Автоматизированная система учета тепловой энергии и энергоносителей ТЭЦ ВАЗ

В. Н. Игнатов, Группа компаний МНТЦ «БИАТ» - НПФ «Гидроматик»,

М. О. Фикс, Группа компаний МНТЦ «БИАТ» - НПФ «Гидроматик»,

П. С. Цванг, Группа компаний МНТЦ «БИАТ» - НПФ «Гидроматик»,

Н. Ф. Горбунов, ТЭЦ ВАЗ

С. С. Фадеев, ТЭЦ ВАЗ

И. И. Саулькина, ТЭЦ ВАЗ

ТЭЦ ВАЗ является наиболее крупным энергообъектом ОАО «Самараэнерго» и обеспечивает электрической и тепловой энергией ВАЗ, Автозаводский жилой район г. Тольятти и промкомзону.

Установленная электрическая мощность равна 1 172 МВт, из которых около 400 МВт потребляет Автозаводский район по кабельным и воздушным линиям 110 кВ, а остальная мощность передается в энергосистему по ЛЭП 220 кВ. Установленная тепловая мощность составляет 3 993 Гкал/ч. Тепловая мощность обеспечивается отборами турбин (две ПТ-60, шесть Т-100, две ПТ-135 и одна ПТ-140) и пиковыми водогрейными котлами (десять ПТВМ-100, два ПТВМ-180 и два КВГМ-180). На станции работает девять энергетических котлов ТГМ-84 и пять котлов ТГМЕ-464.

Рисунок 1. Специалисты расчетной группы ПТО ТЭЦ ВАЗ получают документы по коммерческому учету тепловой энергии и энергоносителей

Теплофикационная схема характеризуется следующими показателями: подключенная расчетная нагрузка потребителей тепла на нужды отопления, вентиляции и горячего водоснабжения по отопительному графику 150/70°C составляют 3 200 Гкал/ч; циркуляция сетевой воды достигает 40 000 м³/ч; подпитка теплосети при открытом водоразборе в среднем в сутки равна 3 900 м³/ч при максимальном расходе 6 000 м³/ч.

На производственные нужды ВАЗ отпускается перегретая вода по графику 150/120°C с круглогодичной средней нагрузкой 100 Гкал/ч. Кроме того, ТЭЦ отпускает незначительное количество пара (30–40 т/ч).

На ТЭЦ поступают природный газ, питьевая и добавочная вода, сжатый воздух и кислород, а производятся пар, обессоленная и сетевая вода. Схема внешних материальных потоков всех энергоносителей ТЭЦ ВАЗ показана на рис. 2. Там же приводится перечень поставщиков и потребителей.

	Рисунок 2. (подробнее) Схема материальных потоков ТЭЦ ВАЗ
	Рисунок 3. (подробнее) Структурная схема комплекса технических средств АСКУ ТЭЦ ВАЗ

Существовавший ранее парк приборов

Когда приступали к разработке современной автоматизированной системы коммерческого учета энергоносителей и тепловой энергии, на ТЭЦ учет проводился по показаниям счетчиков УЗРВ и методом ручного планиметрирования диаграмм самопишущих приборов с внесением вручную поправок на отклонения реальных значений температур, давлений и других характеристик теплоносителей от расчетных значений.

Состав приборного парка датчиков расхода включал ультразвуковые расходомеры воды типа УЗРВ (28 шт.), сужающие устройства (12 шт.) с дифманометрами типа Сапфир-22МТ и ДМ. В качестве регистраторов использовались приборы типа РП-160 (6 шт.), КСД-2 (3 шт.) и Диск-250 (3 шт.).

Назначение АСКУ

При создании АСКУ ставились следующие основные цели:

- создание АСКУ, соответствующей современным требованиям нормативных документов;

- минимизация ручного труда при учете тепловой энергии и энергоносителей;

- повышение оперативности и достоверности коммерческого учета;

- предоставление обслуживающему персоналу и руководству ТЭЦ ВАЗ средствами локальной вычислительной сети (ЛВС) оперативной и учетной информации о параметрах теплоносителей и теплопотребления как по отдельным потребителям (магистралям), так и по ТЭЦ в целом;

- архивация исходных данных и результатов учета и возможность их ретроспективного анализа.

Современные расходомеры, теплосчетчики и счетчики газа

При выборе технических средств для реализации АСКУ тепловой энергии и энергоносителей руководствовались определенными требованиями и принципами:

- При проектировании АСКУ ориентировались на ультразвуковые расходомеры, зарекомендовавшие себя 10-летним положительным опытом работы. При этом на части трубопроводов, где не бывает реверс-потока, сохранялись установленные расходомеры типа УЗРВ. А там, где бывает реверс, решили установить ультразвуковые расходомеры фирмы «Взлет».

- Для измерения температуры теплоносителя применялись платиновые термометры сопротивления с подключением по четырехпроводной схеме. Для сетевой воды использовались пары термометров типа КТПТР-01.

- Для измерения давления было принято решение на всех трубопроводах установить датчики абсолютного давления типа МИДА-ДА класса точности 0,5.

- Для измерения перепада давления на сужающих устройствах используются дифманометры типа МЕТРАН-43Ф-ДД класса точности 0,25.

- При выборе теплосчетчиков и счетчиков газа рассматривались три конкурентоспособных варианта: СПТ-961К + СПГ-761, УВП-281 и СТД. Выбор пал на СТД по ряду соображений: во-первых, только в описании типа средства измерения СТД в качестве компонента входит расходомер типа УЗРВ, во-вторых, в теплоснабжающей организации г. Тольятти (ОАО «Тэвис») имелся положительный опыт эксплуатации нескольких сотен теплосчетчиков типа СТД.

- В качестве общестанционного вычислителя был применен вычислитель АСУТ-601, поставляемый МНТЦ «БИАТ», Москва.

Принципиальная структурная схема АСКУ

Структурная схема АСКУ ТЭЦ ВАЗ представлена на рис. 3.

Датчики температуры (54 шт.), давления (53 шт.), перепада давления (12 шт.) и расходомеры типа УЗР-В-М (2 шт.) подключены к вычислителям ВТД (21 шт.) счетчиков типа СТД. В свою очередь, вычислители ВТД по интерфейсу RS-485 (15 линий) подключаются к вычислителю АСУТ-601.

Расходомеры фирмы «Взлет» (УРСВ-020 – 4 шт. и УРСВ-010 – 40 шт.) по интерфейсу RS-485 подключаются напрямую к вычислителю АСУТ-601. Общее число используемых интерфейсных каналов равно 15. При этом на один канал подключено до четырех СТД и до восьми расходомеров.

Вычислитель представляет собой двухмашинный комплекс промышленных ПЭВМ, работающих в режиме горячего резерва. ПЭВМ по одному каналу Ethernet связаны между собой, а по второму – с сервером учетных данных, включенным в станционную ЛВС.

Рабочие станции ЛВС позволяют читать, контролировать и документировать учетные данные. При этом защищенными данными от несанкционированного доступа являются данные, находящиеся в вычислителе АСУТ-601. Там есть возможность их проверить и получить необходимые документы.

Порядок придания АСКУ юридического статуса коммерческой системы

Придание АСКУ юридического статуса коммерческой системы состоит из совокупности мероприятий, осуществляемых на разных стадиях создания и внедрения системы. Формально должно быть выполнено следующее:

- согласование в Госэнергонадзоре рабочего проекта;

- оформление акта допуска в эксплуатацию узла учета тепловой энергии на источнике теплоты, который подписывается представителями Госэнергонадзора, источника теплоты и представителем тепловых сетей или потребителем и утверждается руководителем территориального подразделения Госэнергонадзора.

Рассмотрим более детально каждый из этих этапов.

Согласование технического задания

До разработки рабочего проекта, естественно, разрабатывается техническое задание. Формально его можно не согласовывать в Госэнергонадзоре. Однако практика показывает, что это делать целесообразно по нескольким соображениям.

Во-первых, полезным является критический взгляд энергонадзора на полноту исходных данных с точки зрения учета всего многообразия режимов теплоснабжения в разные времена года.

Во-вторых, энергонадзор проверяет, соответствуют ли указанные в техническом задании требования к АСКУ требованиям действующих нормативных документов.

В-третьих, учитывая то, что в оформлении акта допуска участвуют тепловые сети или потребитель, обычно энергонадзор требует, чтобы техническое задание было согласовано с тепловыми сетями или с потребителем.

Таким образом, согласование технического задания с Госэнергонадзором облегчает в последующем разработку и согласование рабочего проекта как в техническом плане, так и в вопросах человеческих взаимоотношений трех сторон: источника теплоты, тепловых сетей (потребителя) и Госэнергонадзора.

Относительно технического задания считаем необходимым высказать еще одно замечание. Для таких сложных объектов, как ТЭЦ ВАЗ, техническое задание на АСКУ должно включать отдельно оформленные технические задания на подсистемы, например, сетевая вода, обессоленная вода, горводопроводная вода, природный газ и т. д. Это полезно сделать потому, что по разным подсистемам ТЭЦ приходится согласовывать решения и строить финансовые взаимоотношения с разными организациями, в том числе и с контролирующими органами.

Согласование рабочего проекта

Для согласования рабочего проекта в органах Госэнергонадзора должны быть выполнены следующие главные требования:

- выбранные к применению теплосчетчики должны иметь положительное экспертное заключение Госэнергонадзора;

- АСКУ должна создаваться на базе внесенной в Государственный реестр средств измерений измерительно-вычислительной системы, имеющей положительное экспертное заключение Госэнергонадзора, или в рабочем проекте должно быть указано, что до оформления актов допуска АСКУ конкретного объекта будет индивидуально внесена в Государственный реестр средств измерений и на нее будет получено экспертное заключение в Госэнергонадзоре.

Разработка документа «Методика выполнения измерений»

Рабочий проект должен пройти метрологическую экспертизу в органах Госстандарта. Результатом такой экспертизы является заключение о том, выполняются ли в рабочем проекте требования технического задания к метрологическим характеристикам каждого измерительного канала во всех режимах эксплуатации объекта.

Одной из основных форм проведения метрологической экспертизы рабочего проекта является разработка документа «Методика выполнения измерений» и его аттестация в органах Госстандарта. Методика выполнения измерений функционально распадается на разделы, соответствующие каждой подсистеме, названной в техническом задании и в рабочем проекте.

Разработка документа «Методика поверки»

В рабочем проекте должен быть документ «Методика поверки АСКУ», согласованный с органами Госстандарта. «Методика поверки», также как и «Методика выполнения измерений» должна состоять из разделов, соответствующих каждой подсистеме и на каждую подсистему оформляется самостоятельное свидетельство о поверке Госстандарта. Этот документ оформляется после проведения пусконаладочных работ по подсистеме в целом.

Монтажные работы

Во время проведения монтажных работ ТЭЦ совместно с органами Госстандарта осуществляют отдельные работы в соответствии с документом «Методика поверки». В частности, в актах скрытых работ фиксируются измерения внутренних диаметров измерительных участков трубопроводов, состояние внутренней поверхности трубопровода, длины прямых участков и т. д. Без этих актов невозможно в последующем оформить свидетельство о поверке подсистемы.

Оформление свидетельств о поверке подсистем

После завершения пусконаладочных работ и обкатки подсистемы в реальных условиях эксплуатации на каждую подсистему АСКУ в соответствии с «Методикой поверки» оформляется свидетельство о поверке. При этом проверяется:

1. Наличие действующего клейма поверителя:

- у вычислителя АСУТ-601;

- у вычислителей ВТД в составе ПКУ;

- у всех сужающих устройств и датчиков, входящих в ПКУ;

- на схемах прямых участков до и после расходомеров.

2. Соответствие параметров трубопроводов, сужающих устройств, измеряемой среды и первичных преобразователей данным, введенным в вычислитель ВТД.

3. Проверка линий связи вычислителя АСУТ-601 с ВТД и с УРСВ.

4. Проверка расчета учетных параметров, относящихся к ПКУ в целом.

Оформление акта допуска в эксплуатацию

Завершающим этапом ввода в эксплуатацию АСКУ в части той или иной подсистемы является оформление акта допуска в эксплуатацию. Применительно к учету тепловой энергии и теплоносителей эта процедура достаточно подробно прописана в «Правилах учета тепловой энергии и теплоносителя». Что же касается других подсистем, то акты можно оформлять подобным же образом, ограничиваясь подписями представителей поставщика и потребителя без участия контролирующих организаций.

Опыт выполнения монтажных, пусконаладочных работ и ввода АСКУ в эксплуатацию

Мы считаем полезным поделиться опытом выполнения монтажных, пусконаладочных работ и ввода в эксплуатацию для того, чтобы другие не совершали те же ошибки, которые сделали мы.

1. Подготовка измерительных участков и монтаж на них датчиков ультразвуковых расходомеров проводились на ТЭЦ на специальном производственном участке. При этом после завершения монтажа каждый измерительный участок расходомера ставился в вертикальное положение, заполнялся водой и фиксировались настройки при нулевом расходе. К сожалению, эта работа для накладных датчиков оказалась бесполезной, т. к. после установки измерительных участков в трубопровод при неоднократной наладке приходилось датчики устанавливать повторно.

2. Перед выполнением электромонтажных работ по прокладке кабелей выяснилось, что в рабочем проекте планы кабельных трасс прорисованы принципиально, т. е. показано, какие точки должны быть соединены. Применительно к АСКУ этого недостаточно и каждая трасса должна быть прорисована на плане с чертежами пересечений со всеми другими кабелями. По этой причине необходимо было доработать рабочий проект.

3. Как сказано было выше, ТЭЦ для технологических целей поставляет на ВАЗ сетевую горячую воду с температурой в прямом трубопроводе не ниже 140°C, а в обратном трубопроводе около 120°C. В указанных условиях без переналадки накладные ультразвуковые расходомеры работали всего по несколько дней.

Надо отдать должное поставщикам приборов в том, что, увидев эту картину, они за свой счет заменили на двух магистралях накладные датчики врезными и выполнили необходимые монтажные работы. Врезные расходомеры в указанных условиях работают достаточно надежно, но, по-видимому, правильнее было установить не однолучевые, а двухлучевые расходомеры, что повысило бы их надежность.

4. При проектировании АСКУ было принято решение о том, что при измерении расхода воды расходомерами УРСВ-010 и УРСВ-020 в трубопроводах, где не бывает реверса потока, подключать эти приборы к ВТД по частотному выходному сигналу, а там, где реверс потока возможен, подключать напрямую к ПЭВМ, т. к. ВТД не умеет обрабатывать реверсивные потоки. Несколько месяцев опытной эксплуатации указанных решений показали, что стыковка УРСВ-010 и УРСВ-020 по частотному каналу с ВТД работает плохо: значения расхода меняются до 10% при устойчивых технологических режимах и при этом на мониторе расходомера показания не меняется. Анализ этого явления с помощью осциллографа подтвердил изменение выходной частоты до 10% даже на стоячей воде.

Тогда было принято решение все расходомеры подключить напрямую к ПЭВМ по интерфейсу RS-485.

5. Еще один отрицательный опыт касается устойчивости передачи данных от расходомеров по интерфейсу RS-485. В документации на расходомеры отсутствуют указания проектировщикам о необходимости в определенных условиях устанавливать у каждого прибора дополнительное оборудование (согласующий блок).

Во время выполнения пусконаладочных работ пришлось корректировать проект, докупать и монтировать указанное оборудование. Это существенно увеличило срок выполнения пусконаладочных работ. При этом устойчивость связи существенно улучшилась.

6. Следующая трудность, с которой столкнулись при выполнения пусконаладочных работ, связана с недостаточной надежностью работы связи ПЭВМ с вычислителями типа ВТД. Так как в документации фирмы «Динфо» отсутствуют необходимые технические характеристики и алгоритмы цифрового интерфейса RS-485 и не у кого было получить консультации по этим вопросам, то связь приходилось отлаживать наугад, работая с вычислителем ВТД как с «черным ящиком». В конечном результате чтение из ВТД-данных, участвующих в коммерческом учете, осуществляется с необходимой надежностью. А чтение данных, необходимых для технологического контроля, к сожалению, до сих пор имеет дефект, который заключается в том, что по совершенно непонятным причинам иногда по отдельным параметрам может не быть ответа в течение нескольких минут. После чего доступ восстанавливается.

7. В пусконаладочных работах по вычислителю АСУТ-601 и по АСКУ в целом отметим следующее:

7.1. В отношении аппаратуры и программного обеспечения основные трудности заключались в комплексной наладке совместного функционирования 20 ВТД , 40 УРСВ-010 и 2 УРСВ-020, подключенных к двум промышленным компьютерам (основному и резервному), которые, в свою очередь, связаны с общестанционным сервером учетных данных. Вне условий объекта такой полигон собрать невозможно, тем более смоделировать реальные условия работы линий связи.

Сейчас весь комплекс работает устойчиво, и дальнейшие шаги направлены на повышение реактивности получения ответов на рабочих станциях и на совершенствование прикладного интерфейса.

7.2. Вторая трудность внедрения АСКУ относится к проблеме использования получаемых результатов для коммерческих расчетов с поставщиками и потребителями.

В таких подсистемах, как учет горводопроводной воды, кислорода, сжатого воздуха и пара получаемые в АСКУ данные хорошо согласуются с режимами реального потребления.

Основные разногласия возникают по учету тепловой энергии и подпитки в магистралях с открытой схемой теплоснабжения. В основе этих разногласий лежит то, что по существующей технологической схеме невозможно организовать измерение расхода подпитки, поступающей в каждую магистраль, т. к. подпитка коллекторная. Приходится определять расход подпитки как разность расходов в подающем и обратном трубопроводах. А при допустимой относительной погрешности расходомеров в подающем и обратном трубопроводах в 2% расход подпитки за небольшие промежутки времени (час, сутки) определяется с большой погрешностью. За месяц эта погрешность существенно уменьшается. По-видимому, на ближайшие годы никакого «приборного» решения этой задачи не будет, и необходимо узаконить договорные решения о распределении суммарной измеренной подпитки на источнике тепла между всеми потребителями, в том числе и на нужды самого источника тепла.

Выводы

В завершение статьи сделаем несколько обобщающих замечаний.

1. Внедрение современных АСКУ существенно повышает оперативность получения результатов учета использованных и отпущенных энергоносителей и энергии за прошедшие сутки и за прошедшую часть месяца.

2. Используемые в АСКУ датчики технологических параметров (около 150 шт.) имеют двойное назначение: для целей коммерческого учета и для технологического контроля. К обновлению информации на экране монитора для этих двух целей предъявляются существенно разные требования. Если для целей коммерческого учета минимальным контролируемым временным интервалом является час, то для целей технологического контроля, в частности для контроля за давлением, интервал обновления должен составлять несколько секунд. К сожалению, все современные теплосчетчики, в том числе и СТД, не позволяют иметь необходимую оперативность сбора данных. Устанавливать же для этих целей дополнительно специальные контроллеры и тем более ставить дублирующие датчики нецелесообразно. Просто до сих пор приборостроители не учитывали указанную специфику АСКУ на ТЭЦ.

3. Опыт установки новых измерительных участков для ультразвуковых расходомеров на трубах больших диаметров подтвердил недопустимость врезки датчиков в действующие трубопроводы, т. к. практически во всех трубопроводах на внутренней поверхности наблюдались шероховатости до 15–20 мм высотой.

4. Накладные датчики ультразвуковых расходомеров работают на сетевых трубопроводах недостаточно надежно и их применение нежелательно.

5. Протоколы связи теплосчетчиков и счетчиков-расходомеров с ПЭВМ по интерфейсу RS-485 не унифицированы. При этом отсутствует унификация не только между приборами разных фирм, но и между приборами одной фирмы.

6. Практика подтверждает, что при коллекторных схемах подачи подпитки не только в закрытых, но и в открытых системах теплоснабжения, нежелательно определять расход подпитки, поступающей в одну магистраль и даже на группу магистралей, по разнице расходов в подающих и обратных трубопроводах, т. к. в этом случае трудно обеспечить необходимую точность измерений. Но, к сожалению, другие узаконенные методы отсутствуют.

Технические характеристики АСКУ ТЭЦ ВАЗ

1. Состав энергоносителей, поставщиков и потребителей

1.1.  По подсистемам

Наименование энергоносителя Кол-во трубопроводов Поставщик Потребитель Питьевая вода 3 ВАЗ ТЭЦ ВАЗ Добавочная вода 4 ВАЗ ТЭЦ ВАЗ Перегретый пар 3 ТЭЦ ВАЗ ВАЗ (2) ТЕВИС (1) Обессоленная вода 1 ТЭЦ ВАЗ ВАЗ (технология) Сетевая вода на технологию 4 ТЭЦ ВАЗ ВАЗ (технология) Сетевая вода на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение (о - в - гвс) ВАЗа б ТЭЦ ВАЗ ВАЗ Сетевая вода на о - в - гвс города и ПКЗ (ТЕВИС) 10 ТЭЦ ВАЗ ТЕВИС (город) Сетевая вода на о - в - гвс тепличного комбината с/х «Овощевод» 4 ТЭЦ ВАЗ Тепличный комбинат (ТК) Сетевая вода на собственные нужды б ТЭЦ ВАЗ ТЭЦ ВАЗ Природный газ 2 Самарареги онгаз ТЭЦ ВАЗ Кислород 1 ВАЗ ТЭЦ ВАЗ Сжатый воздух 1 ВАЗ ТЭЦ ВАЗ Всего подсистем: 12 Всего трубопроводов: 45

1.2. По магистралям

Кол-во магистралей Перечень магистралей Потребитель 2 Т-1;Т-2 ВАЗ (технология) 3 3-1;3-2;ПТО ВАЗ 5 Г-1;Г-2;Г-3;Г-4;ПКЗ ТЕВИС 1 ТК ТК 3 Х-1;Х-2;Х-3 Собственные нужды ТЭЦ ВАЗ Всего магистралей: 14

1.3. По реверсивным трубопроводам

Характеристика реверса Кол-во трубопроводов Примечание Сезонный 12 Обратные трубопроводы магистралей сетевой воды В течение суток 8 Трубопроводы подпиточной воды, питьевой воды ГВП-1 и ГВП-2 и подающие трубопроводы ПТК-2 и ПТК-3

2. Характеристики ИВС

2.1. Датчики

Измеряемый параметр Тип датчика Кол-во Примечание Температура ТПТ-1-3-100 18 На индивидуальных трубопроводах. Подключаются к СТД Комплект КТПТР-01-1 14 На подающих и обратных трубопроводах. Подключаются к СТД ТСМ-100М 8 На трубопроводах холодной  воды и наружного воздуха. Подключаются к СТД Давление (абсолютное) МИДА-ДА-13П 51 На трубопроводах воды, пара, кислорода и сжатого воздуха;  барометрическое давление. Подключаются к СТД МИДА-ДА-13ПEx 2 На газопроводах ПГ. Подключаются к СТД Перепад давления Метран-43Ф-ДД 8 На трубопроводах кислорода и сжатого воздуха. Подключаются к СТД Метран-43ФEx-ДД 4 На газопроводах ПГ. Подключаются к СТД Расходомер УЗР-В-М («Акустрон») 2 Подключаются к СТД Счетчик- расходомер УРСВ-020 («Взлет–МР») 4 Подключаются к вычислителю АСУТ-601 Счетчик- расходомер УРСВ-010 («Взлет–РС») 40 Подключаются к вычислителю АСУТ-601 Всего датчиков: 151

2.2. Теплосчетчики, счетчики газа

- Тип: теплосчетчик и счетчик газа СТД.

- Количество: 21.

- Подключаются к вычислителю АСУТ-601.

2.3. Вычислитель АСУТ-601

- Промышленные ПЭВМ: два комплекта в режиме нагруженного (горячего) резервирования.

- Количество используемых линий RS485: 15.

- Запись информации: на сервер учетных данных.

3. Информационные характеристики

Наименование Кол-во Документы Итоговые документы за календарный месяц 8 Итоговые документы за расчетный месяц 1 Документы по подсистемам и по потребителям: по часам за сутки 8 по суткам за месяц 9 Документы по магистралям: по часам за сутки 14 по суткам за месяц 15 Документы по трубопроводам: текущие значения 1 за 1 ч по всем трубопроводам 1 за 1 сут. по всем трубопроводам 1 по часам за сутки 44 по суткам за месяц 45 Текущие тотальные значения счетчиков и теплосчетчиков 1 Нештатные ситуации 1 Состояние таймеров счетчиков и теплосчетчиков 1 Протоколирование расчетов за выбранный час 1 Видеокадры Обзорные кадры 2 Группы графиков (текущих значений параметров, минутных, часовых и суточных) 31 Мнемосхемы (текущие значения, часовые и суточные) 9