АСУ ТЭЦ-27. Разработка, освоение и развитие
Долинин И. В., канд. техн. наук, Тарасов Д. В., инж. ТЭЦ-27 Мосэнерго
С самого начала строительства ТЭЦ-27 мы ставили перед собой цель - создать современную электростанцию с применением передовых научно-технических разработок, в том числе и в части автоматизированных систем управления технологическим процессом.
Разработка систем автоматизации на ТЭЦ-27 началась в 1991 г. с поиска программно-технического комплекса (ПТК), который бы соответствовал нашим целям. В то время мы, как и многие другие, шли по пути создания автоматизированных систем управления отдельными объектами одновременно с вводом пусковых комплексов, стараясь найти и использовать самые лучшие разработки (как зарубежные, так и отечественные). При этом всегда удавалось выполнить поставленные на тот момент задачи и достичь положительных результатов внедрения, в том числе и по соотношению цена - качество.
В период с 1993 по 1995 г. в результате совместной работы специалистов ТЭЦ-27 с такими организациями, как ЦНИИКА, НИИТеплоприбор, НПК “Дельфин-Информатика”, АО Электроцент- роналадка, были внедрены АСУ газорегуляторного пункта (с использованием контроллеров “Ломи- конт”), АСУ пускового парового котла Е-50 (на контроллерах Р-200), АСУ комплекса химводоочи- стки (на базе контроллеров ТКМ-51).
Приступив к строительству энергоблока № 1, мы долго выбирали ПТК, на базе которого можно было бы реализовать разработанное нами техническое задание на автоматизированную систему управления энергоблоком. Были рассмотрены уже эксплуатируемые у нас программно-технические средства, а также другие предлагаемые в то время ПТК, в том числе и зарубежные (в частности, фирм Siemens и АВВ).
К этому времени ВТИ и НИИТеплоприбор представили усовершенствованный ими ПТК под названием “КВИНТ” на базе контроллеров Р-200. После детального анализа и обсуждений было принято решение об использовании его в качестве базового ПТК для АСУ тепломеханического оборудования энергоблока № 1, а позднее - в качестве базового ПТК и для электростанции в целом.
Первоначально взаимоотношения между участниками проекта строились по традиционной схеме: разработчик системы, поставщик программно-технических средств, проектировщики, наладчики, заказчик. Но уже вскоре после начала работы стало ясно, что на довольно большое число вопросов, требующих в сжатые сроки принятия решений всеми сторонами, не удается получить ответы, причем ряд теоретических технических решений нуждался в практической проверке (с последующей корректировкой).
И тогда принимается очень важное решение о создании на территории НИИТеплоприбор полномасштабного полигона для отладки как аппаратной, так и программной части АСУ ТП (включая технологические программы) и организации единого коллектива для разработки, наладки и внедрения АСУ ТП энергоблока № 1. Благодаря объединению различных специалистов, имеющих богатый опыт в своей области и работающих на одну задачу, удалось получить то, что имеем сегодня.
Координатором работ на всех этапах создания АСУ ТП были руководители и специалисты ТЭЦ-27. Одновременно с разработкой прикладного программного обеспечения силами специалистов объединенного коллектива из числа сотрудников организаций НИИТеплоприбор, Электроцентроналадка, Мосэнергопроект, ВТИ, ТЭЦ-27 шла доработка как базового программного обеспечения, так и контроллеров ПТК “КВИНТ” для реализации поставленных задач АСУ ТП. Одновременно с этим происходили профессиональный рост и взаимное обучение специалистов, что впоследствии позволило в сжатые сроки с высоким качеством произвести монтаж и наладку и осуществлять квалифицированную эксплуатацию АСУ ТП, а также продолжить дальнейшую работу по модернизации программно-технических средств и наращиванию функций АСУ ТП.
Работы на полигоне проводились параллельно несколькими группами:
доработка, проверка, тестирование технических средств (включая метрологические испытания при повышенной температуре);
доработка, проверка, тестирование базового программного обеспечения (включая разработку новых алгоритмов);
разработка, проверка технологических программ (с использованием как динамических, так и статических имитаторов);
разработка пользовательского интерфейса с учетом эргономики, в том числе мнемокадров, мнемосимволов, окон управления и др.
Во всех этих работах принимали участие специалисты ТЭЦ-27, поэтому в проведении специального обучения ремонтного персонала не было необходимости. Оперативный персонал ЦТАИ поочередно прошел обучение на полигоне во время отладки прикладных программ.
Участие специалистов-технологов КТЦ ТЭЦ-27 в создании библиотеки мнемосимволов, окон управления, алгоритмов управления, мнемокадров с учетом специфики и требований, сложившихся в отечественной энергетике, позволило создать удобный, интуитивно понятный (с соблюдением преемственности традиционных форм управления и отображения) пользовательский интерфейс. Это, в свою очередь, не требовало специального обучения оперативного персонала КТЦ, а практические навыки машинисты блока получили в течение двух недель (в период проведения предпусковых операций: опробование арматуры, механизмов и др.).
Поскольку переход на управление энергоблоками с помощью АСУ ТП происходил впервые, опыт эксплуатации подобных систем в Мосэнерго отсутствовал, было принято решение установить ограниченное число дублирующих ключей на щите управления, а также использовать мнемосхему, что и было реализовано. Однако управление арматурой и механизмами с помощью ключей осуществляется не напрямую, а через контроллеры (за исключением нескольких ключей прямого действия), а мнемосхема, в отличие от традиционной, не активная. На ней расположены несколько цифровых приборов и ограниченное число табло сигнализации.
В 1996 г. одна из первых в России полнофункциональных АСУ ТП тепломеханического оборудования энергоблока 80 МВт (станц. № 1) была принята в эксплуатацию.
В первое же время эксплуатации мы убедились в том, что при управлении с помощью АСУ ТП нет необходимости использования дублирующих индивидуальных ключей и мнемосхемы, так как все их функции реализованы в АСУ.
Созданная АСУ ТП эффективно работает во всех эксплуатационных режимах технологического оборудования:
при нормальной работе в регулировочном диапазоне нагрузок;
при остановах в резерв; при пусках;
при аварийных ситуациях.
При этом решены следующие задачи: контроль состояния и диагностика основного оборудования;
автоматическое регулирование генерируемой реактивной мощности и поддержание напряжения на шинах распредустройств в нормальном режиме, автоматические отключения (переключения) для защиты оборудования и восстановления питания потребителей в аварийном режиме;
технический учет электроэнергии и управление экономичностью энергоблоков;
релейная защита и автоматика (АПВ, АВР, блокировки, сигнализация);
минимизация вредных выбросов энергоблоков с соблюдением принятых норм;
обеспечение эффективных и безопасных условий работы оперативного персонала, контроль за действиями оперативного персонала, ведение оперативной документации;
возможность наращивания функций АСУ ТП при дальнейшем строительстве и реконструкции станции.
В ходе работ по созданию АСУ ТП энергоблока № 1 нам стало ясно, что многие задачи невозможно решить в рамках АСУ ТП энергоблока, и как следствие этого, появился проект по АСУ ТП станции, который включает в себя как теплотехническое, так и электротехническое оборудование.
Следующая задача, которую мы поставили перед собой, - объединение всех локальных и вновь создаваемых АСУ в единый организм - интегрированную АСУ ТЭЦ-27, охватывающую все основное и вспомогательное электро- и тепломеханическое оборудование и системы, традиционно относящиеся к АСУ П.
Интегрированная АСУ теплоэлектростанции - не просто совокупность разнотипных контроллеров, реализующих различный набор функций. Простое соединений нескольких, даже самых хороших программно-технических средств, как правило, не дает положительного эффекта, а иногда даже ухудшает характеристики отдельных компонентов. Только тесная многоуровневая интеграция в рамках заранее определенной концепции позволяет получить новое качество, так называемый, системный эффект.
На ТЭЦ-27 были приняты следующие основные положения интеграции:
локальные подсистемы интегрируются в базовый ПТК целиком (со своими сетями, устройствами верхнего уровня, системой единого времени и программами);
локальные подсистемы автономны, т.е. при нарушении связи с базовым ПТК они хотя и теряют часть функций (единое время, архивирование), но остаются полностью работоспособными;
задачи решаются одновременно на нескольких уровнях - контроллерном, верхнем уровне АСУ ТП, уровне АСУ П;
все подсистемы работают в едином информационном пространстве (единая система архивирования и ретроспективного анализа, единые принципы представления информации, единая база данных, единое время и др.);
осуществляется взаимообмен информацией между АСУ ТП и АСУ П.
Специалисты ТЭЦ-27 вместе с коллективом разработчиков пошли по пути поиска и объединения нескольких ПТК, каждый из которых наилучшим образом (в том числе и по стоимости программно-технических средств) реализует какую- либо одну или несколько функций или задач. Кроме того, ожидалось, что такое деление повысит надежность работы и эксплуатации как отдельных автономных подсистем, так и комплекса АСУ в целом, что и подтвердилось в последующем.
В качестве базового программно-технического комплекса был принят ПТК “КВИНТ” разработки НИИТеплоприбор, производства ЧПЗ “Элара”, который в ходе развития и эксплуатации АСУ станции постоянно совершенствуется разработчиками по предложениям специалистов ТЭЦ-27 с учетом возрастающих потребностей, увеличением надежности программно-технических средств и появлением новых задач в составе АСУ ТЭЦ.
Для решения задачи защит электротехнического оборудования применена подсистема электрических защит и автоматики разработки и поставки “АББ Реле-Чебоксары”. В качестве электронных осциллографов используются быстродействующие аналоговые регистраторы событий (БАРС) разработки ВЭИ, производства ЧПЗ “Элара”. Кроме того, используются контроллеры “Ломиконт” Л-110 производства АО “Электроприбор”, контроллеры ТСМ-51 (разработка и производство АО “Текон”).
С АСУ ТП тепломеханического оборудования особых проблем не возникало: уже имелся большой опыт внедрения такой системы на блоке № 1, однако здесь была реализована новая версия фирменного программного обеспечения, что позволило улучшить информационный обмен сетевых устройств.
Сложной задачей явилось создание АСУ ТП электротехнического оборудования.
На ТЭЦ-27 была сформирована группа АСУ электротехнического оборудования, в которую вошли специалисты цеха АСУ и электрического цеха ТЭЦ, службы РЗА Мосэнерго, специалисты института Мосэнергопроект и НИИТП, и предприятия Электроцентроналадка. Работа этой группы была направлена на проработку вариантов реализации АСУ ТП электротехнического оборудования и подготовку в кратчайший срок технического задания на разработку интегрированной АСУ, включающей в себя и АСУ ТП электрической части.
Был окончательно определен объем оборудования энергоблока № 2, оснащавшегося средствами “АББ Реле-Чебоксары”: генератор 110 МВт, трансформатор связи 110 МВ А и трансформатор с.н. 25 МВ А, ВЛ 220 кВ - 4 шт., КРУ 10 кВ - 24 ячейки, КРУ 6 кВ - всего 50 ячеек, защиты ШСВ на ГРУ 10 кВ - всего 104 защитных терминала.
Здесь необходимо отметить, что микропроцессорные защитные терминалы при всей их важности не могут составлять основу современной АСУ электротехнического оборудования электростанции по следующим причинам:
- Имеется большое число сигналов, не связанных напрямую с защитами, но необходимых эксплуатационному персоналу электростанции: состояние коммутационных аппаратов, выключателей, линейных разъединителей и заземляющих ножей, состояние традиционных средств РЗА, положение ключей управления и др. Эти сигналы должны поступать в систему независимо от состояния электрооборудования и защит. Число сигналов столь велико, что ввести их в защитные терминалы, используя резервные входы, невозможно, а применение для этой цели специализированных средств существенно увеличивает стоимость.
- Сами сетевые системы, обслуживающие только защитные терминалы, как правило, не рассчитаны на передачу больших информационных потоков и имеют неудовлетворительные для полномасштабной АСУ временные характеристики при передаче сигналов управления, аналоговых измерений и др.
- Точность аналоговых каналов, используемых для защит; как правило, недостаточна.
По этим причинам все управление, контроль и блокировки в АСУ электрической части ТЭЦ-27 были реализованы на средствах ПТК “КВИНТ”.
В ноябре 1998 г. энергоблок № 2 был пущен в работу вместе с полномасштабной интегрированной АСУ ТП тепломеханического и электротехнического оборудования.
Некоторые подсистемы, входящие в АСУ ТП (такие, как АСУ ЦНС, ГРП, ХВО, подсистема электрических защит), имеют разные средства технологического программирования, несовместимые коммуникации и средства верхнего уровня, которые не взаимодействуют друг с другом и с ПТК “КВИНТ”. Для интеграции подсистем в базовую систему ПТК “КВИНТ” специалистами НПК “Дельфин-Информатика” по предложению и с участием ТЭЦ-27 были разработаны резидентные шлюзы.
Образно говоря, резидентный шлюз преобразует информацию между ПТК “КВИНТ” и подсистемой таким образом, что “КВИНТ” “видит” подсистему как один из своих “Ремиконтов”, а подсистема, в свою очередь, не видит верхнего уровня “КВИНТ” с его операторскими и другими станциями, а просто передает информацию в знакомом ему протоколе. Благодаря специальному программному обеспечению резидентных шлюзов все сигналы от подсистем (включая сигналы о неисправностях) в ПТК “КВИНТ” неотличимы от сигналов, генерируемых контроллерами “Ремиконт”.
Таким образом, хотя отдельные подсистемы реализованы на различных программно-технических средствах, их нельзя рассматривать как обособленные локальные АСУ ТП технологических объектов. Все эти подсистемы интегрированы в единую АСУ ТЭЦ и обеспечивают получение любой информации, входящей в ИАСУ, на любом рабочем месте.
Основные преимущества такого подхода:
интеграция различных программно-технических средств (как правило, контроллерный уровень) в базовый ПТК. Например, контроллеры ТКМ, “Ломиконт”, БАРС, подсистема электрических защит АББ используются в базовом ПТК “КВИНТ” аналогично собственным контроллерам Р-200;
интеграция локальных подсистем (ХВО, блоки 1, 2, электротехнической части и др.) в единую АСУ ТП станции, что позволяет организовать АРМ руководителей, в том числе, АРМ НСС;
многоуровневая система реализации задачи (частично на различных уровнях АСУ ТП, частично в АСУ П с использованием как конечных, так и промежуточных расчетов для реализации других задач АСУ ТП и АСУ П). Например, расчет ТЭП станции, включая оперативные ТЭП;
использование информации как АСУ ТП для реализации задач АСУ П (например, рабочие места начальников цехов, специалистов), так и информации АСУ П для реализации задач АСУ ТП (например, нормативно-справочная информация по оборудованию, бланки, программы переключений
и др.);
однократный ввод сигналов, использующихся несколькими подсистемами (за исключением необходимого дублирования), что позволяет сократить число датчиков и повысить надежность.
