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N-TRON 工业以太网交换机在火电厂的应用

--N-TRON 工业以太网交换机在火电厂的应用

供稿:北京恩盛创合电气自动化工程技术有限公司 2011/8/24 13:16:00

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火力发电厂简称火电厂,是一个能源转化的工厂。它把煤、石油、天然气等一次能源-化学能,转化成通用性广、效率高的二次能源-电能。产品(电能)无法储存,发电、供电和用电同时完成,而且要求速度快、质量高。按其功用可分为两类,即凝汽式电厂和热电厂。前者仅向用户供应电能,而热电厂除供给用户电量外,还向热用户供应蒸汽和热水,即所谓的“热电联合生产”。

一、火电厂系统构成
    从功能划分有:燃料供给系统、给水系统、蒸汽系统、冷却系统、电气系统、辅助处理设备。从设备划分有:主机—锅炉、汽轮机、发电机;辅机—输煤、水处理、灰渣。锅炉的任务是生产蒸汽,即把煤、油等燃料的化学能转化成具有一定压力和温度的蒸汽的热能;汽轮机把蒸汽的热能转化成机械能;而发电机则把机械能转化成电厂的最终产品-电能。
1.1 火力发电原理
    火力发电一般是指利用石油、煤炭和天然气等燃料燃烧时产生的热能来加热,使水变成高温、高压水蒸气,然后再由水蒸气推动发电机来发电的方式的总称。火力发电根据使用的燃料不同,可分为石油火力发电、煤炭火力发电和液化天然气火力发电等种类。
    大型火电厂为提高燃煤效率都是燃烧煤粉。用输煤皮带从煤场运至煤斗中送至磨煤机内磨成煤粉。磨碎的煤粉由热空气携带经排粉风机送入锅炉的炉膛内燃烧。煤粉燃烧后形成的热烟气沿锅炉的水平烟道和尾部烟道流动,放出热量,最后进入除尘器,将燃烧后的煤灰分离出来。洁净的烟气在引风机的作用下通过烟囱排入大气。助燃用的空气由送风机送入装设在尾部烟道上的空气预热器内,利用热烟气加热空气。这样,一方面除使进入锅炉的空气温度提高,易于煤粉的着火和燃烧外,另一方面也可以降低排烟温度,提高热能的利用率。从空气预热器排出的热空气分为两股:一股去磨煤机干燥和输送煤粉,另一股直接送入炉膛助燃。燃煤燃尽的灰渣落入炉膛下面的渣斗内,与从除尘器分离出的细灰一起用水冲至灰浆泵房内,再由灰浆泵送至灰场。
    在除氧器水箱内的水经过给水泵升压后通过高压加热器送入省煤器。在省煤器内,水受到热烟气的加热,然后进入锅炉顶部的汽包内。为使蒸汽在凝汽器内凝结成水,还必须不断用循环水泵将冷却水送入凝汽器中的冷凝管内进行热交换,这就又形成一个冷却水系统。冷却水或直接来自江、河、湖泊并排放入江、河、湖泊,或在冷却塔式喷水池中与大气进行热交换以重复使用。在锅炉炉膛四周密布着水管,称为水冷壁。水冷壁水管的上下两端均通过联箱与汽包连通,汽包内的水经由水冷壁不断循环,吸收着煤爱燃烧过程中放出的热量。部分水在冷壁中被加热沸腾后汽化成水蒸汽,这些饱和蒸汽由汽包上部流出进入过热器中。饱和蒸汽在过热器中继续吸热,成为过热蒸汽。过热蒸汽有很高的压力和温度,因此有很大的热势能。具有热势能的过热蒸汽经管道引入汽轮机后,便将热势能转变成动能。高速流动的蒸汽推动汽轮机转子转动,形成机械能。
    汽轮机的转子与发电机的转子通过连轴器联在一起。当汽轮机转子转动时便带动发电机转子转动。在发电机转子的另一端带着一太小直流发电机,叫励磁机。励磁机发出的直流电送至发电机的转子线圈中,使转子成为电磁铁,周围产生磁场。当发电机转子旋转时,磁场也是旋转的,发电机定子内的导线就会切割磁力线感应产生电流。这样,发电机便把汽轮机的机械能转变为电能。电能经变压器将电压升压后,由输电线送至电用户。释放出热势能的蒸汽从汽轮机下部的排汽口排出,称为乏汽。乏汽在凝汽器内被循环水泵送入凝汽器的冷却水冷却,从新凝结成水,此水成为凝结水。凝结水由凝结水泵送入低压加热器并最终回到除氧器内,完成一个循环。在循环过程中难免有汽水的泄露,即汽水损失,因此要适量地向循环系统内补给一些水,以保证循环的正常进行。高、底压加热器是为提高循环的热效率所采用的装置,除氧器是为了除去水含的氧气以减少对设备及管道的腐蚀。
二、火电厂中的网络系统
2.1 网络系统构成
2.11 厂级信息系统(MIS)
    MIS(ManagementInformation System)系统即厂级管理信息系统,主要为全厂经营管理提供信息服务。其主要功能有办公自动化、文件服务、信息发布、财务管理、物资管理、设备管理ERP 、等,主要特点是信息流量大,对信息的实时性要求不高,对网络设备的可靠性以及网络系统的可用性要求不高。网络结构多为星型或树型,一般无冗余要求,网络设备一般选用商用级设备,信息中心采用核心交换设备,另配专用路由器以及防火墙连接到广域网,下层节点采用桌面式交换设备。一般有专用设备间放置交换设备。MIS 系统在火电厂的归口管理单位是厂信息中心。信息中心负责对MIS 系统的规划、实施、运行维护。
2.12 实时信息系统(SIS)
    SIS(Supervisor Information System)系统即厂级实时信息系统。SIS 系统的主要功能是将生产过程中的实时信息进行整理和加工,实现生产实时信息和管理信息的共享,为发电厂的生产经营决策提供依据,提高发电厂的综合经济效益。主要实现发电厂的生产过程实时监控、机组性能机经济指标分析、机组优化运行能功能。SIS 系统的实现主要是通过网络、实时数据库等技术将生产现场的数据加以收集和整理,主要收集的信息有:主机系统的生产运行信息(从DCS 系统收集)、辅机系统的实时信息(主要从辅控系统收集)、其它系统的信息。
2.13 分布式控制系统(DCS)
    DCS(DistributedControl System)系统即分散控制系统。随着中国电力的发展,电力企业对自动化程度要求越来越高。控制系统可以对整个生产过程进行控制和自动调节,根据不同情况协调各设备的工作状况,使整个电厂的自动化水平达到了新的高度。
Ⅰ.系统需求
    DCS系统主要功能是对发电厂的主机设备(锅炉设备、汽轮机设备、发电机设备)的运行情况进行实时监测和控制。要求网络设备具有良好的电磁兼容特性、抗震动冲击,组成实时、稳定、可靠的网络系统。
Ⅱ.系统组成
    一般包括的功能有:DEH(汽轮机电液控制系统)、DAS(数据采集系统)、MEH(给水泵
控制系统)、S C S(顺序控制系统)、B M S(锅炉燃烧器管理系统)、M C S(模拟量控制系统)、FSSS(炉膛燃烧安全监控系统)等。
Ⅲ.解决方案
    N-TRON系列工业以太网交换机,具有宽温适应范围,电磁兼容符合工业标准要求,高强度的抗冲击、抗震动和抗干扰能力,以及冗余电源输入和高达200万小时的MTBF,能够稳定地运行在严苛的工业现场环境。N-TRON独有的N-Ring组环技术,只需1台高级管理型交换机,配合N-TRON非管理/管理型交换机,即可创建30ms的快速自愈换,从而极大的加强了环网冗余的性能。选用9000系列千兆全管理交换机,组成千兆主干双环光纤网络,或作为双路星型网络的核心交换机;选配其他300、500、700、7000系列交换机应用于各个子系统进行监控。另外,N-TRON先进的N-ViewOPC管理软件,兼容于主流组态软件,方便对交换机和端口状况进行监控。N-TRON提供了丰富的冗余组网方式,为DCS系统提供了高可靠、高性能的通信保障,为用户带来了显著的经济效益,为保证电厂安全可靠运行,实现减人增效发挥重要作用。
2.15 其他系统
    根据各厂情况,一般这些系统还没有接入辅控网络,这些系统包括:脱硫系统:由于国家对环保的重视,估计未来的火电厂必须要求上脱硫系统。脱硫系统投资巨大,多采用DCS进行控制。
工业电视系统:对生产现场的一些重要位置进行监视。
空调系统:空调系统主要对分布于厂房内的空调进行集中控制。  
风机系统:风机系统主要对厂房内的引风机、送风机进行控制,目前应用不太多。
    工业以太网在火力发电厂中的应用,主要体现在DCS 系统和辅助车间的控制系统中,它大大提高了全厂的自动化生产水平,为电厂的减员增效及降低成本起到了很好的作用。同时,为电厂的辅控车间最后取消运行生产人员,达到无人值守提供了可能。应用N-TRON 系列工业以太网交换机能够轻松组建稳定可靠的网络系统。随着控制水平的不断发展,工业以太网的应用范围会越来越大,发展前途也会越来越广阔。

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