炼油厂电气设备系统集成 － 亚洲控制网

电气设备的系统集成并非新的概念。多年来，中、低和高压设备早已纳入流程控制系统 (PCSs )中。从传统上来说，这类为流程自动化和配电服务的系统，在同一工厂中是分离的，要通过大量的硬件接口进行连接。受制于电缆布线和工程成本， 传统方式下的带宽有限，且成本效益不高。使用智能电气设备 (IEDs) 和串行接口，可以充分利用电气系统的更多信息。今天，这种方法已在工业和发电应用领域中得到普遍利用。 变电站自动化系统中使用了大量的协议和标准，其中包括 IEC60870-5-10x、DNP 3.0、Modbus 和各种传统协议。多种接口需要各种各样的工程工具、协议转换器及网关，因此增加了硬件、维护及工程成本，从而导致必须在逐个项目，甚至逐个装置上实施各种方案。电气和流程控制系统之间，可通过不同的串行协议以及一个硬件接口与 IEDs 进行通信。 IEC 61850 2004 年推行的全球性 IEC 61850 变电站自动化标准，在简化 IEDs 的集成方面向前迈进了一大步。该标准确保了各装置间的互操作性，可替代变电站自动化领域中所有协议。 IEC 61850 标准的核心包括一套完整的 IED 目标导向模型及其数据和所支持的通信服务。在建模时，各类型和各品牌应与 IEC 61850 标准一致并符合 IEDs 的形式。通过使用一种共同的、以 XML 为基础的变电站配置描述语言 (SCL)，可以进一步支持互操作性。 将 IEC 61850 融入 800xA 系统ABB 的 800xA 系统是目前市场上第一套支持 IEC 61850 的流程控制系统。其纵向通信 (采用全套 MMS 堆栈) 和横向通信 (采用 GOOSE1)) 都可获得支持。 通过一个采用 IEC 61850 的 OPC 服务器 2) 可以进行纵向集成，该服务器可以正常的 OPC 数据项目形式，将MMS 数据传送给 800xA 系统。也就是说，800xA 系统可以直接存取全部所选择的 IED 数据，例如电流和电压测量值、工作状态、连锁情况、记时报警和各个事件，也可向 IEDs 发出开启或关闭指令。所有的 800xA系统都具有显示功能，例如显示可自由配置的图像、面板、报警和事件清单以及重现功能。而且 IED 参数的读写可远距离操控，正如干扰记录文件那样，可以传输给 800xA 系统。 横向部分的集成通过 GOOSE 通信的 AC 800M 控制器得以实现。采用一个 IEC 61850 接口装备 AC 800M，就有可能与同一 IEC 61850 网络上的其它 IEDs 实时横向通信。很多应用领域方面的实例：例如快速卸载信号、联锁，甚至在控制器应用方面所需要的模拟数值。 利用纵向和横向通信，采用最新的现代化技术配备 800xA 系统按照全球性标准与 IEDs 进行通信，这意味着变电站设备已实现了无缝集成，单系统解决方案可实现真正集成的流程和电力自动化。主要好处如下： 一个用户接口，确保了数据显示、数据访问和操作程序的一致性，大幅提高操作员工作效率 数据被记录和归档到单一的数据库中，有利于更快的分析误差和识别工厂范围内各事件的发生顺序 由于零配件较少且培训量不大，因此业主所花费的成本较低，但需统的管理和文件 利用电气诊断数据，并与计算机化维护管理系统 (CMMS) 相连接，增强了资产管理能力 REPAR 炼油厂是巴西石油公司 (Petrobras) 最重要的下游生产单位之一。 巴西石油公司的电力管理 ABB 在巴西石油公司的炼油厂 建有大量的电力管理系统。在巴西石油公司所属的 12 家炼油厂中，ABB 已经在其中 9 家安装了 PMS 系统，7 家安装了流程控制系统。 三年前，作为战略发展计划的一个部分，巴西石油公司决定投入大量资金， 重点在柴油和汽油生产领域，通过增加新的生产装置和提高炼油厂现有生产单元的现代化水平，以提高生产和产品质量。2008年 2 月，巴西石油公司与 ABB 签订了一个框架协议，由 ABB 提供 PMS和 PCS 系统。该协议的合同金额高达 6,100 万美元，包括提供硬件、软件和技术服务，还包括专业培训。按照合同规定，预期将在 9 家炼油厂中执行 70 个项目。事实上，ABB 已经在那里安装了大量的设备。 这项现代化计划的规模非常庞大。除了兴建新的水处理、热炼、脱硫和其它流程设施之外，巴西石油公司还正在建设 50 个新的变电站，并采用 IEC 61850 提高其它 40 个变电站的现代化水平。 ABB 的 800xA 系统非常适合这类大型工厂项目：除了可以成为一系列流程工业中领先的自动化平台之外， 它还具有独特的能力， 将流程、电气和安全系统集成为一个单一的系统。 此外，它可以确保炼油厂操作人员从一个单一界面监控这些系统，并运行流程控制系统中的电力管理应用软件和 IEC 61850 的智能变电站。这样的集成系统与非集成系统相比，操作和成本效益十分巨大，其中包括全部自动化系统和电力资产的进一步优化、工程简化、维护简易化、能源效率提高以及初期投入下降。 巴西石油公司计划在操作、维护、培训、优化和质量控制中进一步理顺流程。800xA 系统可以支持改善数据和资源。 ABB 的 800xA 系统是目前市场上支持 IEC 61850 的第一款流程控制系统。 REPAR 项目 REPAR 炼油厂是巴西石油公司最重要的下游生产单位之一。它坐落在巴西的巴拉那州，是巴西人口最多和工业化程度最高的地区之一。因此，在巴西石油公司的战略计划中，REPAR 炼油厂的投资要高于其它几家炼油厂。 REPAR 炼油厂实施的发展规划中包括安装一套新的 PMS 系统。这个项目还包含几个新的变电站，其中一个 230 千伏的输入变电站、一个 69千伏的 GIS 3) 配电变电站、12 个流程变电站以及 2 台新的汽轮发电机。 该项目使 REPAR 炼油厂的供电能力几乎达到原来的三倍，从 26 兆瓦增加到 76 兆瓦，包括一个新电厂和12 个新变电站的建设，以及 8 个现有变电站的现代化技术改造。REPAR 炼油厂采用符合 IEC 61850 标准的变电站自动化和 PMS 系统的通信技术。ABB 的 800xA 系统可以非常理想地满足 REPAR 的 PMS 系统需要。这就要求新的 PMS 系统，通过使用关键控制特点的同一数据库，利用一个单一和集中解决方案的减载响应和无功电力控制，整合原有系统的功能性。因此，在将包含老PMS系统的Advant 站升级到了 800xA 系统的同时，保留了 Advant 主控制系统。而新的变电站从一开始就使用了 800xA 系统。 新变电站使用配有 IEC 61850 接口的冗余 AC800M 控制器和 PROFIBUSDP 现场总线网络，与智能 MCC 4) 和驱动器相连接。IEC 61850 标准网络应用于下列电压级：69.0 千伏GIS变电站、13.8 千伏开关设备、2.4 千伏中压配电柜和 0.48 千伏配电柜。因此，ABB 的 PMS 系统适用于控制炼油厂电气系统的各等级电压。800xA 系统的操作由 ABB 的 PMS 数据库支持，而该数据库的执行建立在 ABB 24 年的丰富经验和电力管理系统的基础之上。 当这个项目完成后，800xA 系统将会有 16 个冗余配置的 AC800M 控制器安装在 10 个变电站中，将与总共 460个 IEDs 的接口连接。 为了新的 PMS 和 PCS 系统的正常运行，REPAR 建设了一个新的中央控制室，总计安装了 56 个 800xA 系统的操作员工作站，其中 4 个专用于电气系统的监控。69 千伏的 GIS 系统是最重要的项目之一， 它基于 ABB 的 670 系列 IEDs，已经投入运行的这座变电站也采用了新技术。严谨的研究与 IEC 61850 网络结构体系 (见 资料库 4 ) 相结合，将自动化工程师与变电站工程师融入到相同的“项目表”。ABB 正在尽一切努力，指导变电站工程师正确使用 I EC61850 数据模型，使其与 800xA 系统的PMS 完美集成。 优点 对于巴西石油公司而言，该系统具有以下一些优点： 标准化 IEC 61850 技术和 800xA 系统的采用，允许巴西石油公司变电站配置中的各个程序、控制逻辑、控制数据库和操作程序实现标准化，这有利于节约系统的调试和配置时间。IEC 61850 旨在支持标准化的装置采用实名制，而不是采用对象/注册编号和相关指数。而 800xA 系统可通过其符合 IEC 61850 的要求，全面支持这一标准化。 投资成本较低 使用 IEC 61850，并与 800xA系统 PMS 相结合，有利于执行多期项目。通过普通用户的环境、以太网标准的使用，在定义、设计和工程方面都体现了这一优点，由于采用横向 GOOSE 通讯进行设备间直接数据交换，因此全部设备在工程上的集成只需单一的工具，具有布线较少和防护性能更先进的特点。 生命周期成本较低 REPAR 的主要好处之一：通过使用一套能与 IEC 61850配套的具有保证未来发展的系统，可达到最佳的生命周期管理和降低生命周期成本。工程数据的重复使用和标准 编程语言的使用， 进一步突出了IEC 61850 对 REPAR 项目所起的作用和力量，由于所需的培训较少，从而节约了相关的费用，并降低了对人员的要求。 800xA 系统的采用也有利于保护过去的投资：因为现有系统可以基于Advant 主控制器，全面与新系统相集成。而且，新的 PMS 系统已经在结构上为将来更换传统的系统控制器作好了准备。 流程集成和电力自动化 一套统一的流程和电力自动化系统将电力管理、流程电气化和流程控制系统整合到 REPAR 炼油厂的单一控制环境中。REPAR 已经评估了现有 PMS 系统所具有的优点，例如可通过电力管理降低能源成本，并已将这些优点转移到新系统，同时通过全面实施业已完全集成的系统IEC 61850 的 OPC 接口以及其它安排，其中，800xA系统专为巴西石油公司设计制造，可满足其规范要求。这一系统和其它机构实用性的提高，有助于为 REPAR 提供一套可降低计划外停机时间的系统。 一个数字系统与一套强大的 IEC 61850 网络相集成，可允许其使用远程维护工具进行的设备诊断和报告，提高系统的可靠性。 成功的集成 为巴西石油公司的 REPAR炼油厂提供的一套基于800xA 系统的集成流程控制和电力管理系统，是 ABB2 0 0 9 年最高创新成就之一 5)。该 REPAR 项目将于 2011 年建成，而其它巴西石油公司项目将在以后几年内陆续完成。PMS 和 PCS 的集成配套将能通过从更远距离实现对工厂操作的优化，进一步提高生产率，为全世界未来的项目树立一个典范。