1、基于虛擬DCS技術的電廠給水除氧系統建模與仿真第39簟2期2006年2月-囤電力¨'lr?:l()WElVof.39.2基于虛擬DCS技術的電廠給水除氧系統建模-q仿真張同軍,李立強',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.勝利發電廠.山東乖營262500:3酉安交魚太學能輯每動力工程學院.陜西西安71004r)摘要:制J墟擬分徽控制系統(DCS)技術建立新鼎電廠仿戚系統,拌結合給水除艦系統的仿真建攫進行仿機卜建一r迅了:蠻時仿或而叉滿足精度磴求n口給水陳氧系統仿真數學模側糕敞障工況仿真中攤棄丁¨和反事艘演壕

2、的要求.關鍵詞:虛擬I)CS電J;給水除訊系統;建橫;仿真0引言隨荷電J汽輪機姒大鋒馘,廓鐾敬_,r向晰展.'YLII沒箭構越米越復雜,刊系統安仝,可韉經濟運行的要求【i土越米越高除提商系統的艘件,軟什H能外.建電J'仿真系統刈I運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,虬稈較高的執行迷度.?T滿地實時仍m的要求堆丁此.繾,丁220MW機封L況仿彈系統,給水除氧系統作為電廠汽輪機側局部.為究療他.以l暫:鈕器,給水商壓加熱器統一示意該系統世沒籍包括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¨系統采川傳統的火旁路式運行,電,仿真技術發腱至今,各沒禱的模型贊=法已本魍葉完蔣.柏戈史獻【乜很多水文主介紹艘擬DCS技術硬此祭砌如何_采盯j模塊化建樾'引捌形忠法實觀系統仿真鈾水,肼小凰1給水除氧系統示營Fig1Diagramoffeedwaterdeaeratlngsystem1虛擬DCS仿真環境新托制l:打公dsIMPANEI新分散J括:系統建模組戀;f=嬈編輯_.j州試;I)CS群與機運行;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;組態式評分管理;機組狀態分析與運行優化分析等.電廠仿真系統包括兩大類模型: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分散控制系統全部的控制邏輯算法及熱力計算和各種數值分析算法.在SIMPANEL仿真平臺上,使用圖形組態軟件DpuCfg的入庫程序將相應設備的仿真模型算法參加到設備模型算法庫中.虛擬DCS即

5、工業現場的DCS在一套非實時DPU集群將現場DCS轉化為虛擬DCS的技術稱為虛擬DCS技術.實質上,虛擬DCS即為一套沒有運行于現場的DCS,畫面和組態從現場DCS拷貝而交互對象不是現場I/O,而是仿真機內的仿真模型.仿真機通過高精度的仿真模型構建了一個虛擬的現場,操作員在操作員站上的操作方法,運行方式及設備的動態反響過程和實際機組完全一致.采用虛擬DCS技術的仿真系統與現場DCS的結構比照方圖2所示.a)現場DCSb)虛擬DCS仿真系統vDPu一控制用虛擬DPU;sDPu一仿真用虛擬DPU;HMI一人機接口站圖2虛擬DCS仿真系統與現場DCS結構比照virtualDCSsimulations

6、ystem通過與現場DCS的比較可看出,基于虛擬DCS的仿真系統相當于在DCS構架上,將工業現場擴展48,為虛擬工業現場,在原有的控制用虛擬DPU(VDPU)根底上叉增加了幾個仿真用虛擬DPU(SDPU),這些虛擬DPU間的數據通過虛擬的I/O測點上網實現通信,因此沒有破壞原系統的封裝性及各項功能.二者的人機接口站(HM,包括操作員站,工程師站等)功能和形式相同.由于虛擬DCS源自現場DCS,現場DCS上發生的各種操作,事故均可在虛擬DCS上進行驗證.在虛擬DCS上進行的參數整定,邏輯修改,畫面變更等可直接移植到現場DCS中:凡基于現場DCS的控制組態,無需任何修改即可無縫移植在仿真機上運行;

7、凡在仿真機上調試的虛擬DCS控制組態,無需任何修改即可無縫移植在現場DCS上運行.由于虛擬DCS與現場DCS的一致性,使得電廠能夠真正有效,經濟,廣泛地實現人員培訓,控制系統仿真試驗和控制參數整定及系統反事故演練等一系列功能,這對于仿真機技術的開展是一個革命性進步.2給水除氧系統仿真建模參照圖1所示的給水除氧系統,可將系統按設備及物質流程分為除氧器系統和給水系統兩大部分.凝結水通過除氧器上水調門進入除氧器,四段抽汽,高壓聯箱,鍋爐連排和門桿漏汽進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,經高加后送至鍋爐.給水在流經3個高加時會被3段,2段,1段抽汽加熱升溫,各段抽汽凝結后的疏水采

8、用逐級自流方式疏至除氧器中.在模型算法庫的根底上,按照系統流程完成了該系統的仿真設計,并利用DpuCfg的圖形化自動建模功能完成了仿真系統的組態.圖3,4是組態畫面中的除氧器系統,高加系統圖,是給水除氧系統中的主設備的組態畫面.3仿真結果及分析采用了仿真結果與電廠實際測量數據和設計數統上對100%和75%31況進行了r仿真,表1為局部關鍵參數的仿真結果與實際值的比較,可看出仿真系統的精度完全滿足仿真要求.3-2故障工況仿真電廠仿真機可以模擬各種故障工況,對運行操作人員進行仿真培訓,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行模塊局部仿真或小第2期張同軍等:基于虛擬DCS技術的電廠給水除

9、氧系統建模與仿真埔蠊-T-J4D枧田(幫靳(口l溶I赫J*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:障氧鼎結帽一屠涸啊童,風_?高壓聯葙黼丑酶器I培II-一r'圖3除氧系統四日衛皿陸u栩輯工枧田擁肋(曲黼r-一廠廠圖4高加系統pressureheatersystem表1仿真結果與真實值比較andrealvalue1o0%工況75%工況參數實際值仿真值誤差實際值仿真值誤差/%系統仿真的作法,將故障置入正常運行的粘個電廠仿真系統中,查看所有的相關變化及影響.電廠中各種調整門,電動門,手動

10、門發生故障的比例很高,因此對這些閥門進行故障仿真非常必要.閥門的常見故障有4類:一是突變,即閥門開度發生階躍擾動或手動/自動狀態的變化;二二是卡澀,即閥門卡在某位置上不可操作;_-:是fJ芯脫落;四足內失靈故障的仿真動態響應曲線,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,/.一凝結水旁鍺-舯.$I水位調黯門閥位翻攀Bmi+g雕辯黼譬鞴鬻疆強j釃蚺l5-部H-圖5除氧器水位調整門自動失靈動態響應levelautoregulationofthedeaerator除氧器正常運行時的存水由凝結水,疏水,補水

11、等幾局部組成,其中凝結水占最大比罩=,流量山水位調整門自動調節.如圖5所示,A時刻投入故障,將水位調襤門開度突變為O,自動狀態轉手動并卡澀閥門,凝結水流量中斷,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時刻除氧器水位到達l650him報警值,手動開啟除氧器上水旁路門,水位,壓力,水溫逐步恢復正常.正常運行時每個高加的疏水手動門全開,旁路門全關,由疏水調節閥白動調節閥門丌度以維持高誤殲,誤關,失靈,卡澀等故障發生時,系統會發牛較大擾動.圖6所示為調節閥誤開時系統的動態響應曲線,調節閥誤開前為自動凋節,丌度38%,A時刻投入故障,閥門開度階躍至95%并卡澀,系統平衡

12、狀正常運行時疏水按"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3號高加疏水量增加時,除氧器水位上升,由于其容積較大,故水位雖有上升但短時間內變化不大.在除氧器水位控制邏輯巾,PID模塊輸入水位偏差參數的死區設定為O15mm,因此,水刻高加水位一900l'Iim,切除此故障并關閉疏水調節閥.疏水流量變為O,因此3號高加水位上升,除氧器水位下降.C時刻3號高加水位一200win,調節閥重新開始自動調節,逐漸增大疏水量,經波動后系統高點前一時刻除氧器水位偏差為負值,因此其水位調節閥增大了局部開度,凝結水流量有所增加,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/.,陡氧器術位,一廠,!加術位J一廠凝結水瓶量llf.7l抹氧譽水位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態響應openingandlockingofdrainvalveinhighpressureheater從以分析可看出,建立的給水除氧仿真系統能正確反映系統設備故障時的情況及故障結果對給水參數和機組運行的影響.4結語本文介紹

14、了大型電廠給水除氧系統仿真建模的過程,并在虛擬DCS技術的根底上,采用基于圖形組態的模塊化仿真建模方法將建立的模型應用于實際電廠的全工況系統仿真.仿真結果說明,該系統可對機組啟,停及故障等上況進行有效的實時仿真,其虛擬DCS技術的新型分散式仿真系統已應用于山東勝利電廠220MW機組,湖南石¨電廠300MW機組,安徽淮北電135/220/300MW機組,河北馬頭電廠1OO/2OOMW機組等,該系統的成功應用對提高電廠技術管理人員,運行人員,熱工人員的綜合業務素質具有實際意義.參考文獻:1BRADLEYJH,PrinciplesofsimulationinsimulatorsJ.SIMU

15、LATORS,I993(X):253-254.2李立強.電站給水除氧系統建模與仿真D.西安:西安交通大學能源與動力工程學院,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M.北京:化學工業出版社,2002.HEYahsystemM.Beijing:ChemicalIndustryPress,2002.4ANSI/ISA-77,20,Fossilpowerplantsimulat

16、orsfuncti0na1requirementS.1994.(責任編輯呂玲)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