节SCS系统其他设计一、工艺联锁开关的设置大型机组整个 SCS的被控对象多,彼此相互关联,若各被控对象间的工艺保护联 锁接死,会带来许多不利影响。工艺保护联锁信号均为电平信号,在常规SCS中,一经接上将不能变动。通常一些重要辅机都设有工艺联锁开关,可根据系统情况投/切联锁开关 ,但大量挡板、阀门等设备仍会出现“咬尾巴”现象。如风烟系统调试或检修后希望启动前对所有挡板、阀门逐个操作就变得相当困难,更无法在集控室内完成。应用 DCS 设计构成 SCS 可摆脱常规方式约束,充分利用计算机软件优势,结合CRT 显示功能实现常规方式无法或难以实
18、现的功能。 为方便分期调试和检修后的试验 ,在每个被控对象的驱动级都设置一个软联锁开关。 软联锁开关可按功能子组划分集中在 CRT 画面上显示操作 ,可成组、 单个投切,也可自动投、手动投 /切 ,但切除软联锁开关需加确认。 采用设置这种软联锁开关的方法,在系统退出运行时,某一个功能子组软联锁开关切除时,该功能子组的各个对象被分解为独立的设备,可随意操作。为确保机组运行过程中所有对象的软联锁开关都投入状态,任何一个功能子组投入自动后 , 将自动将该功能子组内的所有对象软联锁开关合上并保持;任何一个对象的软联锁开关未投,都将在CRT 上的报警框内产生闪光报警,仅当所有对象的软联锁开关全部投入 ,
19、闪光报警方能自动解除。报 警信息的处理采用DCS后,所有需报警的信息(模拟量、开关量)均已进入DCS,充分利用DCS的运算及逻辑综合功能,使得在CRT 报警显示方面的功能大大增强 ; 另一方面,可减少常规信号报警点数,突出重点地只将少数重要报警对象放在常规报警光字牌上显示 , 减少了因报警频繁、声/光交错对运行人员的干扰。在某些DCS 中的顺序控制设计中 ,也有要求DCS 的顺序控制输出对象报警信息的功能,主要基于DCS 内部易于综合出报警信号。但每输出一个这样的信号,需占用一个I/O 通道 ,代价较大。通常各DCS的平均价格约为 350450美元/点。三、人-机界面的设计人 -机界面(CRT
20、) 是操作人员与 SCS 的接口 ,是实现其全部功能的唯一用户操作界面。除了硬件的保证、逻辑设计的合理性与正确外,SCS 设计如何及其最终使用率关键在于人-机界面的设计。功能完善、操作方便灵活、信息齐全及操作人员易于接受 , 是 SCS 设计成败的关键,应给予足够的重视。根据设计、调试及投运SCS 经验 ,大致应有如下画面种类及要求。 SCS 操作画面: 正常操作画面 顺控操作画面 冗余设备备用投/切操作画面 具有示意指导的单操/ 组操画面 各驱动级手动联锁开关投/ 切操作画面 异常操作画面 事故报警检索确认操作画面 SCS提示画面 顺控启/ 停允许条件一览画面?工艺联锁及保护跳闸一览画面1
21、 操作画面( 1) 功能组或功能子组的顺序控制操作画面采用工艺流程图和文字操作指导相结合的表示方式较为理想,以便操作人员可进行功能组或功能子组的自动顺序操作同时工艺流程图可直观显示被控对象的状态变化。操作人员也可借助操作指导在同一画面内的工艺流程图上直接进行规定次序的单操。通常完成一个功能组或功能子组的顺序控制操作宜在一个画面内进行,不宜在多幅画面内切换;相反,顺序控制操作指导(启动和停止过程)不宜同时在一幅画面内进行,可依据当前操作按钮自动弹出和转换。( 2) 操作步序的状态表示。 执行顺序控制操作时, 每一个操作步序可由4 种状态进行描述,且应由不同颜色定义加以区分,如:初始状态时为白色
22、操作步序的文字颜色或步序指示灯的颜色); 本步指令正在执行时为青色;本步指令执行完成时为绿色本步指令执行超时为黄色。2 、冗余设备的备用投/切操作画面在 SCS 中,属于重要辅机且具有100%冗余设备的备用投/切操作步骤很少,但需显示的状态较多 , 一般无需设计成功能子组。但在这类设备设计时应考虑便于操作以及状态显示完善的备用投/切操作画面。这类设备主要有凝结水泵、凝升泵、凝汽器真空泵、开式循环泵和发电机定子冷却水泵等。3 、 具有示意指导的单操/组操作画面此类操作画面主要适用于汽水系统、 锅炉排汽和疏水系统等 ,这些系统较为繁杂,许多被控对象间即构不成功能子组也非简单的单操,而是受到运行规
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