АСУ ТП котельной установки ст. № 4 ТЭЦ-7 ОАО «ТГК-1»

Объектом автоматизации являлась котельная установка ст. № 4, построенная на ТЭС с поперечными связями — ТЭЦ-7 ОАО «ТГК-1» (Санкт-Петербург) (рис. 1).

Рис. 1. ТЭЦ-7 ОАО «ТГК-1» (Санкт-Петербург)

Котел — однобарабанный, вертикально-водотрубный, с естественной циркуляцией, газоплотный, с мембранными экранами, поставлен АО «Сибэнергомаш».

Основное топливо котла — природный газ, резервное — мазут. Сжигание топлива обеспечивается четырьмя газомазутными вихревыми горелками. Горелки предназначены для раздельного сжигания газа и мазута. Производительность горелки по газу составляет 3240 м3/ч. В каждой горелке установлена мазутная форсунка паромеханического распыления производительностью 3000 кг/ч. Номинальное давление мазута — 3,43 МПа, давление пара — 0,39-0,49 МПа. Номинальная производительность котла 160 т/ч перегретого пара с температурой 540°С и давлением 9,8 МПа. Давление пара в барабане — 10,7 МПа. Температура питательной воды (ПВ) — 215°С.

Решение и характеристики системы автоматизации

Одним из основных требований к автоматизированной системе управления технологическими процессами котла ст. № 4 (АСУ ТП «Котел 4») было ее проектирование как части интегрированной системы автоматизированного управления ТЭЦ-7, в которую в дальнейшем составными частями должны войти АСУ ТП котлов К-5—К-9, турбогенераторов ТГ-3—ТГ-5, АСУ ТП «Вспомогательные системы», а также другие общестанционные системы управления.

Разработанная АСУ ТП гарантирует достоверность и бесперебойность получения информации о состоянии технологических процессов, надежность работы технологического оборудования. Для достижения этой цели были применены схемы резервирования на всех уровнях сбора и обработки данных, резервирование коммуникации уровней между собой, резервирование питания оборудования.

АСУ ТП «Котел 4» построена на базе средств комплексной автоматизации PCS7 фирмы Siemens в виде двухуровневой распределенной системы управления (верхнего и нижнего уровней) в соответствии с технологической структурой объекта управления и декомпозицией технологического процесса по агрегатному, функционально-групповому и иерархическому принципам.

Верхний уровень реализован в виде двух автоматизированных рабочих мест оператора котла и инженерной станции (рис. 2). Программно-технологический комплекс (ПТК) обеспечивает обновление информации на экранах мониторов на рабочих местах с интервалом не более 2 сек. для аналоговых и рассчитываемых величин.

Рис. 2. АРМ оператора

Нижний уровень реализован на базе дублированных программируемых логических контроллеров (ПЛК) SIMATIC S7-400 фирмы Siemens (рис. 3). Каждый ПЛК включает в свой состав:

• корзину S7-400 с 9 слотами;
• модуль процессора;
• модуль питания;
• два коммуникационных модуля для связи с Industrial Ethernet.

Рис. 3. Siemens SIMATIC S7-400

Для дублирования функции аварийного останова котла в случае срабатывания защиты предусмотрено резервирование входных и выходных каналов симметричной установкой двух одинаковых модулей в две станции ET200M двухканальной системы распределенного ввода-вывода программируемого контроллера S7-400H Siemens. При такой конфигурации обеспечивается дублированное управление оборудованием, участвующим в аварийном останове котла, и сохранение возможности останова даже в случае выхода из строя одного из модулей или каналов.

Управление силовым оборудованием и прием сигналов, не участвующих в системе защиты, реализовано с применением двухканальной переключаемой конфигурации. Такая конфигурация строится на основе резервированной сети PROFIBUS DP и станций распределенного ввода-вывода ET200M. Каждая линия резервированной сети PROFIBUS DP имеет одноканальную конфигурацию и подключается к одной из двух подсистем S7-400H. В активном состоянии находится линия, подключенная к ведущей системе S7-400H.

Связь верхнего и нижнего уровней осуществляется с помощью двух независимых дублированных сетей Ethernet через дублированный PCS-сервер. Для этого в каждой корзине дублированного контроллера установлено по два сетевых модуля.

Таким образом, АСУ ТП «Котел 4» предусматривает необходимое резервирование технических и программных средств, обеспечивающих безаварийное управление котлом, что гарантирует выполнение функций АСУ ТП без капитальных ремонтов и модернизации в течение не менее 10 лет.

ПТК имеет функциональные подсистемы, реализующие следующую функциональность:

• сбор, обработку и распределение первичной информации;
• передачу данных и обмен информацией в пределах ПТК;
• дистанционное управление приводами исполнительных и других механизмов объекта управления;
• автоматическое регулирование и автоматическое управление технологическими объектами управления;
• технологическую защиту и защитные блокировки;
• технологическую и системную сигнализацию;
• представление информации и человеко-машинный интерфейс;
• выполнение необходимых расчетов.

Таким образом, новая система обеспечивает:

• подготовку к пуску и пуск котлоагрегата из различных тепловых состояний в автоматизированном режиме;
• работу котла в режиме автоматического регулирования при любых изменениях его нагрузки в диапазоне от 45% до 100% от номинального (160 т/час) значения на газе и мазуте, а также при совместном сжигании жидкого и газообразного топлива;
• исполнение режима планового останова котлоагрегата в автоматизированном режиме и режима экстренного останова котлоагрегата в случае возникновения аварийной ситуации;
• исполнение переходных режимов котлоагрегата с газа на мазут и с мазута на газ;
• управление котлоагрегатом сменным оперативным персоналом из помещения группового щита управления;
• отображение технологических процессов и состояния оборудования с обеспечением управления в реальном масштабе времени;
• регистрацию, накопление и представление ретроспективной информации о значениях всех необходимых технологических параметров котлоагрегата, оборудования АСУ ТП и событиях системы, включая управление;
• управление в пусковых, нормальных, переходных, предаварийных и маневренных режимах;
• защиту теплоэнергетического и электротехнического оборудования при аварийном отклонении значений технологических параметров и возникновении внештатных ситуаций;
• выполнение расчетных задач, необходимых для анализа работы котла (при условии предоставления разработчику алгоритмов и методик расчета заказчиком).

Наряду с решением производственно-эксплуатационных задач внедрение современной системы управления позволяет эффективно использовать топливо во всех режимах работы котла, увеличить срок эксплуатации оборудования и сократить внеплановые ремонтные работы за счет контроля операций пуска и останова котла. Информация о работе оборудования предоставляется оператору котла в удобном виде, что позволяет быстро и эффективно реагировать на возникающие задачи в процессе эксплуатации.

Сотрудничество ООО «НПФ «Ракурс» с ТЭЦ-7 продолжается, и в настоящее время на ТЭЦ-7 внедрена также АСУ ТП турбоагрегата ст. № 3, построенная по принципам, заложенным при внедрении АСУ ТП «Котел 4».