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文檔簡介
1、基于虛擬DCS技術(shù)的電廠給水除氧系統(tǒng)建模與仿真第39簟2期2006年2月-囤電力¨'lr?:l()WElVof.39.2基于虛擬DCS技術(shù)的電廠給水除氧系統(tǒng)建模-q仿真張同軍,李立強(qiáng)',祁海濤,周宇陽-,何斌z,饒思剛:,巨林倉,(I新華控制工有限司,上海200245:2.勝利發(fā)電廠.山東乖營262500:3酉安交魚太學(xué)能輯每動(dòng)力工程學(xué)院.陜西西安71004r)摘要:制J墟擬分徽控制系統(tǒng)(DCS)技術(shù)建立新鼎電廠仿戚系統(tǒng),拌結(jié)合給水除艦系統(tǒng)的仿真建攫進(jìn)行仿機(jī)卜建一r迅了:蠻時(shí)仿或而叉滿足精度磴求n口給水陳氧系統(tǒng)仿真數(shù)學(xué)模側(cè)糕敞障工況仿真中攤棄丁¨和反事艘演壕
2、的要求.關(guān)鍵詞:虛擬I)CS電J;給水除訊系統(tǒng);建橫;仿真0引言隨荷電J汽輪機(jī)姒大鋒馘,廓鐾敬_,r向晰展.'YLII沒箭構(gòu)越米越復(fù)雜,刊系統(tǒng)安仝,可韉經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求【i土越米越高除提商系統(tǒng)的艘件,軟什H能外.建電J'仿真系統(tǒng)刈I運(yùn)撇作人員晰療帷罔的仿譖-f'采川楫葚塊化建橫打便,通川性好,虬稈較高的執(zhí)行迷度.?T滿地實(shí)時(shí)仍m的要求堆丁此.繾,丁220MW機(jī)封L況仿彈系統(tǒng),給水除氧系統(tǒng)作為電廠汽輪機(jī)側(cè)局部.為究療他.以l暫:鈕器,給水商壓加熱器統(tǒng)一示意該系統(tǒng)世沒籍包括I除氧瓣(YC一700),2臺前(FAlB56),2臺給水(ffK6F321干¨3什商加(J(
3、;一550),商1l=I¨系統(tǒng)采川傳統(tǒng)的火旁路式運(yùn)行,電,仿真技術(shù)發(fā)腱至今,各沒禱的模型贊=法已本魍葉完蔣.柏戈史獻(xiàn)【乜很多水文主介紹艘擬DCS技術(shù)硬此祭砌如何_采盯j模塊化建樾'引捌形忠法實(shí)觀系統(tǒng)仿真鈾水,肼小凰1給水除氧系統(tǒng)示營Fig1Diagramoffeedwaterdeaeratlngsystem1虛擬DCS仿真環(huán)境新托制l:打公dsIMPANEI新分散J括:系統(tǒng)建模組戀;f=嬈編輯_.j州試;I)CS群與機(jī)運(yùn)行;事故模擬卜j分析處刪;r況保存-7吲遐;收稿日期:2005-09一l3;慘回日期:2005-I2-09作者簡介:張州(1968一).W.黑乏江賓雖人.r:
4、程師.從電J'I)CS分析%檸制究E-mail:xhzhangtonKjttl他l63ilnlCollyrighl(:J(:0mI【ll1¨Allrightsmsrve'1.47瀚匪中國電力第39卷歷史回放與重演;組態(tài)式評分管理;機(jī)組狀態(tài)分析與運(yùn)行優(yōu)化分析等.電廠仿真系統(tǒng)包括兩大類模型:控制邏輯模型包括2類:控制邏輯模型算法庫和設(shè)備模型算法庫,其中控制邏輯模型庫繼承了新華公司xDPS分散控制系統(tǒng)全部的控制邏輯算法及熱力計(jì)算和各種數(shù)值分析算法.在SIMPANEL仿真平臺上,使用圖形組態(tài)軟件DpuCfg的入庫程序?qū)⑾鄳?yīng)設(shè)備的仿真模型算法參加到設(shè)備模型算法庫中.虛擬DCS即
5、工業(yè)現(xiàn)場的DCS在一套非實(shí)時(shí)DPU集群將現(xiàn)場DCS轉(zhuǎn)化為虛擬DCS的技術(shù)稱為虛擬DCS技術(shù).實(shí)質(zhì)上,虛擬DCS即為一套沒有運(yùn)行于現(xiàn)場的DCS,畫面和組態(tài)從現(xiàn)場DCS拷貝而交互對象不是現(xiàn)場I/O,而是仿真機(jī)內(nèi)的仿真模型.仿真機(jī)通過高精度的仿真模型構(gòu)建了一個(gè)虛擬的現(xiàn)場,操作員在操作員站上的操作方法,運(yùn)行方式及設(shè)備的動(dòng)態(tài)反響過程和實(shí)際機(jī)組完全一致.采用虛擬DCS技術(shù)的仿真系統(tǒng)與現(xiàn)場DCS的結(jié)構(gòu)比照方圖2所示.a)現(xiàn)場DCSb)虛擬DCS仿真系統(tǒng)vDPu一控制用虛擬DPU;sDPu一仿真用虛擬DPU;HMI一人機(jī)接口站圖2虛擬DCS仿真系統(tǒng)與現(xiàn)場DCS結(jié)構(gòu)比照virtualDCSsimulations
6、ystem通過與現(xiàn)場DCS的比較可看出,基于虛擬DCS的仿真系統(tǒng)相當(dāng)于在DCS構(gòu)架上,將工業(yè)現(xiàn)場擴(kuò)展48,為虛擬工業(yè)現(xiàn)場,在原有的控制用虛擬DPU(VDPU)根底上叉增加了幾個(gè)仿真用虛擬DPU(SDPU),這些虛擬DPU間的數(shù)據(jù)通過虛擬的I/O測點(diǎn)上網(wǎng)實(shí)現(xiàn)通信,因此沒有破壞原系統(tǒng)的封裝性及各項(xiàng)功能.二者的人機(jī)接口站(HM,包括操作員站,工程師站等)功能和形式相同.由于虛擬DCS源自現(xiàn)場DCS,現(xiàn)場DCS上發(fā)生的各種操作,事故均可在虛擬DCS上進(jìn)行驗(yàn)證.在虛擬DCS上進(jìn)行的參數(shù)整定,邏輯修改,畫面變更等可直接移植到現(xiàn)場DCS中:凡基于現(xiàn)場DCS的控制組態(tài),無需任何修改即可無縫移植在仿真機(jī)上運(yùn)行;
7、凡在仿真機(jī)上調(diào)試的虛擬DCS控制組態(tài),無需任何修改即可無縫移植在現(xiàn)場DCS上運(yùn)行.由于虛擬DCS與現(xiàn)場DCS的一致性,使得電廠能夠真正有效,經(jīng)濟(jì),廣泛地實(shí)現(xiàn)人員培訓(xùn),控制系統(tǒng)仿真試驗(yàn)和控制參數(shù)整定及系統(tǒng)反事故演練等一系列功能,這對于仿真機(jī)技術(shù)的開展是一個(gè)革命性進(jìn)步.2給水除氧系統(tǒng)仿真建模參照圖1所示的給水除氧系統(tǒng),可將系統(tǒng)按設(shè)備及物質(zhì)流程分為除氧器系統(tǒng)和給水系統(tǒng)兩大部分.凝結(jié)水通過除氧器上水調(diào)門進(jìn)入除氧器,四段抽汽,高壓聯(lián)箱,鍋爐連排和門桿漏汽進(jìn)入除氧器作為除氧汽源.除氧后的給水由前置泵和給水泵升壓,經(jīng)高加后送至鍋爐.給水在流經(jīng)3個(gè)高加時(shí)會被3段,2段,1段抽汽加熱升溫,各段抽汽凝結(jié)后的疏水采
8、用逐級自流方式疏至除氧器中.在模型算法庫的根底上,按照系統(tǒng)流程完成了該系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì),并利用DpuCfg的圖形化自動(dòng)建模功能完成了仿真系統(tǒng)的組態(tài).圖3,4是組態(tài)畫面中的除氧器系統(tǒng),高加系統(tǒng)圖,是給水除氧系統(tǒng)中的主設(shè)備的組態(tài)畫面.3仿真結(jié)果及分析采用了仿真結(jié)果與電廠實(shí)際測量數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)數(shù)統(tǒng)上對100%和75%31況進(jìn)行了r仿真,表1為局部關(guān)鍵參數(shù)的仿真結(jié)果與實(shí)際值的比較,可看出仿真系統(tǒng)的精度完全滿足仿真要求.3-2故障工況仿真電廠仿真機(jī)可以模擬各種故障工況,對運(yùn)行操作人員進(jìn)行仿真培訓(xùn),使他們了解各種故障工況的故障工況仿真摒棄了以往只進(jìn)行模塊局部仿真或小第2期張同軍等:基于虛擬DCS技術(shù)的電廠給水除
9、氧系統(tǒng)建模與仿真埔蠊-T-J4D枧田(幫靳(口l溶I赫J(rèn)*l毫lLKl也I如IIl×I叫塑廠lIIt'ljdr,'H1w壩I.?崛1廠j加_,仃,趴一l除氧囂壓力IwHLo,一:障氧鼎結(jié)帽一屠涸啊童,風(fēng)_?高壓聯(lián)葙黼丑酶器I培II-一r'圖3除氧系統(tǒng)四日衛(wèi)皿陸u栩輯工枧田擁肋(曲黼r-一廠廠圖4高加系統(tǒng)pressureheatersystem表1仿真結(jié)果與真實(shí)值比較andrealvalue1o0%工況75%工況參數(shù)實(shí)際值仿真值誤差實(shí)際值仿真值誤差/%系統(tǒng)仿真的作法,將故障置入正常運(yùn)行的粘個(gè)電廠仿真系統(tǒng)中,查看所有的相關(guān)變化及影響.電廠中各種調(diào)整門,電動(dòng)門,手動(dòng)
10、門發(fā)生故障的比例很高,因此對這些閥門進(jìn)行故障仿真非常必要.閥門的常見故障有4類:一是突變,即閥門開度發(fā)生階躍擾動(dòng)或手動(dòng)/自動(dòng)狀態(tài)的變化;二二是卡澀,即閥門卡在某位置上不可操作;_-:是fJ芯脫落;四足內(nèi)失靈故障的仿真動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線,該故障綜合了閥門的前2類故障.艄觥糯瓣懈瓣蕊釋疆援氆辨瓤u簪0.捌黼?柚釋幽扣確位卜.:;趟曩囂壓力j試i?-0精琳流量際曩器水溫,/l,/.一凝結(jié)水旁鍺-舯.$I水位調(diào)黯門閥位翻攀Bmi+g雕辯黼譬鞴鬻疆強(qiáng)j釃蚺l5-部H-圖5除氧器水位調(diào)整門自動(dòng)失靈動(dòng)態(tài)響應(yīng)levelautoregulationofthedeaerator除氧器正常運(yùn)行時(shí)的存水由凝結(jié)水,疏水,補(bǔ)水
11、等幾局部組成,其中凝結(jié)水占最大比罩=,流量山水位調(diào)整門自動(dòng)調(diào)節(jié).如圖5所示,A時(shí)刻投入故障,將水位調(diào)襤門開度突變?yōu)镺,自動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)手動(dòng)并卡澀閥門,凝結(jié)水流量中斷,除氧器水位明顯下降,除氧器壓力上升,飽和蒸汽力及除氧器水的焓,溫均升高.B時(shí)刻除氧器水位到達(dá)l650him報(bào)警值,手動(dòng)開啟除氧器上水旁路門,水位,壓力,水溫逐步恢復(fù)正常.正常運(yùn)行時(shí)每個(gè)高加的疏水手動(dòng)門全開,旁路門全關(guān),由疏水調(diào)節(jié)閥白動(dòng)調(diào)節(jié)閥門丌度以維持高誤殲,誤關(guān),失靈,卡澀等故障發(fā)生時(shí),系統(tǒng)會發(fā)牛較大擾動(dòng).圖6所示為調(diào)節(jié)閥誤開時(shí)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線,調(diào)節(jié)閥誤開前為自動(dòng)凋節(jié),丌度38%,A時(shí)刻投入故障,閥門開度階躍至95%并卡澀,系統(tǒng)平衡
12、狀正常運(yùn)行時(shí)疏水按"1號至2號,2號至3號"的順序49中國電力第39卷疏至除氧器,因此當(dāng)3號高加疏水量增加時(shí),除氧器水位上升,由于其容積較大,故水位雖有上升但短時(shí)間內(nèi)變化不大.在除氧器水位控制邏輯巾,PID模塊輸入水位偏差參數(shù)的死區(qū)設(shè)定為O15mm,因此,水刻高加水位一900l'Iim,切除此故障并關(guān)閉疏水調(diào)節(jié)閥.疏水流量變?yōu)镺,因此3號高加水位上升,除氧器水位下降.C時(shí)刻3號高加水位一200win,調(diào)節(jié)閥重新開始自動(dòng)調(diào)節(jié),逐漸增大疏水量,經(jīng)波動(dòng)后系統(tǒng)高點(diǎn)前一時(shí)刻除氧器水位偏差為負(fù)值,因此其水位調(diào)節(jié)閥增大了局部開度,凝結(jié)水流量有所增加,這將在除氧器水位上升至正偏差1
13、5mm后_刁'能恢復(fù)故障前的正常工況.H,E*It"啊嘲黼鞠#圈釃il刪."一0u-_m0_SO.鞴0/.,陡氧器術(shù)位,一廠,!加術(shù)位J一廠凝結(jié)水瓶量llf.7l抹氧譽(yù)水位l胃門閽位#墑加琉水門開度ll婚#3高加琉水量i'l腳口!,臻ii嘲軸n-2t0,目:-_?I-螄,"-孵嘲0赫ii15:lL:|5圖6高加疏水門誤開并卡澀動(dòng)態(tài)響應(yīng)openingandlockingofdrainvalveinhighpressureheater從以分析可看出,建立的給水除氧仿真系統(tǒng)能正確反映系統(tǒng)設(shè)備故障時(shí)的情況及故障結(jié)果對給水參數(shù)和機(jī)組運(yùn)行的影響.4結(jié)語本文介紹
14、了大型電廠給水除氧系統(tǒng)仿真建模的過程,并在虛擬DCS技術(shù)的根底上,采用基于圖形組態(tài)的模塊化仿真建模方法將建立的模型應(yīng)用于實(shí)際電廠的全工況系統(tǒng)仿真.仿真結(jié)果說明,該系統(tǒng)可對機(jī)組啟,停及故障等上況進(jìn)行有效的實(shí)時(shí)仿真,其虛擬DCS技術(shù)的新型分散式仿真系統(tǒng)已應(yīng)用于山東勝利電廠220MW機(jī)組,湖南石¨電廠300MW機(jī)組,安徽淮北電135/220/300MW機(jī)組,河北馬頭電廠1OO/2OOMW機(jī)組等,該系統(tǒng)的成功應(yīng)用對提高電廠技術(shù)管理人員,運(yùn)行人員,熱工人員的綜合業(yè)務(wù)素質(zhì)具有實(shí)際意義.參考文獻(xiàn):1BRADLEYJH,PrinciplesofsimulationinsimulatorsJ.SIMU
15、LATORS,I993(X):253-254.2李立強(qiáng).電站給水除氧系統(tǒng)建模與仿真D.西安:西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院,2004.LILideaeratingsystemD.Xi'an:SchoolofEnergy&PowerEngineering.Xi'anJiaotongUniversity,2004.3何衍慶,陳積玉,俞金壽.XDPS分散控制系統(tǒng)M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002.HEYahsystemM.Beijing:ChemicalIndustryPress,2002.4ANSI/ISA-77,20,Fossilpowerplantsimulat
16、orsfuncti0na1requirementS.1994.(責(zé)任編輯呂玲)ModelingandsimulationoffeedwaterdeaeratingsystembasedonvirtualDCSZHANGTong-jun,LILiqiang,QIHaitao,ZHOUYuyang,HEBin,RAOSigang.,JULincang(1.XinhuaControlEngineeringCo.,Ltd.,Shanghai200245,China;2.ShengliPowerPlant,Dongying262500,China;3.SchoolofEnergy&Pow
17、erEngineering,Xi'arlJiaotongUniversity,Xi'an710049,China)Abstract:AnewsimulatorbasedonthevirtualDCStechnologywasvalidatedbyperformingexperimentsinnormalandmalfunctionconditionsforthefeedwaterdeaeratingsystem.Bymeansofmodularmodelingmethodandgraphicconfiguration,therealtimeandhighoperationshowsthatthealgorithmofestablishedmodelisreasonable,thesteadystateerrorispermiss
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