Высоконадежные асу ТП на базе птк «Текон» для объектов большой и малой энергетики

© B.C. Сережкин, 2014

УДК 681.3 B.C. Сережкин

ВЫСОКОНАДЕЖНЫЕ АСУ ТП НА БАЗЕ ПТК «ТЕКОН» ДЛЯ ОБЪЕКТОВ БОЛЬШОЙ И МАЛОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

Обобщена совокупность внедренных на ГРЭС и ТЭЦ, позволивших разработать ряд типовых проектов по реконструкции систем газоснабжения и управления водогрейных котлов разной мощности и малых паровых котлов для котельных и РТС. Показано, что разработанные АСУТП обеспечивают оптимальную эксплуатацию паровых котлов во всех режимах, при этом существенно улучшаются их показатели работы, повышается эксплуатационная надежность и снижаются издержки на эксплуатацию объектов теплоэнергетики.

Ключевые слова: автоматизированные системы управления технологическими процессами; программно-технический комплекс «ТЕКОН»; современные контроллеры МФК3000, МФК1500, «ТЕКОНИК»; энергоблоки ТЭЦ; котлоагрегаты ТЭЦ.

По данным Росстата РФ производство тепловой энергии в 2008 г. составило 1 млрд 378 млн Гкал, причем 32 % тепловой энергии было произведено на ТЭЦ и ГРЭС, а 68 % — на промышленных и муниципальных котельных. Всего в сфере теплоэнергетики России в 2008 г. эксплуатировалось около 500 ТЭЦ и ГРЭС, а также свыше 79 900 котельных. При наличии в стране большого количества объектов большой и малой энергетики, огромное значение приобретает решение вопросов по повышению показателей технико-экономической эффективности их функционирования, а также по обеспечению требуемой эксплуатационной надежности и безопасности. Рассматриваются возможности и примеры внедрений АСУТП на базе ПТК «ТЕКОН», обеспечивающие надежный и эффективный режим работы объектов большой и малой энергетики.

Технические достоинства ПТК «ТЕКОН»

Как показывает 19-летний опыт деятельности Группы компаний

«ТЕКОН», в процессе которой компанией «ТЕКОН-Инжиниринг» и сторонними системными интеграторами были внедрены сотни АСУТП различного масштаба, важнейшим инструментом повышения эффективности производства объектов большой и малой энергетики является модернизация и унификация АСУТП на базе современных, высоконадежных программно-технических комплексов (ПТК). В процессе эксплуатации таких систем снижаются сверхнормативные простои оборудования, устраняется возникновение аварийных ситуаций по вине обслуживающего персонала, повышается ресурс оборудования и обеспечивается экономия энергоресурсов. И это далеко не полный перечень источников снижения затрат на содержание объектов теплоэнергетики, обеспечиваемый внедрением подобных АСУТП. При своей оптимальной стоимости они имеют высокую функциональность и требуют меньших расходов на обслуживание на этапе эксплуатации.

Центральной частью АСУТП, внедряемых компанией «ТЕКОН-Инжи ниринг», является специально разра-

ботанный для задач энергетики ПТК «ТЕКОН», полностью соответствующий РЛ153-34.1-35.127-2002 и имеющий все необходимые сертификаты. ПТК использует современные контроллеры МФК3000, МФК1500 и серию «ТЕКОНИК» на базе процессорного модуля Р06, имеющего возможность исполнения с расширенным температурным диапазоном для применения в экстремальных условиях. ПТК отличается компактностью (например, контроллерный уровень полномасштабной АСУТП турбогенератора 100 МВт умещается в два шкафа). Последняя модификация ПТК «ТЕКОН» прошла успешную обкатку на различных объектах теплоэнергетики в течение 3-х лет внедрений, что гарантирует высокую надежность и стабильность его работы.

Предыдущая модификация ПТК «ТЕКОН» с 2003 г. успешно эксплуатируется на Киришской ГРЭС в полномасштабных АСУТП шести котло-агрегатов ТГМ-84А (Б), а также в ИИРС энергоблока 300 МВт.

Высокий уровень надежности ПТК «ТЕКОН», необходимый для ответственных применений в теплоэнергетике, реализуется путем использования следующих мер:

• применение резервированных контроллеров МФК 3000 и МФК1500;

• дублирование наиболее ответственных входных и выходных сигналов, ввод ответственных сигналов по схеме «тройник», дублирование вторичных источников питания;

• использование в качестве резервного питания контроллеров напряжения 220 УЭС от аккумуляторной батареи;

• использование резервированных серверов оперативной базы данных;

• применение дублированных сетей и сетевого оборудования;

• применение встроенной диагностики и Watch Dog во всех модулях контроллера с отображением подробной диагностической информации на верхнем уровне.

Отличительными особенностями контроллеров МФК3000 и МФК1500, используемых на среднем уровне АСУТП, являются:

• возможность выборочного резервирования — дублирования и троирования, как процессорных модулей, так и модулей УСО;

• горячая замена модулей с обеспечением механизма Plug&Play (восстановление настроек при замене модуля);

• дублированная системная шина и шина питания;

• питание токовых аналоговых датчиков от ПТК;

• возможность расширения контроллера до трех крейтов на расстоянии до 30 м;

• наличие в процессорном модуле двух сетевых адаптеров Ethernet, поддерживающих скорость обмена 100 МБ/сек.

Контроллер МФК1500 за счет переднего подсоединения к модулям УСО с использованием клемм-но-модульных соединителей, а также наличия ряда исполнений крей-тов на разное количество слотов, позволяет строить распределенные системы с гибкой архитектурой, располагая шкафы с МФК1500 в непосредственной близости у функционального узла, которым он управляет.

Программное обеспечение ПТК «ТЕКОН» собственной разработки представляет собой вертикально-интегрированную SCADA/Softlogic систему c единой базой данных, развитой библиотекой алгоблоков, ориентированных на задачи АСУТП энергетических объектов и широко

использующую объектный подход, что обеспечивает высокую производительность при разработке, необходимую при создании крупных систем.

В системе роль БПО контроллерного уровня выполняет система ISaGRAF версии 5.х, исходные тексты целевой задачи которой приобретены компаний «ТЕКОН», что позволяет самостоятельно сопровождать и развивать БПО. В качестве БПО верх него уровня используется SCADA «ТЕКОН», разработанная в Группе компаний «ТЕКОН».

Особенностью БПО ПТК «ТЕ-КОН» является наличие в его составе САПРа для проектирования нижнего уровня АСУТП с интеграцией в базу данных программного проекта, а также специализированной расчетно-диагностической станции. Обеспечена возможность масштабирования системы в широких пределах. Нагрузочные полигонные испытания показали, что система, имеющая в своем составе 50 контроллеров и 30 станций оператора, при сетевом обмене порядка 500000 переменных в секунду с большим запасом удовлетворяет требованиям по быстродействию, предъявляемым РД153-34.1--35.127-2002. Это дает основание уверенно применять ПТК «ТЕКОН» на крупных объектах большой энергетики (энергоблок 1200 МВт, ПГУ 450 МВт).

В качестве успешного примера внедрений АСУТП на базе ПТК «ТЕКОН» можно привести:

• полномасштабную АСУТП котла ПТВМ-180 ст. № 6 на ТЭЦ-15 и полномасштабную АСУТП котла ПТВМ-100 ст. № 1 на ТЭЦ-17 в ОАО «ТГК-1»;

• полномасштабные АСУТП кот ла БКЗ-420 ст. № 10 на ТЭЦ-12; АСУТП турбины ПТ-60 ст. № 5

на ТЭЦ-20; АСУТП турбины ПТ-80 ст. № 9 на ТЭЦ-12; ИРС котла БКЗ-420 ст. № 12 на ТЭЦ-12; информационные подсистемы блоков 250 МВт № 3, 4, 5 на ТЭЦ-26; блока 250 МВт № 5 на ТЭЦ-25 и блока 250 МВт № 8 на ТЭЦ-21 в ОАО «ТГК-3» (Мос энерго);

• ИРС энергоблока ст. № 4 и полномасштабные АСУТП котлов ТГМ-84 ст. № 1—6 на Киришской ГРЭС в ОАО «ОГК-6».

Система автоматического уп равления горелками

Одним из самых востребованных в сфере теплоэнергетики высокотехнологичных технических решений Группы компаний «Текон», является система автоматического управления газомазутными горелками (САУГ), которая обеспечивает:

• автоматический и дистанционный розжиг горелок;

• автоматический и дистанционный вывод их на минимальную тепловую мощность;

• автоматическое и дистанционное управление тепловой мощностью этих горелок в диапазоне от минимальной до максимальной;

• реализацию нормативных защит и блокировок во всех перечисленных режимах работы горелок;

• автоматическое регулирование параметров топливного и газовоздушного тракта, а также реализацию главного регулятора котлоаг-регата.

Данное решение реализовано на базе высоконадежного ПТК «ТЕКОН», является типовым и служит фундаментом для дальнейшего расширения системы вплоть до полномасштабной АСУ ТП энергетического котла или энергоблока, используя при этом единые базу данных и инструментальную среду.

Типовая САУГ имеет трехуровневую структуру — на нижнем уровне находятся шкафы управления газомазутными горелками (ШУГ) и шкаф управления мазутом (ШУМ), на среднем — шкаф ЦШУГ. В состав верхнего уровня входят станции операто ра — технолога (АРМ ОТ), два компьютера, совмещающие функции резервированных шлюзов и архивных станций, а также инженерная станция (ИС) и информационно-вычислительная станция (ИВС). Шлюзы, контроллеры ЦШУГ и ШУГ обмениваются информацией по дублированной сети Ethernet со скоростью 100 МБ/с через два 24-портовых сетевых коммутатора, расположенных в коммуникационной стойке. Компьютерные станции обмениваются со шлюзами по дублированной сети Ethernet со скоростью 1 ГБ/с через два 16-портовых сетевых коммутатора. Шкафы ШУМ связаны со шкафами ШУГ по интерфейсу RS-485.

Важной особенностью этого решения, обеспечивающего прочную основу для надежной работы энергоблоков и котлоагрегатов, является его ориентация на максимальную скорость внедрения на объекте, что зачастую весьма актуально. Это обеспечивается следующими факторами:

• использование ряда типовых шкафов новой разработки на все типы горелок с испытаниями их ОТК перед отгрузкой по специальной универсальной методике;

• использование распределенной архитектуры САУГ с интеллектуальными шкафами управления горелками, дающей возможность налаживать оборудование параллельно сразу на нескольких горелках;

• выделение УСО для управления мазутом в отдельный шкаф, что дает возможность поэтапного внедрения и облегчает задачу типизации проекта;

• большое количество опций в прикладном программном обеспечении, позволяющих быстро адаптировать ПО САУГ под конкретные особенности объекта;

• комплексные полигонные испытания ПТК перед отгрузкой с использованием программного имитатора объекта;

• поставка технологического оборудования и ПТК от одного производителя (ГК «ТЕКОН» в 2009 г. начала производство блоков газооборудования серии БГА, полностью соответствующих требованиям ПБ 12-529-03, основные типы которых имеют оригинальные технические характеристики и запатентованы);

• отработанное годами взаимодействие с партнерами (монтажниками, наладчиками, поставщиками).

Примером, наглядно иллюстрирующим возможности ГК «ТЕКОН» по скорости внедрения, может служить 36-горелочный энергоблок 800 МВт Сургутской ГРЭС-2, на котором САУГ в 2008 г. была внедрена в течение 28-дневного ремонта.

Системы автоматического управления горелками котлоагрегатов различной мощности типа БКЗ, ТГМ и ТГМП на базе ПТК «ТЕКОН» успешно эксплуатируются на Сургутской ГРЭС-1, на Каширской и Шатурской ГРЭС; на ТЭЦ-8, ТЭЦ-9, ТЭЦ-11, ТЭЦ-12, ТЭЦ-17, ТЭЦ-21, ТЭЦ-22, ТЭЦ-23 и ТЭЦ-25 в ОАО «ТГК-3» (Мосэнерго); на ТЭЦ-14 в ОАО «ТГК-1», а также на Ярославской ТЭЦ-2, Чебоксарской ТЭЦ-2, Эн-гельской ТЭЦ-3, Балаковской ТЭЦ-4.

Соответствие технических решений ГК «ТЕКОН» уровню лучших мировых разработок в очередной раз было подтверждено во время тендерных мероприятий в июне 2009 г. в ОАО «Камчатскэнерго», где ЗАО «ТЕКОН-Инжиниринг» вы-

играл у известных зарубежных и отечественных компаний конкурсы по переводу на природный газ Камчатской ТЭЦ-2 и Южно-Са халинской ТЭЦ-1.

АСУ ТП «ТЕКОН» для объектов малой энергетики

Повышение эффективности и надежности производства тепловой энергии является приоритетной задачей и для муниципальной энергетики. Вследствие этого Группа компаний «ТЕКОН» обобщила совокупность внедренных на ГРЭС и ТЭЦ инновационных технических решений, что позволило разработать ряд типовых проектов по реконструкции систем газоснабжения и управления водогрейных котлов разной мощности и малых паровых котлов для котельных и РТС. Разработанные АСУТП обеспечивают оптимальную эксплуатацию котлоагрегатов во всех режимах, что существенно улучшает их показатели работы, повышает эксплуатационную надежность и позволяет снизить издержки на эксплуатацию объектов теплоэнергетики при полном соблюдении правил безопасности газового хозяйства ПБ 12-529-03.

В состав данных АСУТП входят системы автоматического управления котлами, включая системы управления газо-мазутными горелками, а также системы управления общекотельным оборудованием и системы хим-водоподготовки.

АСУТП котлов выполняет информационные и управляющие функции, необходимые для оптимальной и безаварийной эксплуатации котлов во всех режимах их работы и позволяет обеспечить:

• автоматический пуск и останов котлов;

• автоматический контроль опрес-совки газовой арматуры;

• автоматическое поддержание оптимального соотношения «газ — воздух», а также разряжения во всем диапазоне нагрузок котлов, что увеличивает КПД котлов и снижает объем вредных выбросов в окружающую среду;

• автоматическое поддержание заданной температуры воды, поступающей к потребителям;

• автоматическое и дистанционное управление всем оборудованием котельной, в том числе механизмами арматуры и приводами дымососов, вентиляторов и насосов с использованием частотно-регулируемого электропривода;

• выполнение технологических функций защиты и аварийное отключение котлов по всем параметрам безопасности в соответствии с Правила ми безопасности газового хозяйства ПБ 12-529-03;

• постоянный контроль за содержанием СО и СН в выбрасываемых в атмосферу продуктах сгорания;

• оперативную передачу и наглядное отображение информации о работе котлов и оборудования для оператора;

• диагностику состояния всей системы;

• технический и коммерческий учет энергетических ресурсов.

АСУ ТП общекотельного оборудования и химводоподготовки обеспечивают:

• регулирование в оптимальном режиме технологических процессов работы общекотельного оборудования;

• выдачу предупреждений о работе оборудования за пределами допустимых режимов;

• автоматический режим работы всех насосных станций с использо-

ванием частотно-регулируемых приводов;

• автоматизированный процесс хим-водоподготовки на основании данных анализов, вводимых оператором в систему;

• контроль за состоянием и управление работой запорной арматуры большого диаметра с автоматизированного рабочего места оператора;

• отображение параметров работы котельной в виде мнемосхем, графиков и таблиц, позволяющих производить на этой базе необходимую отчетность;

• комплексный учет, архивирование и первичный анализ информации о потребляемых энергоресурсах (газе, электроэнергии, воде на подпитку сети и на собственные нужды);

• учет производства тепловой энергии по котлоагрегатам и в целом по котельной.

К числу положительных характеристик данных АСУТП можно отнести следующие факторы:

• в АСУТП используется высокотехнологичное техническое решение ГК «Текон» — система автоматического управления газо-мазутными горелками (САУГ);

• реализовано многоуровневое резервирование и дублирование контроллерного оборудования в шкафах управления котлами для обеспечения требуемой степени эксплуатационной надежности и безопасности;

• обеспечивается полная автоматизация заданных рабочих функций в процессе пуска и работы котлов;

• обеспечена возможность проверки технологических защит как на работающих, так и на неработающих котлах;

• в процессе производства осуществляется полигонная отладка и прогон оборудования системы управле-

ния и алгоритмов с использованием специального тестового оборудования, имитирующего реальные условия эксплуатации объектов теплоэнергетики;

• выполнение комплекса работ по внедрению типовых АСУТП производится «под ключ», начиная от проведения инжиниринговых работ на объекте Заказчика и заканчивая монтажом и запуском всего оборудования в эксплуатацию;

• отработанная технология производства дает возможность предоставления трехлетней гарантии на все производимое оборудование.

Примеры автоматизации объектов малой энергетики

Комплексный подход по применению АСУ в муниципальной энергетике наиболее ярко проявляется в Москве, где при строительстве и реконструкции районных тепловых станций (РТС) и центральных тепловых пунктов (ЦТП) применение АСУТП является обязательным условием ввода в эксплуатацию этих объектов. Внедрением АСУТП занимается филиал № 12 «Теплоэнергосервис» ОАО «МОЭК», который на базе ПТК «ТЕКОН» автоматизировал 27 районных и 5 квартальных тепловых станций, среди которых РТС «Чертаново», «Крылатское», «Митино», «Строгино», «Бирюлево», «Кунцево», «Тушино», «Теплый Стан».

К настоящему времени запущено 218 подсистем АСУТП, включая АСУТП котлов ПТВМ и КВГМ большой мощности, химводоподго-товки, деаэраторов, машинного зала, электроснабжения и ГРП. Всего в составе шкафов управления данных систем автоматического управления находится в эксплуатации 31 контроллер МФК3000 с 1147 различными модулями. По данным

ОАО «МОЭК», за последние 2 года эксплуатации — с 2007 по 2008 г., было зафиксировано всего 9 отказов модулей МФК300, не приведших к отказам основного технологического оборудования, что свидетельствует о высокой надежности АСУТП на базе ПТК «ТЕКОН».

Высокие технико-экономические по казатели типовых полномасштабных информационно-управляющих систем управления котлов и общекотельного оборудования на базе ПТК «ТЕКОН» подтверждаются также их успешной эксплуатацией в котельных № 1 и № 3 МУП «Тепло Коломны».

В состав котельной № 1 на ул. Огородная г. Коломны входят три водогрейных котла ПТВМ-30, на базе которых внедрена полномасштабная АСУТП. Данная котельная, теплопро-изводительностью свыше 100 Гкал/час, работает в режиме с открытым водо-разбором. Средний расход воды на подпитку составляет 80 м куб. В некоторых случаях величина подпитки достигает свыше 300 м куб. Несмотря на это, внедренная АСУТП «ТЕКОН» устойчиво поддерживает все необходимые параметры котельной, что позволяет бесперебойно обеспечивать теплом и горячей водой население, промышленные объекты и прочих потребителей.

Аналогичная АСУТП «ТЕКОН» внедрена в котельной № 3 теплопроизво-дительностью свыше 100 Гкал/ час на ул. Гагарина г. Коломны, система управления обладает расширенными функциональными возможностями по сравнению с АСУТП котельной на ул. Огородной за счет обеспечения возможности работы в резервном режиме на дизельном топливе. Опрессовка арматуры, розжиг и поддержание технологических параметров котлов на этих котельных происходят в автоматическом режиме. Пуск котла выполняется простым нажатием кнопки «Пуск». При

этом происходит автоматическая проверка выполнения всех необходимых условий пуска и автоматическая опрес-совка арматуры всего за 90 сек. Если по какой-либо причине пуск котла невозможен, то АСУТП выдаст оператору соответствующее сообщение на табло сигнализации. В случае отклонения каких-либо параметров от нормы, на монитор подается соответствующий сигнал. Для оперативного принятия решений в сложных ситуациях, совместно со специалистами МУП «Тепло Коломны» определены допустимые зоны допуска управления котлами для операторов, мастеров и начальника котельной.

В совокупности использование данных полномасштабных АСУТП позволило:

• поднять коэффициент полезного действия котлов до 93,9%;

• минимизировать расход электроэнергии и существенно увеличить срок службы оборудования;

• существенно повысить надежность работы подсистем технологических защит и функционально-группового управления котельных за счет непрерывной диагностики технических и программных средств;

• обеспечить полностью во всех режимах эксплуатации котлов требования правил безопасности газового хозяйства ПБ 12-529-03;

• снизить на 20 % удельную повреждаемость тепловых сетей за счет плавного регулирования нагрузки;

• сократить интенсивность и амплитуду колебаний технологических параметров;

• сократить объем вредных выбросов в атмосферу;

• обеспечить полный контроль выполнения технологии производства обслуживающим персоналом и исключить субъективные факторы из процесса управления котлами.

Изложенный материал о деятельности Группы компаний «ТЕКОН» в смежных отраслях теплоэнергетики позволяет сделать ряд важных выводов.

• ГК «ТЕКОН» приобрела уникальный опыт по реконструкции газового хозяйства энергетических объектов «под ключ», постоянно обновляет и расширяет номенклатуру своей продукции, что дает ей основание быть самодостаточной структурой для решения на современном уровне разнообразных задач автоматизации в большой и малой энергетике.

• ПТК «ТЕКОН» новейшей разработки является одним из лучших в России, позволяет обеспечить надеж-

ный и эффективный режим работы объектов большой и малой энергетики, при этом качество автоматизации котлоагрегатов соответствует требованиям всех существующих нормативных документов.

• Поставляемые Группой компаний «ТЕКОН» системы автоматического управления горелками и АСУТП объектов теплоэнергетики, центральная часть которых базируется на ПТК «ТЕКОН», превосходят по соотношению цена/качество решения известных конкурентов, а многолетний опыт внедрений подобных систем позволяет полностью удовлетворить технические требования Заказчиков. ШИЗ

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ

Сережкин Владимир Сергеевич - директор по развитию OOO «TекoнГазAвтoматика», е-mail: serezhkin@tecon.ru.

UDC 681.3

HIGHLY RELIABLE MANAGEMENT INFORMATION SYSTEMS TECHNOLOGICAL PROCESSES ON THE BASIS OF nTK «TEKOH» FOR OBJECTS OF THE BIG AND SMALL POWER

Serezhkin V.S., Director for Open Company "TekonGazAvtomatika", e-mail: serezhkin@tecon.ru.

In V.S.Serezhkina's article (a group of companies «TEKOH»), set introduced on a state district power station and the thermal power station, allowed to develop a number of standard projects on reconstruction of systems of gas supply and management of water-heating coppers of different capacity and small steam coppers for boiler-houses and RTS is generalized. It is shown that the developed automated control systems of technological processes provide optimum operation of steam coppers in all modes, thus their indicators of work essentially improve, operational reliability raises and costs on operation of objects of power system decrease.

Key words: the Automated control systems of technological processes; a programmno-technical complex «TEKOH»; modern controlers MFK3000, MFK1500, «TEKOHHK»; thermal power station power units; boiler installations of thermal power station.