Описание технологического процесса систем тепловодоснабжения

1. Общая часть

1.1 Описание технологического процесса систем тепловодоснабжения

1.2 Характеристика технологического оборудования

1.3 Характеристика парового котла как объекта автоматизации

1.4 Выбор параметров контроля и управления

1.5 Характеристика системы управления

1.6 Определение классов пожаро — и взрывоопасных зон

2. Специальная часть

2.1 Автоматизированные системы управления контроля и учета электроэнергии. Ввод устройства сбора данных в работу

2.2 Выбор средств автоматизации

2.3 Разработка электрической принципиальной схемы логического блока

2.4 Выбор щита управления. Разработка общего вида щита

2.5 Разработка схемы защиты измерительных цепей

2.6 Разработка схемы внешних соединений

2.7 Разработка структурной схемы УСД

2.8 Расчетная часть

2.8.1 Расчет комплексного показателя уровня автоматизации

2.8.2 Расчет надежности схемы УСД

2.8.3 Оценка надежности системы проектирования

3. Организация производства

3.1 Режим работы. Баланс рабочего времени одного среднесписочного рабочего

3.2. Организация ремонта оборудования. График планово — предупредительного ремонта

3.3 Расчет численности рабочих

4. Расчет себестоимости производства одного киловатт-час электроэнергии

4.1 Производственная программа

4.2 Расчет плановых капитальных затрат

4.3 Расчет плановых годовых текущих затрат

4.4 Расчет калькуляции себестоимости производства одного киловатт-час электроэнергии

5. Охрана труда, техника безопасности и противопожарная техника

5.1 Охрана труда и техника безопасности при эксплуатации электроустановок

5.2 Правила безопасной эксплуатации приборов и средств автоматизации

5.3 Мероприятия по охране окружающей среды Список литературы

Под термином «Автоматизация» понимается применение технологических средств, экономико-математических методов и систем управления, освобождающих человека частично или полностью от непосредственного участия в процессах получения, преобразования, в передаче и использовании энергии, материалов или информации.

Автоматизация предприятия, в случае системы учета электропотребления ТЭЦ АО «ССГПО», приводит к улучшению основных показателей эффективности использования электроэнергии: снижению количества, улучшению качества и снижению себестоимости потребления энергии, повышению производительности труда энергодиспетчеров и операторов. Внедрение специальных автоматических устройств способствует безаварийной работе оборудования, исключает случаи травматизма, предупреждает загрязнение атмосферного воздуха и водоемов промышленными отходами. Также, внедрение автоматических устройств обеспечивает высокое качество выпускаемой продукции, сокращение брака и отходов, уменьшение затрат сырья, уменьшение численности основных рабочих. Целью создания системы управления электропотребление электроэнергии является:

1. Снижение удельных расходов электроэнергии на производство продукции;

2. Рациональное использование электроэнергии технологическими службами подразделений;

3. Правильное планирование потребления электроэнергии;

4. Контроль потребления и удельных расходов электроэнергии на единицу выпускаемой продукции в режиме реального времени.

На предприятии АО «ССГПО» ведется ежесуточный учет электропотребления основного производства, который позволяет оперативно оценивать и вносить корректировки.

Для каждого подразделения рассчитывается распределение лимита на потребление электроэнергии. Для учета электроэнергии, потребляемой подразделениями АО «ССГПО» внедрена система КТС «Энергия», которая позволяет видеть как текущие значения потребления электроэнергии, так и суточные значения потребляемой электроэнергии по подразделения и АО «ССГПО» в целом.

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1 Описание технологического процесса систем тепловодоснабжения

В качестве топлива на ТЭЦ применяется Экибастузский уголь, который после размола в пыль транспортируется к горелкам котла.

Энергетические котлы имеют растопочное топливо — мазут, которое доставляется на станцию в железнодорожных цистернах (15). Проектом предусмотрена возможность снижения природного газа. Природный газ поступает на ТЭЦ из магистрального газопровода через газорегулировочный пункт (22), где производится учет расхода и понижения давления газа до рабочего, при котором он транспортируется в котельный цех на энергетические и водогрейные котлы. При сжигании топлива (угля, мазута) образуется шлак и зола. Шлак сбрасывается под топку, а зола дымовыми газами выносится в газовый тракт котла, поступает в мокрые золоуловители (55) с трубами «Вентури», где улавливается, смывается водой в каналы гидрозолоудаления (58), в эти каналы поступает и шлак.

Золошлаковая смесь по каналам гидрозолоудаления (ГЗУ) транспортируется смывной водой в зумф багерных насосов (59), которые перекачивают ее на золоотвал (60), расположенный в 8,5 км от ТЭЦ на северо-востоке, в районе поселка Васильевка. На золоотвале золошлак осаждается, а осветленная вода возвращается в систему гидрозолоудаления ТЭЦ насосами осветленной воды (61). Продувочная вода золоотвала сбрасывается на Васильевский испаритель-накопитель.

Поступающая в энергетический котел (14) питательная вода подогревается в водяном экономайзере (38) до температуры насыщения в барабане котла, поступает в барабан (39), где происходит сепарация пара из пароводяной смеси. Пар далее направляется в пароперегреватель (40), а вода из барабана возвращается по водоопускным трубам в нижние коллекторы экранных труб. По экранным трубам, омываемым дымовыми газами, пароводяная смесь опять поступает в барабан (котлы с естественной циркуляцией). Перегретый пар после пароперегревателя (40) подается на турбину (24), Где на решетках и рабочих лопатках происходит преобразование тепловой энергии пара в кинематическую энергию вращения турбин. Пройдя проточную часть турбины, ст. № 3, пар направляется в коллектор 1,2 для подогрева сетевой воды в бойлерах. Часть пара после турбин ст.№ 1,2 поступает в конденсатор турбины (31), где охлаждается циркуляционной водой, транспортируемой из градирни (62) (техническое оборотное водоснабжение) циркуляционными насосами (49). Из конденсатора турбины конденсат конденсатным насосом (32) прокачивается через подогреватели низкого давления (34) системы регенерации в деаэраторы (35). Из деаэратора питательным насосом (36) питательная вода через подогреватели высокого давления (37), подается в экономайзер энергетических котлов. Греющей средой регенеративных подогревателей является пар нерегулируемых отборов турбин (на ПВД, ПНД, деаэраторах). Отпуск тепла с паром потребителем осуществляется из редукционно-охладительной установки РОУ — 100/8−13.

Отпуск тепла с горячей водой на отопление и горячее водоснабжение производится из теплофикационных отборов турбин и вторичным паром испарителей. Вторичный пар испарителя направляется в коллектор 1,2 для восполнения пароводяных потерь в цикле станции. Турбогенератор включен блоком с трансформатором связи и отпайкой с шинами ГРУ-6 кВ (главное распределительное устройство) для обеспечения электрических собственных нужд станции, а потребителем — через ОРУ — 110 кВ по ниткам 35 кВ и 110 кВ.

1.2 Характеристика технологического оборудования

Основным электрическим оборудованием, обеспечивающим передачу и распределение электроэнергии от электрических станций к потребителям, являются силовые трансформаторы, с помощью которых осуществляется необходимое повышение или понижение напряжений.

В схемах предусмотрены токоведущие части высоковольтного оборудования — это шины с изоляторами и высоковольтные кабели (изоляторы и линейные вводы, проходные изоляторы, маслонаполненные линейные вводы, разъединители, плавкие предохранители, выключатели и т. д.) Для наружных и внутренних электроустановок напряжением 0,38−500 кВ применяются трансформаторы напряжения, предназначенные для включения катушек напряжения измерительных приборов и аппаратов защиты, измерения и контроля напряжения, а также, для отделения цепей измерительных приборов и аппаратов защиты от сети высокого напряжения.

Для ограничения тока короткого замыкания предназначены реакторы, а для защиты электроустановок от перенапряжений служат разрядники. Также применяются синхронные генераторы и синхронные компенсаторы.

Характеристика генераторов:

1 ТЭВ-63_2УЗ (1981 г.) — активная мощность 63 000 кВт, коэффициент мощности -0,8, напряжение статора — 6300 В, ток статора 7230 А, частота вращения ротора -3000 об/мин, ток ротора — 1650, напряжение возбуждения — 280 В, частота — 50 Гц, соединение фазовой обмотки — треугольник.

2 ТЗВ-63_2УЗ (1978 г.) — параметры такие же, как и у генератора ТЭВ-63 2УЗ.

3 ТВС-30−2 (1964) — Р=30 000 кВт, соединение обмоток статора — треугольник, частота вращения ротора — 3000 об/мин, частота — 50 Гц.

4 ТВС-32 (2002 г.) — Р=30 000 кВт, напряжение статора — 6300 В, ток статора — 3440 А, коэффициент мощности — 0,8, соединение обмоток статора — треугольник; напряжение возбуждения — 220 В (ток -400А).

Трансформаторы связи:

1 ТДНТ-63 000/110 (1979 г.) группа соединения обмоток номинальная мощность обмоток: ВН 110 000В-63 000 кВА; СН-35 000 В-63 000 кВА; НН 6000 кВА; U_кз; ВН-СН-17,4%; ВН-НН-9,93%; СН-НН-6,45%.

2 ТДТН-63 000/110 (1978 г.) U_кз: ВН-СН-17,82%; ВН-НН-10,36%; СН-НН-6,56%.

3 ТДТНГ-60 000/110 (1964 г.) Схема соединения, номинальная мощность обмоток: ВН=СН=НН=60 000 кВА. U_кз:ВН-СН-17,2%; ВН-НН-10,4%; СН-НН-6,52%.

Турбогенераторы: В эксплуатации 5 турбогенераторов № 1,2,3 типа ТЗВ-63−2УЗ на водяном охлаждении; № 4,5 типа ТВС-30, ТВС-32 — на воздушном охлаждении.

Трансформаторы:

На территории открытого распределительные устройства ОРУ-110кВ установлены 3 трехобмоточных трансформатора связи С1Т, С2Т, С3Т.

Трансформаторы связи № 1,2 (С1Т, С2Т) типа ТДТН-63 000/110.

Трансформатор связи № 3 (СЗТ) типа ТДНТГ-60 000/110.

Два разделительных трансформатора № 1,2 наружной установки для питания закрытого распределительного устройства РРУ-6 кВ. Трансформатор № 1 типа ТМ-7500/35, трансформатор № 2 типа ЬМ-10 000/35. Для питания потребителей собственных нужд напряжением 0,4 кВ установлены трансформаторы мощностью от 180 до 1000 кВА.

Теплофикационные турбогенераторы:

1 Паровая турбина Р-42−90/1, 4 № 1 — электрическая мощность=42 000

кВт/ч, тепловая-116,6 Гкал/ч.

2 Паровая турбина Т-50/25−90№ 2 электрическая мощность=50 000 кВт/ч, тепловая-97,6 Гкал/ч.

3 Паровая турбина ПР-31−90/10/1,4 № 3 электрическая мощность=31 000 кВт/ч, тепловая -109,8 Гкал/ч.

1.3 Характеристика парового котла как объекта автоматизации

Главной задачей при разработке системы управления является выбор параметров, которые должны участвовать в управлении, и с изменением которых в объект будут поступать возмущающие воздействия. Необходимо также определить критерии управления для проектируемой системы.

Для того, чтобы выявить основные параметры контроля и регулирования в системе автоматизации необходимо разработать блок схему типовых воздействий на проектируемый объект управления (см. рис.1).

Автоматизация системы учета электропотребления на ТЭЦ. Объектом управления является теплоэлектроцентраль. Основной принцип управления на данном объекте — контроль параметра по результатам разработки блок схемы типовых воздействий. В дальнейшем будут выбраны параметры контроля, регулирования, главные регулируемые величины и регулирующие воздействия.

В системе электроснабжения предприятия объектом управления является ТЭЦ города Рудного. Теплоэлектроцентрали снабжают потребителей электрической и тепловой энергией, располагаются в районе их потребления. Также, ТЭЦ вырабатывает электроэнергию и для собственных нужд.

Основной принцип в данном объекте — по возмущению, так как увеличение количества потребляемой электроэнергии приводит к изменению частоты вращения вала турбогенератора.

Для того, чтобы количество электроэнергии увеличивалось или уменьшалось, в зависимости от потребления электроэнергии, изменяется количество подаваемого пара в турбину.

Для компенсации возмущающего воздействия, т. е. изменения частоты вращения вала турбогенератора, используется система автоматического регулирования (САР).

Для учета электроэнергии, потребляемой подразделениями АО «ССГПО» внедрена система КТС «Энергия», позволяющая видеть как текущие значения потребления электроэнергии, так и суточные значения потребляемой электроэнергии по подразделениям и АО «ССГПО» в целом.

Z₁ Z₁₂

X₁ Y₁

ТОУ;

теплоэлектроцентраль

X₂₄ Y₆

Рисунок 1 Блок-схема типовых воздействий

Х₁ — установленная мощность турбогенераторов, 175 МВт

Х₂ — расход пара турбогенератора (ТГ), 250−270 т/ч

Х₃ — давление пара ТГ, 8,8−9,2 МПа

Х₄ — температура пара на ТГ, (490−510)?510°С

Х₅ — частота ТГ, f=50 Гц

Х₆ — мощность 1 ТГ, кВА?35МВА

Х₇ — скорость вращения ТГ, 3000−3120 об/мин

Х₈ — производительность котла, 220 т/ч

Х₉ — температура питающей воды, 215°С

Х₁₀ — давление в котле, 11,4 МПа

Х₁₁ — температура впрыска, 412°С

Х₁₂ — температура после регулятора, 409°С

Х₁₃ — давление воздуха на горение после вентилятора, 125 кГс/м²

Х₁₄ — разряжение воздуха в топке, 2,5 кГс/м²

Х₁₅ — заданный уровень воды в барабане котла (ср.) — ±10 см (от нормы)

Х₁₆ — расход газа на топку, м³

Х₁₇ — температура на выходе из подтопка экономайзера, 197°С

Х₁₈ — расход питательной воды, т/ч (зависит от производительности)

Х₁₉ — температура после экономайзера, 347°С

Х₂₀ — частота вращения ротора турбины, 3000 об/мин

Х₂₁ — активная мощность на выходе, 63 000 кВт

Х₂₂ — напряжение статора, 6300В

Х₂₃ -ток ротора, ток статора соответственно, 1650А, 7230А

Х₂₄ — напряжение возбуждения, 280 В

Y₁ — давление пара на выходе, 11,5 кГс/м²

Y₂ — температура пара на выходе:

А) на турбину — 510°С

Б) потребителю — 270°С

Y₃ — уровень воды в барабане котла, см

Y₄ -температура воды потребителя, 215°С

Y₅ — производительность котла по воде, 210 т/ч

Y₆ — расход пара на турбогенератор, 250−270 т/ч

Z₁ — изменение давления воздуха на горение после вентилятора

Z₂ — изменение расхода газа на топку

Z₃ — изменение температуры на выходе их подтопка экономайзера

Z₄ — изменение расхода питательной воды

Z₅ — температура после экономайзера (ее отклонение)

Z₆ — изменение частоты вращения вала турбины

Z₇ — погодные условия

Z₈ — перенапряжения

Z₉ — увеличение значения тока

Z₁₀ — в сетях переменного тока — короткое замыкание

Z₁₁ — в сетях постоянного тока — пробой изоляции

Z₁₂ — изменение частоты (повышение (до49Гц) или понижение (до47,5Гц)

1.4 Выбор параметров контроля и управления

Система управления должна обеспечить достижение цели управления за счет заданной точности технологических регламентов в любых условиях производства при соблюдении надежной и безаварийной работы оборудования, требований взрывои пожароопасности.

Целью управления электропотреблением является: снижение удельных расходов электроэнергии на производство продукции; рациональное использование электроэнергии технологическими службами подразделений; правильное планирование потребления электроэнергии; контроль потребления и удельных расходов электроэнергии на единицу выпускаемой продукции в режиме реального времени.

Главной задачей при разработке системы управления является выбор параметров, участвующих в управлении, то есть тех параметров, которые нужно контролировать, регулировать и анализируя изменение значений которых можно определить предаварийное состояние технологического объекта управления (ТОУ) — ТЭЦ.

Успешному достижению цели управления способствует правильный выбор автоматических устройств для реализации цели управления.

Контролю подлежат те параметры, по значениям которых осуществляется оперативное управление технологическим процессом (ТП), а также пуск и останов технологических агрегатов.

В проектируемой системе такими параметрами являются:

— частота до заданного значения (47,5 Гц);

— значение тока; (ротора и статора);

— активная мощность;

— напряжение постоянного тока;

— установленная мощность турбогенераторов (ТГ);

— расход пара ТГ;

— давление пара ТГ;

— температура пара на ТГ;

— скорость вращения ТГ;

— частота вращения ротора турбины;

— напряжение статора;

— напряжение возбуждения;

— давление пара на выходе;

— температура пара на выходе:

а) на турбину,

б) потребителю.

1.5 Характеристика системы управления

На ТЭЦ имеется ряд распределительных устройств, в частности ОРУ 110 кВ, на которой находится 2 трансформатора связи типа ТДТН-63 мВА, диспетчерское наименование (С1Т, С2Т) и третий трансформатор связи типа ТДТНГ-60 мВА (С3Т). Трансформаторы связи имеют 3 обмотки: обмотка 110 кВ соединение «звезда» с заземленной нейтралью и обмотка 6 кВ соединение «треугольник».

Электростанция связана с энергосистемой тремя воздушными линиями 110 кВ, которые идут на Сарбайскую подстанцию 220 кВ. Для выработки электроэнергии на подстанции установлено 3 генератора: 2 сепаратора типа ТЭВ-63−2УЗ с номинальной активной мощностью 63 мВт и третий генератор типа ТВС-30 с номинальной активной мощностью 30 мВт.

Электрическая схема работы станции построена по блочному типу, т. е. генератор, вырабатывающий электроэнергию, работает блоком с трансформатором связи. Вырабатываемая генератором электроэнергия через масляный выключатель поступает на обмотку трансформатора связи 6 кВ. Далее электроэнергия трансформируется трансформатором связи с обмотки 110 кВ через масляный выключатель поступает по воздушной линии на Сарбайскую подстанцию. С обмотки 35 кВ электроэнергия поступает в 3РУ 35 кВ, которая имеет 1 и 2 системы шин, с 3РУ 35 кВ запитываются потребители электроэнергии РТЭЦ 35 кВ.

Фидер 1- трикотажная фабрика; Ф3 — узловая; Ф5, Ф7- город; Ф9; Ф11; Ф13; Ф15 -ССГПО. Для питания потребителей 6 кВ и схемы соединения собственных нужд, от каждого блока выведены отпайки, через которые запитываются главные распределительные устройства 6 кВ (ГРУ 6,3 кВ). С ГРУ 6,3 кВ запитаны различные распределительные устройства (РРУ). С РРУ 6 кВ питаются потребители 6 кВ ТЭЦ: РП РЖКХ; РПР промбаза: ССГПО.

Учет и контроль электроэнергии производятся расчетным и техническим (контрольным) учетом для денежного расчета за электроэнергию и для контроля расхода электроэнергии электростанций, подстанций, предприятий и т. д. соответственно.

Учет электроэнергии производится с помощью системы КТС «Энергия», структурная схема которой приведена ниже (рис.2).

Рисунок 2 Структурная схема системы КТС «Энергия»

Система выполняет функции:

1. Планирование электроэнергии по АО «ССГПО». Планирование распределения лимитов электропотребления цехами объединения. Планирование суточного расхода электроэнергии подразделениями.

2. Учет и анализ фактического потребления электроэнергии и фактических удельных норм потребления электроэнергии подразделениями.

3. оперативный контроль наличия напряжения на сетях 110/35 кВ внешнего электроснабжения АО «ССГПО».

4. оперативный учет потребления электроэнергии в целом АО «ССГПО» по сетям 110/35 кВ.

5. Снижение расхода электроэнергии на единицу продукции.

И другие функции

1.6 Определение классов пожарои взрывоопасных зон

Расположение оборудования и коммуникаций ТОУ должны предусматривать их безопасное обслуживание и соблюдение требований действующих нормативных документов при эксплуатации. Общая компоновка проектируемой системы должна быть приведена в соответствие среды обслуживания к пожаро-взрывобезопасности и обеспечивать безопасные условия эксплуатации приборов и средств автоматизации. Оборудование должно безотказно работать в установленный межремонтный период. Технологическая схема объекта автоматизации должна быть составлена таким образом, чтобы он был разбит на зоны таким образом, чтобы была возможность воздействия на характеристики оборудования, и был обеспечен доступ человека к местам установки приборов, запорных устройств и регулирующих органов. Учет указанных условий окружающей среды поможет правильно выбрать приборы и средства автоматизации в проектируемой системе по исполнению, в результате чего будет спроектирована безопасная, надежная и экономически эффективная система учета электропотребления на ТЭЦ. Среда эксплуатации проектируемой системы характеризуется как: влажная, с выделением тепла и шума.

Таблица 2 Характеристика пожаровзрывоопасных зон

2 СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Автоматизированные системы управления контроля и учета электроэнергии. Ввод устройства сбора данных в работу

Автоматические системы управления применяют на электростанциях и в системе энергоснабжения предприятий с большой потребляемой мощностью. Поступающая в ВМУ информация обрабатывается и используется для отключения и включения источников питания, регулирования нагрузок отдельных потребителей предприятия и выдачи о них соответствующих данных (мощности, энергии, напряжений и др.), автоматической регистрации основных параметров системы электроснабжения в эксплуатационном журнале, для предупреждающей и аварийной сигнализации. Основным достоинством вычислительных машин управления (ВМУ) перед системой с релейным управлением и защитой является большой объем выполняемой ими информации в сочетании с быстродействием, определяемым временем в несколько миллисекунд.

Система может применяться:

А) на промышленных предприятиях с присоединенной мощностью 750кВ•А и выше, рассчитываемой за потребляемую электроэнергию по двухставочному и дифференцированному тарифу;

Б) на электростанциях и подстанциях при организации учета и выработки энергии:

В) на предприятиях Энергонадзора при организации сбора информации о выработке и потреблении электроэнергии и введении ограничений на электропотребление;

Г) на АСУ предприятий, объединений и отрасли.

Включение УСД в работу производится в следующей последовательности:

А) подать напряжение питания сети (220+22−33) В на УСД;

Б) при использовании счетчиков СИ-206 подать на них напряжение 12 В (24 В) согласно паспорту счетчика;

В) включить измерительные преобразователи с унифицированным сигналом постоянного тока.

Выключение УСД происходит в обратной последовательности.

После подачи напряжения питания на УСД по индикатору убедиться в прохождении тестов 1−9. При ошибочном завершении какого-либо теста, цифра с его номером периодически высвечивается на индикаторе. При правильном завершении всех тестов УСД начинает передавать информацию в систему энергоучета (периодическое высвечивание светодиодов «1» и «2») и на счетчике импульсов СИ-206. При обрыве линии связи с системой энергоучета светодиоды не светятся.

Перед включением УСД в работу необходимо его проверить. При проверке УСД должны производиться следующие операции:

1) внешний осмотр.

При этом должно быть установлено отсутствие механических повреждений, которые могут повлиять на его работу;

2) проверка сопротивления электрической изоляции.

Сопротивление изоляции измеряется мегомметром Ф4101;

3) опробирование.

Опробирование УСД производится путем самотестирования с помощью тестов 1−9;

4) определение основной приведенной погрешности УСД.

Для определения основной приведенной погрешности устанавливаем напряжение источника питания 64(12+1,2)В или (24+2,4−3,6)В, в зависимости от применяемого счетчика. Подаем питающее напряжение на УСД и убеждаемся в прохождении тестов.

Подготавливаем систему ИИСУЭЗ-64. Занести с пульта оператора системы массив констант, указанных в паспорте на конкретное УСД. На выход поверяемых контактов подать ток от источников калиброванного тока. Величина тока, подаваемого на каждый канал, указывается в паспорте на конкретное УСД для первой поверяемой точки. В момент отсутствия подачи данных УСД 9 неизменное состояние светодиодов «1» и «2» произвести запуск системы. Через три минуты записать показания итоговых канальных ячеек системы и сравнить полученные значения с расчетными значениями выходной величины, указанной в паспорте на УСД. Устанавливая последовательно входные токи каналов, соответствующие следующим поверяемым точкам, снимать и записывать через три минуты показания итоговых канальных ячеек системы.

Устанавливаем входные токи каналов, соответствующие наибольшему значению. В момент отсутствия передачи данных произвести запуск системы. Через тридцать минут записать показания счетчиков импульсов.

За основную приведенную погрешность УСД принимают разность между полученными результатами и расчетными значениями входной величины, отнесенную к нормирующему значению выходной величины.

Величина основной приведенной погрешности определяется по формуле:

(1) [5]

где А_х — полученное значение выходной величины;

А_р — расчетное значение выходной величины;

А_н — нормирующее значение выходной величины.

УСД выдержал проверку, если величина основной погрешности не превышает ±1%.

УСД обеспечивает следующие виды расчетов:

1) расход сухого газа;

2) расход перегретого пара;

3) расход сухого насыщенного пара;

4) расход горячей воды (конденсата);

5) расход холодной воды;

6) расход тепловой энергии с паром и водой;

7) расход электрической энергии.

Для выполнения необходимого вида расчета заказчик заполняет карту заказа, в которой предоставляются предприятию — изготовителю исходные данные для изготовления УСД. На каждое УСД заполняется отдельная карта заказа.

2.2 Выбор средств автоматизации

Поступающая в энергетический котел 1 питательная вода подогревается в водяном экономайзере до температуры насыщения, поступает в барабан, где происходит сепарация пара из пароводяной смеси. Полученный пар направляется в паронагреватель и далее на турбину 2. Где происходит преобразование тепловой энергии пара в кинетическую энергию вращения турбины. Пройдя проточную часть турбины, часть пара поступает в коллектор для подогрева сетевой воды в бойлерах, а часть в конденсатор турбины 8, где охлаждается циркуляционной водой, транспортируемой из градирни 10. Из конденсатора турбины, конденсат конденсатным насосом 11 прокачиваются через подогреватели, деаэраторы и далее питательным насосом подается в экономайзер энергетических котлов.

Возможно, полная автоматизация работы котельной установки имеет очень большое значение для надежной и экономичной работы этой установки, а также электростанции в целом. Надежно работающая автоматика, немедленно реагируя на различные изменения, гораздо лучше поддерживает оптимальный режим работы оборудования, чем это может сделать обслуживающий персонал. Практика показала, что автоматизация установок при надлежащем ее выполнении значительно повышает среднегодовой КПД этих установок, а также надежность их работы.

Также автоматизация позволяет сократить оперативную загруженность персонала, связанную с выполнением однообразных действий по контролю и управлению, передав эти функции автоматике.

Теплоэнергетические установки, как объекты управления характеризуются следующими особенностями:

1) Значительные по амплитуде и длительные отклонения регулируемой величины от заданного значения не только ухудшают экономические показатели основного оборудования, но и также повышают вероятность его повреждения. Так повышение температуры перегрева пара выше заданного значения может привести к повреждению труб подогревателя.

2) Кратковременные, но значительные отклонения также могут привести к повреждению основного оборудования.

3) Незначительные, длительные и систематические отклонения регулируемой величины от заданного значения могут привести к ухудшению экономичности того или иного участка технологического процесса.

Автоматические устройства и приборы, реализующие функции управления должны выбираться по возможности в рамках Государственной Системы приборов с учетом сложности объекта, его пожаро-взрывоопасности, агрессивности и токсичности окружающей среды, вида измеряемого технологического параметра, расстояния от датчиков и исполнительных устройств до пунктов управления, требуемой точности и быстродействия, допустимой погрешности измерительных систем, место установки устройств, режима работы технологического оборудования и требований Правил установки электрооборудования. Предпочтение отдается однотипным централизованным и серийно выпускаемым устройствам, что упростит поставку и эксплуатацию системы управления.

В проектируемой системе учета электропотребления на ТЭЦ к выбору предлагаются приборы системы автоматизации контура управления учета электропотребления на ТЭЦ.

Для учета электропотребления в системе ТЭЦ применяется счетчик электроэнергии с датчиком для формирования импульсов и преобразования оборотов диска в импульсный сигнал. Сигнал с этого счетчика поступает на датчик Д 365 для контроля вырабатываемой и потребляемой активной мощности. Далее этот сигнал поступает на устройство сбора данных для обработки полученных данных и выдачи их в двухпроводную выдачи связи, технические характеристики (таблица 3), тип Е 441 М импульс переменного тока. Входной сигнал 1 мВ, напряжение питания 12 В; мощность 20 ВА. Далее сигнал поступает на ЭВМ, где при помощи программного обеспечения КТС «Энергия» полученная информация отражается в удобном для оператора виде.

Таблица 3 Технические характеристики

Сигнал со счетчика поступает на датчик, где обороты диска преобразуются в импульсный сигнал, и передается на устройство сбора данных.

Таблица 4 Технические характеристики

УСД Е443М предназначен для:

1) многофункционального преобразования входных токовых сигналов, пропорциональных параметрам газообразных или жидких энергосистем (температуры, давления, перепада давления на сужающем устройстве)

2) сбора данных от счетчиков электрической энергии, оснащенных передающими устройствами (ПУ) обработки этих данных и выдачу их в двухпроводную линию связи.

3) приема данных от цифровых измерительных приборов или датчиков телесигнализации в двухпроводную линию связи.

При разработке в автоматическом режиме УСДЕ443М предназначены для выдачи информации на счетчики импульсов (ГЧ лист 2).

С УСД сигнал подается на ЭВМ.

2.3 Разработка электрической принципиальной схемы логического блока

Основным назначением принципиальных схем является отражение с достаточной точностью, полнотой и наглядностью взаимной связи между отдельными приборами, средств автоматизации и вспомогательной аппаратуры, входящих в состав функциональных узлов систем автоматизации с учетом последовательности их работы и принципа действия. Эти схемы служат для изучения принципа действия системы автоматизации и необходимы при производстве наладочных работ в эксплуатации.

Принципиальные схемы являются основанием для разработки других документов проекта: монтажных схем и таблиц щитов и пультов, схем соединения внешних проводок, схем подключения и др.

Принципиальные схемы составляют на основании схем автоматизации, исходя из данных алгоритмов функционирования отдельных узлов контроля, сигнализации, управления и общих технических требований, предъявляемых к автоматизированному объекту.

В общем случае принципиальные схемы содержат:

1) условные изображения принципа действия того или иного функционального узла системы автоматизации;

2) поясняющие надписи;

3) части отдельных элементов (приборов, средств автоматизации, электрических аппаратов) данной схемы, используемые в других схемах, а также элементы устройств из других схем;

4) диафрагмы переключений контактов многопозиционных устройств;

5) перечень использованных в данной схеме приборов и средств автоматизации, аппаратуры;

6) перечень чертежей, относящихся к данной схеме, общие пояснения и примечания.

Принципиальные схемы систем контроля и управления по назначению подразделяются на схемы управления, технологического контроля и сигнализации, автоматического регулирования.

Принципиальные схемы по видам бывают: электрические, пневматические, гидравлические, комбинированные. В настоящее время широко применяют электрические и пневматические.

В данном дипломном проекте для изображения схемы электрической принципиальной принят адресный способ, который является более кратким, но удобным для монтажа и машинной обработки проектной документации.

Логический блок питается от блока питания БП напряжением плюс 5 В и имеет восемь входов от датчиков, по каждому из которых передаются импульсы, которые меняют состояние логических элементов D8, D9 с низкого на высокий уровень. Состояние на выходе логических элементов D8, D9 записывается триггерами D10-D13 и заносится в регистры D14-D16 по сигналу разрешения, который вырабатывается генератором тактовых импульсов, собранного на элементах D4.1-D4.3. От данного генератора работает счетчик D5, с выхода которого импульсы подаются на логические элементы D6.1, D6.3, которые производят параллельную запись информации с регистров D14- D16.

Элементы D6.2, D7.3 применяются в качестве задержки времени для прихода высокого уровня на вход V регистра, а затем на вход С₂ того же регистра.

После занесения информации в регистры D14-D16 происходит сброс триггеров D10-D13 по входу R (элементы D6.3, D7.2, D7.4).

Через линию опроса происходят импульсы опросы, через логический элемент D2.1 и R4 на RS — триггер. Затем импульс подается на логический элемент D4 для создания ответного импульса.

Элементы D19.1, D18.2, D19.2, D18.1, R18, R19, С22, С23, D18.3, D18.4, D17, D19.3, D2 служат для передачи данных транзитом.

На логических элементах D17, D2, D19.3 собрано устройство, которое позволяет разделять пакеты импульсов для совместной работы нескольких КП.

Информация с регистров D4-D16 перелается последовательно на логический элемент D4 (вывод 8). Одновременно на вывод 9 логического элемента D4 подается тактовый импульс с линии опроса через логические элементы D2.1-D2.3.

С вывода 10 логического элемента D4 импульсы поступают в блок гальванической разрядки ГР-3, где усиливаются и передаются в линию связи АСИ-2М (клемма 25а). Схема электрическая принципиальная логического блока (ГЧ лист 4).

2.4 Выбор щита управления. Разработка общего вида щита

Щиты представляют собой комплексное устройство, выполняющее функции постов управления и являющиеся связующим звеном между объектом управления и оператором. Для удобства управления, защиты приборов от механических повреждений комплекс технических средств в проектируемой системе предлагается разместить на щитах управления ГЩУ (главный щит управления), ЦТЩ1 и ЦТЩ2 (центральные щиты), информирующие операторов о состоянии всего технологического процесса, типа ЩПК-1 — щиты панельные с каркасом двухсекционные, эскиз которого изображен на рисунке 4. ЩПК-2-ЦТЩ-I-2200Ч1600-У4-IР00-ОСТ3613−76.

При выборе исполнения руководствовались следующими рекомендациями: щиты должны иметь климатическое исполнение у (умеренное), категорию размещения 4, стандартные щиты предназначены для эксплуатации в условиях окружающей среды с температурой от одного до тридцати пяти градусов Цельсия и влажностью не более восьмидесяти процентов. Пункт управления размещается в операторской. На щитах и панелях управления размещены электроизмерительные приборы для контроля вырабатываемой и потребляемой активной мощности типа Д365, Д305; для контроля тока Э421, Э8021, Э8025, Э8027, Э377, Э378, Э365.

Для размещения приборов на щите определены монтажные зоны щита, которые на рисунке изображены виде заштрихованных участков.

Компоновка аппаратуры, приборов, установочных изделий выполняется с учетом их конструктивных особенностей, функционального назначения, обеспечение удобства — монтажа и эксплуатации, размеров монтажных зон щита.

Приборы и средства автоматизации на чертеже общего вида щита изображены сплошными основными линиями, упрощенно в виде внешних очертаний. Нижнее функциональное поле предназначено для входного клеммника щита ХТ. Общий вид щита изображен на рисунке 5.

2.5 Разработка схемы защиты измерительных цепей

В схеме представлены линии ЛЭП-110 кВ; ЗРУ-35 кВ; ГРЧ-6 кВ. Рассмотрим ряд защит. Это защиты трансформаторов, линий, шин, генератора. К линиям подключаются измерительные приборы. Защита трансформаторов представлена в виде дифференциальной защиты, перегруза и максимальной токовой защиты (МТЗ).

Основными повреждениями трансформаторов являются многофазные и однофазные короткие замыкания в обмотках и на выводах трансформатора. Работа трансформаторов обусловлена внешними короткими замыканиями и перегрузками. В этих случаях в обмотках трансформатора появляются большие токи (сверхтоки). Особенно опасны токи, проходящие при внешних коротких замыканиях, эти токи могут значительно превышать номинальный ток трансформатора. В случае длительного прохождения тока возможны интенсивный нагрев изоляции обмоток и ее повреждение.

Перегрузка трансформаторов не влияет на работу системы электроснабжения в целом, так как она обычно не сопровождается снижением напряжения. Сверхтоки перегрузки невелики и их прохождение допустимо в течение некоторого времени, достаточно для того, чтобы персонал принял меры к разгрузке. Защита трансформатора от перегрузки при наличии дежурного персонала должна выполняться с действием на сигнал, без дежурного персонала. Защита выполняется на разгрузку или отключение.

Дифференциальная защита трансформатора выполняется быстродействующей, реагирующей на повреждения в обмотках, на выводах. Дифференциальная защита выполнена в виде токовой защиты с промежуточными насыщающими трансформаторами тока. Для выполнения защиты используются реле с НТТ типа РНТ-565. Защита основана на сравнении токов по концам защищаемого трансформатора.

Максимальная токовая защита является основной защитой трансформатора, действующей на отключение выключателя соответствующей стороны. МТЗ — это защита с выдержкой времени. Основные параметры защиты — это ток срабатывания защиты I_сз и время срабатывания защиты T_сз. МТЗ используется в качестве защиты от внешних коротких замыканий, но может и реагировать на внутренние короткие замыкания.

Основными повреждениями генераторов являются: прохождение сверхтоков при симметричной и несимметричной перегрузках: прохождение сверхтоков при внешних коротких замыканиях; повышение напряжения; асинхронный режим с потерей возбуждения; перегрузка обмотки ротора током возбуждения (для генераторов с непосредственным охлаждением проводников обмоток).

Максимальная токовая защита выполняется двухфазной двухрелейной и двухфазной однорелейной аналогично максимальной токовой защите линий. Чувствительность защиты считают достаточной, если при двухфазных коротких замыканиях на выводах одиночно работающего генератора коэффициент чувствительности К_ч?1,5.

В минимальной защите напряжения используются три минимальных реле напряжения, подключенных к трансформатору напряжения через автоматический воздушный выключатель. Чувствительность защиты проверяется при трехфазном коротком замыкании в конце зоны резервирования, при этом междуфазное напряжение в месте установки защиты должно быть таким, чтобы коэффициент чувствительности был не менее К_ч=1,2.

Продольная дифференциальная защита выполняется в виде двухфазной двухрелейной и трехфазной трехрелейной. Недостатком защиты в двухфазном исполнении является то, что она не может отключать двойные замыкания на землю, если одно из мест повреждения находится в сети генераторного напряжения, а второе — в фазе генератора, не имеющей трансформаторов тока. Чувствительность продольной дифференциальной защиты проверяют при двухфазном кратком замыкании на выводах генератора. При этом ток находят для двух возможных режимов: одиночно работающего генератора, когда ток к месту повреждения идет только от генератора; включения генератора в сеть методом самосинхронизации, когда к месту повреждения ток подходит только от сети.

Защита от замыканий на землю, на генераторах, работающих непосредственно на шины, в качестве защиты от замыканий на землю в обмотке статора используют токовую защиту нулевой последовательности, реагирующую на токи установившегося режима.

Под синхронизацией понимают процесс включения синхронной машины на параллельную работу с другой синхронной машиной или с энергосистемой. Процесс включения может быть полностью автоматизирован. Все операции при этом выполняются без вмешательства персонала. Сущность ее заключается в том, что во время включения генератора при скорости, близкой к синхронной, автомат гашения поля остается отключенным и обмотка ротора генератора оказывается замкнутой на разрядный резистор и отсоединенной от возбудителя. Таким образом, генератор включается в сеть невозбужденным. После включения выключателя генератора подается сигнал на включение автомата гашения поля, который подключает обмотку ротора к возбудителю. Генератор возбуждается и втягивается в синхронизм. Принципиальная схема защиты измерительных цепей (ГЧ лист 5).

2.6 Разработка схемы внешних соединений

Схемы внешних соединений приборов и средств автоматизации линиями связи, показывают характер соединений, их длину, маркировку, наличие промежуточных мест коммутации. Приборы и средства автоматизации соединяют между собой с помощью электрических линий связи. Схема внешних соединений представлена в виде отдельных прямоугольников с обозначением элементов схемы, связанных между собой электрическими соединениями с позиционными обозначениями и маркой кабелей.

Трансформатор тока и трансформатор напряжения соединятся с панелью ИУУ № 81 кабелями КВВГ 5Ч2,5 длиной 10 м позиционные обозначения 1 и 2.

Панель ИУУ № 81 соединена с панелью № 109 кабелем марки ТРП 20Ч0,35 длиной 10 м позиция 3, панель № 109 связана со щитом энергоучета УСД кабелем марки АТФРВ 15Ч2 длиной 4 м позиция 4. В свою очередь, информация со щита энергоучета УСД по кабелю АТФРВ 15Ч2 длиной 3000 м позиция 5 поступает на ЭВМ. Схема внешних соединений (ГЧ лист 3).

2.7 Разработка структурной схемы УСД

При включении УСД в сеть осуществляется системный сброс по питанию, после чего МП стартует по начальному адресу, записанном в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ).

На первом этапе работы МП проводят тестирование функциональных узлов УСД и комплексную проверку работоспособности.

Последовательно выполняются следующие тесты:

1 — тест ПЗУ. Осуществляется контроль содержимого ПЗУ и сравнивается с контрольной суммой;

2 — тест ОЗУ. Проводится запись и считывание информации в ОЗУ и проверка ее на достоверность;

3 — тест параллельного интерфейса КР580ВВ55А, производится инициализация интерфейса и выдача через него «шахматного» когда на индикаторы HG2, HG3;

4 — тест АЦП и параллельного интерфейса. Проверяется сигнал «готовность данных» АЦП после его запуска сигнал «Преобразование» выдаваемого через параллельный интерфейс;

5 — тест таймера КР580ВИ53. Производится инициализация каналов таймера на частоте 64, 6400 и 1Гц;

6 — тест контроллера прерываний КР580ВН59. Задаются вектора обработки прерываний;

7 — тест УСАППКР580ВВ51А. Производится инициализация и проверка байта состояния УСАПП;

8 — комплексный тест таймера и контроллера прерываний. Производится проверка обработки прерываний с частотой 64 Гц;

9 — тест идентификации УСД, позволяет проверить правильность выдачи информации в двухпроводную линию связи.

Во время тестирования индикатор высвечивает цифру с номером теста. При неправильном завершении какого-либо теста (неисправность функционального узла) цифра с номером теста на индикаторе периодически включается и выключается. Прохождение следующих тестов запрещается.

Если все тесты прошли правильно, то МП проводит программную подготовку аппаратной части УСД для работы в рабочем режиме программы.

1) Программирует универсальный синхронно — асинхронный приемопередатчик (УСАПП) КР580ВВ51А для работы в режиме асинхронной передачи данных.

2) Программирует параллельный интерфейс с КР580ВВ55А для работы в режиме ввода-вывода (режим «0»).

3) Программирует таймер КР580В453, который выдает частоты 64 Гц по входу С₁, 6400 по выходу С₂ и 1 Гц по выходу С₃.

Частота 64 ГЦ используется МП для формирования временных интервалов, а в Е443 М кроме того служит для опроса входов, на которые поступает информация от счетчиков — датчиков.

Частота 64 000 Гц определяет скорость передачи данных для УСАПП, а частота 1Гц используется для формирования сигнала «тест».

Синхронизацию работы МП и всего устройства в целом осуществляет тактовый генератор, собранный на микросхеме КР580ГФ24 и вырабатывающий тактовые импульсы для МП (выходы С₁; С₂) и опорную частоту 2048 кГц (выход С₃).

Закончив программную подготовку аппаратной части УСД, МП переходит к рабочей программе, которая обеспечивает выполнение всех функций УСД.

Сигналы от аналоговых датчиков поступают на коммутатор, выполненный на микросхеме К561КП2, который поочередно подключает вход УСД к АЦП, выполненном на микросхеме К1113ПВ1А. Период опроса аналоговых датчиков не превышает 10 с.

АЦП преобразует аналоговый сигнал в двоичный код (10 разрядов), который через параллельный интерфейс с КР580ВВ55А поступает на магистраль данных (МД).

Данные, поступившие на МД, считываются МД и записываются в оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), выполненное на микросхемах КР573РУ10. В ОЗУ хранится и служебная информация, появляющаяся в процессе работы МП.

Управление работой ОЗУ осуществляется выдачей на магистраль адреса нужной ячейки ОЗУ и служебных сигналов MWR, MRD. После опроса всех аналоговых входов МП производит необходимые вычисления и готовит данные для передачи в двухпроводную линию связи и на счетчики импульсов.

Для увеличения расстояния передачи данных по двухпроводной линии между УСАПП и линией связи включен линейный блок, формирующий импульсы амплитудой 120±4 В на нагрузки 1кОм при изменении электрического сопротивления линии связи от 0 до 5,7 кОм. Источник питания вырабатывает все напряжения, необходимые для работы УСД. Питание УСД осуществляется однофазным током с напряжением (220+22−33)В и частотой (50±1)Гц. Структурная схема устройства сбора данных (ГЧ лист 2).

2.8 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

Для уточнения выбора СА проектируемой системы перед сдачей системы в эксплуатацию необходимо провести обязательные расчеты в системе.

2.8.1 Расчет комплексного показателя уровня автоматизации

Уровень автоматизации характеризует долю труда по управлению технологическим объектом производимую автоматическими устройствами без участия человека. Количественная оценка уровня автоматизации определяется с помощью комплексного показателя — К, при использовании которого можно оценить анализ состояния автоматизации действующих установок. Максимальное значение показателя уровня автоматизации приравнивается к единице, а нормативное значение всегда меньше единицы.

К_max=1

К_н=0,7−0,9

Показатель уровня автоматизации подсчитывают по уровню 12

К=? •б_i•K_i /? б_{i ,} (2) [7]

i=1

где K_i — частные показатели уровня автоматизации отдельных функций управления;

б_i — коэффициент «важности» функции, определяющий относительную значимость данной функции в общем процессе управления (см. табл.5).

Таблица 5 Исходные данные

В проектируемой системе могут участвовать не все функции управления (см. табл. 5). Для каждой функции определяются свои способы реализации. Анализируя функциональную схему автоматизации. Составляем таблицу данных для расчета

Таблица 6 Данные для расчета

б — коэффициент «важности» данной функции в общем ТП;

K_i — частный показатель отдельной функции управления;

n_о — общее число контролируемых параметров;

К_j — коэффициент конкретного способа реализации функции управления;

n_j — число параметров, контролируемых по определенному способу.

Расчет

1. Определить частный показатель уровня автоматизации контроля технологических параметров.

К₁=? • (3) [7]

К₁=++

К₁=1,4

2. Определить частный показатель уровня автоматизации регистрации ТП

К₃=? • (4) [7]

К₃=++

К₃=0,9

3. Определить частный показатель уровня автоматического контроля состояния основного оборудования автоматической регистрации технологического процесса.

К₄=? • (5) [7]

К₄=+

К₄=0,66

5. Определяем частный показатель уровня автоматизации. Расчет технико-экономических показателей.

К₆=? • (6) [7]

К₆=+

К₆=1,2

6. Определяем частный показатель уровня автоматизации. Пуск и останов оборудования.

К₈=? • (7) [7]

К₈=+

К₈=1,4

7. Определить частный показатель уровня автоматического управления технологического процесса.