“电力自动化技术的新发展”研讨会纪要

发布时间:2009-12-17  作者:  点击数:2323
  一、概况

    近年来,我国电力工业持续发展,单机容量不断增加、电力系统规模继续扩大和新能源的大力建设,促进了调节阀新技术的应用,并对自动化技术和仪表提出了更高的要求。由中国自动化学会仪表与装置专业委员会、上海市电机工程学会仪器仪表与过程控制专业委员会、上海市自动化学会自动化仪表及应用专业委员会主办的“电力自动化技术的新发展”研讨会于2009年11月5日在上海新国际博览中心召开。由于在“2009年中国国际工业博览会——工业自动化展”期间举行,有来自全国有关企业、用户、研究设计院所和大专院校的专家与工程技术人员约百人参会。

    上海华东电力设计院、上海核工程研究设计院、华东电力试验研究院有有限公司、上海电力学院、北京广电核系统工程有限公司、北京国电智深控制技术有限公司、弗若斯特莎利文(北京)咨询有限公司共8位专家作了精彩的主题报告。

    上海市自动化学会常务理事黄慧雄教授级高工与上海市电机工程学会仪器仪表与调节阀过程控制专业委员会副主任委员高天云高工主持了会议。

    二、主题报告

    首先,由上海华东电力设计院侯新建高工介绍“1000MW超超临界机组热控设计特点”。他详述,截至2009年6月,我国已投产的百万千瓦超超临界机组共12台,其中10台是由我院设计的。在热力系统的热控设计中,碰到的主要问题如:
        ① 主蒸汽和再热蒸汽母管疏水调节阀的控制,目前实际运行效果不大理想;
        ② 玉环电厂的三菱锅炉资料中没有测量主蒸汽流量信号的要求,而西门子的汽机在DEH控制中需要该信号,我们在锅炉一级过热器出口装设流量喷嘴,因高温高压环境,设备费用昂贵,且造成较大的管道阻力损失;
        ③ 超临界直流锅炉与亚临界汽包锅炉的最大区别在于前者设计有启动旁路系统,必须设计好,其中流量测点安装位置应在启动再循环管路之后,以保证给水流量测量值能适应各种运行工况,在外商原设计中给水流量测量同时采用大、小量程两台变送器,考虑到现在变送器精确度高,我们只装设一台变送器;
        ④ 外高桥三厂由于给水泵全程调速,给水系统的给水流量调节阀简化掉了;
        ⑤ 在凝结水系统设计中,将除氧器水位偏差信号直接作用于凝汽器补水阀调节,还作用于除氧器水位调节阀,这样可缩短系统调整时间,加快除氧器水位调整的系统响应速度;
        ⑥ 西门子的汽轮机设计中,抽汽管道第一个逆止门前的水平管段上并未装设上下温度测点(我国有关标准有此规定),由此可知国外厂商采用了自己积累的经验,并未完全遵循汽机防进水的标准。
        在谈到电动调节阀细节的设计问题时他介绍:在高温测量方面曾邀请上海自仪三厂就超超临界参数对热电偶套管的壁厚、插入深度、材料强度等作专门课题研究,该厂已开发出相应产品;DCS选型和配置与60万千瓦机组的系统没有太大区别;机组保护主要采用锅炉主燃料跳闸保护(MFT)和汽机保护(ETS),上海外高桥三厂还设置了热控智能保护,此发明专利在不降低现有保护可靠性的同时还减少了机组误动和拒动次数;目前,现场总线在电厂百万千瓦超超临界机组的补给水、废水控制考虑采用Profibus现场总线,我院在华能金陵电厂二期主机控制系统设计中已全面采用现场总线技术,2009年年底将投产。最后,他介绍超超临界机组的发展趋势,在国外正在研发主汽压力31 MPa、蒸汽温度620 ℃等更高参数的机组;在国内正在研发单机容量为1200~1300 MW的机组,我院对1350 MW机组正在进行前期研究,经济指标和节能为追求的目标。

     

侯新建高工                              任永忠高工

      接着,上海核工程研究设计院任永忠高工介绍“AP1000核电厂仪控系统介绍”,他细述经过对美国、法国、俄罗斯核电技术的调研,我国决定引进当今世上最先进的压水堆核电技术,以美国西屋公司的AP1000核电厂设计和设备制造技术作为我国第三代核电的主机,走引进、消化、吸收和再创新的发展道路,力争实现自主化。AP1000为单堆布置两环路机组,电功率1250 MWe,设计寿命60年,主要安全系统采用先进的非能动设计,布置在电动调节阀双层结构的安全壳内,AP1000核电厂设计的特点是:简化的非能动安全系统设计理念,模块化建造技术,数字化仪控系统和先进主控制室设计,设置严重事故预防与缓解措施,从而提高核电厂的安全性和经济性。仪控系统的信息和控制功能为:持续为电厂操纵员提供电厂状态、事件及对安全和可用性重要变量的功能;允许电厂操纵员分析信息、做出决定的功能;操作电厂、获得电厂反馈信息的功能。仪控系统架构包括:电厂接口层、处理屋、网络层、人机接口层、外部通信层。仪控系统包括:运行和控制中心系统、数据显示和处理系统、多样化驱动系统、特殊监测系统、堆芯仪表系统、电厂控制系统、安全级的保护和安全监测系统。对仪控系统的要求为:实体分离(可限制独立线路和功能的单一故障),功能隔离(将特定的功能或子功能分配给不同的处理器,同时将特定的I/O分配给不同的I/O模块来实现),可靠性、可用性、容错性、可维护性、可试验性、可扩展性与灵活性。整个核电厂从工艺系统分,有安全级和非安全级两大部分,安全级仪控系统采用ABB公司的Common Q平台,所有模块都经过鉴定;非安全仪控系统采用艾默生公司的Ovation平台。我国三门和海阳核电站采用AP1000技术,三门1号机组预定于2013年商业运行。

    华东电力试验研究院有限公司祝建飞高工介绍“燃气——蒸汽联合循环机组AGC及一次调频研究和应用”,他阐述由于电能储存困难,为保持发电和用电的平衡,需对发电机组进行AGC(自动化发电控制)和一次调频。AGC是火电机组自动控制系统中最上层的协调控制功能,能控制机组自动化响应电网调度发出的负荷指令;一次调频是指电网的频率一旦偏离额定值,控制系统能自动控制机组有功功率的增减,限制电网频率变化,使电网频率维持稳定。现在新型的火力发电机组有燃气——蒸汽联合循环机组,其特点为高效、清洁、变负荷快,更适宜于电网调峰,在上海电网装机容量(1664万千瓦)中这种机组占19%(314万千瓦)。但这类机组AGC功能实现难度较大,例如在我国二拖一多轴布置燃机联合循环机组AGC正常投运的几乎没有。为了掌握这类机组AGC变负荷特性,实现机组AGC功能。安全、快速地响应电网负荷指令变化,我们选择GE公司9E型燃机(输出功率270 MW)进行AGC控制试验研究,结果表明:燃机联合循环机组变负荷速率快,负荷响应特性好,适宜用于电网调峰。燃机联合循环AGC控制是一个比较新的课题,由于某些原因AGC正式投运的较少,需要加大研究和开发力度。

张浩教授

    上海电力学院张浩教授介绍“智能电网及其关键技术研究”,他论述历届美国总统要提出一项牵动世界神经的东西,2009年现任美国总统奥巴马将智能电网(Intelligrid)提升为美国国家战略,欧盟、日本、加拿大、澳大利亚等国家积极跟进。长期运行表明,中国电网是世上最好的,因此美国愿意在这方面与我国合作研发。中国智能电网的正式提法叫“坚强智能电网”(Strong Smart Grid),认为智能电网首先应当是一个坚强的电网,坚强是智能电网的基础,智能是坚强电网充分发挥作用的关键,两者相辅相成、协调统一。国网公司结合基本国情和特高压实践,确立了加快建设坚强智能电网的发展目标,即加快建设以特高压电网(国外有的选择超高压,有的选择超导)为骨干网架,各级电网协调发展。其基本特征为:数字化(数字化的电网、电表与用电设备),信息化(市场、电网、用户信息与宽带通信形成的信息平台),自动化(大电网安全稳定控制,高级智能调度,变电站自动化与用户用电系统智能控制),互动化(电网、发电与用户以信息为基础的互动)。中国智能电网的发展计划分为3个阶段:① 2009~2010年:规划试点阶段,重点制定规划、技术和管理标准,开展关键技术研发和设备研制,开展各环节试点;② 2011~2015年:全面建设阶段,将加快特高压电网和城乡配电网建设,初步形成智能电网运行控制和互动服务体系,关键技术和装备实现重大突破和广泛应用;③ 2016~2020年:引领提升阶段,将全面建设成统一的坚强智能电网,技术和装备达到国际先进水平。    北京广利核系统工程有限公司白涛经理介绍“大亚湾核电站1号与2号机组KIT/KPS系统改造技术”,他述说大亚湾核电站是由法国人总包的项目,采用的是上世纪七八十年代的计算机技术,我公司共用18个月进行DCS改造,先完成2号机组,2009年4月完成1号机组,改造后的计算机系统基于北京和利时公司的HOLLiAS-N系统平台,软件增加了KIT/KPS专有的应用功能:如KPS、与其他系统通信、仿真培训、远程监视、KIT/KPS数据处理、RIC数据处理(这是火电站没有的,核电站的中子通量计算)、定制的人机界面、报警卡等功能。硬件定制的有:模拟量与开关量采集模块、接口板卡、机柜和盘台接口等。经过改造,在功能方面:如组态和下装、模拟流程图显示、变量列表、报警处理和监视、设备诊断、报表、数据存档和离线分析等都有所提高。在性能指标方面:如开放性和可扩展性、数据容量、组态编译、下装和生效时间、模拟量采集、画面刷新、开关量分辨率、可维护性等有显著提高。

    

白涛经理                    叶敏教授

    北京国电智深控制技术有限公司叶敏教授介绍“面向全厂的自动化控制系统”,他叙述2007年10月以前国内已投运的200多台600 MW、1000 MW等级超(超)临界机组全部采用国外自控系统,之后国产DCS取得了多项突破,打破了国外控制系统对大型火电机组自控系统的垄断局面。国电智深EDPF整体解决方案是适用于大型发电厂的自动化成套控制系统,它以DCS(EDPF-NT)为核心,包括厂级监控信息系统(SIS)、全激励仿真系统(SIM)、现场总线、高参数智能化仪表、优化控制策略等技术,是构成全厂一体化的整体自动化解决方案。2006年对EDPF-NR系统升级,采用了一系列的新技术与新产品,如新型、强大的过程控制器:采用先进的低功耗器件和制造工艺,小型的全密封结构,能适应各种恶劣环境,具有独特超强防护能力的模件和丰富的适合火电厂特点的控制算法;高性能全局分布式实时数据库,使大系统的大数据量得到分区管理,减少信息混杂,降低网络负荷,便于单独组态及实现域内、域间实时数据的组播和发布定阅两种数据刷新方式,对于每个域,取消实时数据点ID的统一分配和点目录。国产EDPF-NT自控系统已有34台套应用于600 MW、1000 MW等级的机组,例如实现了大连庄河2×600 MW超监界燃煤机组主厂房和辅助车间设备的全部控制监视任务,系统总规模达到30000点,国产DCS进步是国家和社会各界大力支持的结果。    华东电力试验研究院有限公司姚峻高工介绍“1000 MW机组FCB控制功能的实现”,他阐释FCB(Fast Cut Back)是指火电机组在电网或线路出现故障而机组本身运行正常的情况下,不触发机组跳闸。广义地讲,FCB有3种类型:① 电网侧故障时,带厂用电运行;② 发电机和出线电所故障时,汽机保持3000 r/min空载运行;③ 汽机故障跳闸时,锅炉保持运行。以上3种方式锅炉都快速减少燃烧率,高、低旁路快速开启;后两种方式,机组辅机的电源要快切到其他正常电源。FCB功能的实现可大大缩短电网的恢复时间,减少锅炉的停运概率,节约锅炉重新启动的成本,减少机组的电量损失,具有重大的经济意义。FCB实施是一个系统工程,是对机组的工艺系统、设备、控制等都提出了高要求,关键是机组的系统配置要有利于FCB的实现,机组的控制系统要有利于维持机组的工质和能量快速平衡。上海外高桥三厂为了1000 MW机组FCB控制功能的实现,首先实行了机组系统有利于FCB的配置(如大旁路设计、给水泵汽源切换方式有利于给水系统的稳定,大容量除氧器有利于工质稳定等);其次是对机组保护、调节和程控回路的全面梳理和优化;再次是FCB主控制回路的设计与优化等。2008年3月外高桥三厂在国内百万千瓦级机组中首次实现经受实际考验真正的FCB功能。同年4~8月,该厂7号、8号机组共发生5次FCB工况,每一次都获得成功(FCB类型均为停机不停炉)。如5月18日7号机组在1000 MW工况下,从故障发生触发FCB主机组重新并网仅用了11分钟36秒,机组在并网12分钟后负荷已到500 MW以上,在整个过程中机组各项热力参数指标都很优良,由于FCB和成功,大大减少了电厂的损失和对电网的冲击。

     

姚峻高工                       张志峰经理

    弗若斯特莎利文(北京)咨询有限公司张志峰经理介绍“自动化技术和产品在电力行业的发展前景”,他简述2009年1~9月我国电源基本建设情况,其完成投资1997.41亿元,其中火电831.64亿元,水电438.49亿元,核电373.90亿元,风电344.73亿元。电网基本建设完成投资2192.93亿元,预计全年完成投资3605亿元。相比电源部分,电网对自动化的需求一直保持强劲的势头;三块新能源(风电、核电和太阳能)对自动化产品需求的拉动也起到了一定的作用。电力自动化技术的发展趋势:FCS定将成为我国电力系统自动化的主导设备,无线通信技术和IT技术将会得到长足的发展,安全和节能技术将得到更多的应用。中国智能电网总投资预计将超过4万亿元,对自动化产品也将有大的需求。

    三、收获

    本次研讨会邀请了有关专业引领技术的专家,重点交流了下述4方面的内容:① 新经验:介绍了目前已投产的1000MW超超临界机组在热控设计方面的经验与问题,为进一步改进国内在建项目提供借鉴。② 新技术:我国已走过30年核电建设之路,AP1000作为我国第三代核电主机虽有争议,但它是世界最先进的核电技术,我国将于2013年投入商业运行,而美国现在还没有。在火电方面,少有的燃机联合循环机组AGC控制与百万千瓦级机组实现FCB功能,显示了巨大的经济效益,需继续加大研发力度。③ 新系统:用HOLLiAS-N系统改造KIT/KPS核电系统,用EDPF-NT系统控制600、1000 MW等级火电机组都是国产DCS的重大突破,这不仅有DCS厂商的艰辛,也是用户、政府有关部门及社会各界支持的结果。④ 新趋热:为了实现低碳经济,大规模发展火电已告一段落,但现有火电厂的维护、升改造,电网及前能源的大力建设,将继续拉动自动化技术与仪表的发展,特别是智能电网已成为世界电力工业发展的新趋势,将给自动化技术与仪表创造巨大的商机。

    参会代表从上述“四新”的交流中,了解了国内外电力自动化技术最新的发展方向,不少代表认为,与业内有些会议泛泛而谈明显不同,这次研讨会起点高、交流内容深入、针对实际需要,不少是振聋发聩之言,受益非浅。