原创集成型电气与自动化系统

 2009-9-19 19:16  1529 5 5 分类: 电源/新能源


作者：时间：2009-05-10 来源:

随着过程工厂日趋庞大和复杂，自动化系统必须处理日益增加的大量信号。与此同时，电气用户的增多也使电气控制系统变得不可或缺。电气控制系统本身是一种自动化系统，为过程控制、电气用户和执行器提供了一个接口。ABB 负责所有这些系统的管理和集成工作。借助ABB 完成集成工作并管理所有接口，客户可加快项目执行速度、减少重新设计工作量并提高质量和运营效率。任何过程工厂都离不开电气系统，作为核心部件，它可以为电动机、加热器以及照明和其它辅助设备提供赖以运转的电能。电气系统的构造通常十分复杂，它依靠上千个元件和数千米长的线缆来运作，并且过程工厂规模越大，系统构造就越复杂。大型过程工厂必须依靠自动化系统以实现高效、安全地运行。这些自动化系统通常能够以迅速、可靠且可预测的方式，对数以万计的信号做出响应。鉴于此，过程工厂迫切需要促使电气与自动化系统实现无缝集成，而ABB 已在StatoilHydroSn.hvit（“ 白雪公主”）液化天然气（LNG）工厂中实现了这一优势。在那里，电气监控系统（ECSS）可以与各种设备进行通信，确保为LNG设施提供稳定的电力供应。对过程工厂而言，没有哪种系统比综合性安全与自动化系统更重要。　　Sn.hvit 气田　　Sn.hvit 气田于25 多年前被发现，它以经典的童话人物——白雪公主的名字命名。虽然开发这个气田的道路漫长而曲折，但这个项目终于在2007 年10月启动了。　　最近几年，过去人迹罕至的Melk.ya岛1 （距Hammerfest 市不远）已成为北欧最大的建筑工地，这也是挪威有史以来最大的建筑项目。来自Sn.hvit 气田（距离巴伦支海海岸大约140 公里）的天然气就会流入天然气加工厂，并在处理后运往全球的LNG 市场。工厂的核心产品是液化天然气（LNG，每年56.7 亿立方米），液化石油气（LPG，最高可达每年250,000 吨）和冷凝物（最高可达每年900,000 立方米）。所有产品都将通过船运方式出口。　　Sn.hvit 是巴伦支海的第一个开发项目。早在20 世纪80 年代初这里就发现了油气田。与毗邻的Albatross 和Askeladd 气田合并后，Sn.hvit 天然气储量将超过3,000 亿立方米。海底天然气的提取将由专业人员在Melk.ya远程操控水下设备来完成。水下控制系统过去由ABB 英国公司提供（现在由Vetco Aibel 公司提供），其核心组件（由ABB 挪威公司提供）是整个安全与自动化系统（SAS）的一个重要组成部分。　　对工厂的全面控制　　Sn.hvit 工程的安装工作非常复杂。这一过程涉及多项工作，包括水下控制处理、复杂的LNG 工艺以及最终产品的存储和装载。　　对过程工厂而言，没有哪种系统比综合性安全与自动化系统更重要。通过Sn.hvit 过程的信号数量非常庞大；过程控制与数据采集（PCDA）系统必须同时处理30,000 多个信号。哪怕只有一次意外停机，我们都会蒙受巨大损失。因此，ABB 控制系统均按照最高标准构建，且经过严格测试，确保能够提供最高级别的安全性和最短的停机时间。　　利用燃气涡轮排放的热废气为需要高温的处理部件加热。　　通常，过程工厂业主（尤其是Statoil）信奉的理念是为操作人员提供进入工厂的“单一窗口”。ABB 800xA 扩展自动化系统即可提供此类设施，也因此被Sn.hvit 项目选中。工厂的电力需求　　液化天然气复合物的加工需要稳定可靠的电力供应。然而，大多数LNG 工厂都位于电力供应不稳定或根本没有电力供应的地区。Sn.hvit 工厂也不例外，因此它必须依靠自己的电力供应系统。　　Sn.hvit 气田的天然气储量超过了3,000 亿立方米。海底天然气的提取将由专业人员在Melk.ya 远程操控水下设备来完成。　　为了满足电力需求，Sn.hvit 工厂建立了一个1.65 TWh 发电厂，内部配备了5 台50 兆瓦的燃气轮发电机。这些发电机可为功率高达65 MW 的大型制冷压缩机提供强大动力，压缩机由变速电动机驱动，用于对天然气进行液化处理。燃气涡轮排放的热废气可用于为加工过程中的其它部件加热。得益于电力传动装置的高可用性（与燃气涡轮机相比），这种组合不仅能够节约能源，平均每年还能增加10 天正常运行时间。　　Sn.hvit 工厂不仅拥有自己的电站和大型压缩机传动装置，还拥有涵盖数千台较小的用电设备的大型配电网络。ABB 向工厂提供了各种电子组件，其中包括EXK-0 型高压开关（额定电压为145 千伏）和UniGear ZS1 型中压开关（额定电压为6.6 千伏和11 千伏），以及为灭弧提供早期探测和开关快速保护的光学弧探测系统。此外，MN型开关可在400伏和690 伏的低压电平上使用。这些低压电平上有大约500个电箱为近2,500 台消费设备提供电力，其中包括约600 台Insum 启动器（智能电动机启动器）和75 台ACS 800变频器。工厂内还广泛采用ABB 的保护和控制装置（REF542），以期在电力系统出现故障时，获得最高级别的安全性和精心的保护措施。　　电气监控系统　　电气系统的复杂性决定了工厂必须配置一套自动化ECSS 系统。利用该系统可联结数千台发动机、交换机、电流接触器和断路器，并将发生故障所造成的影响降至最低。哪怕只有一次意外停机，工厂都会蒙受巨大损失。　　作为电气系统的核心，ECSS 系统负责与各种使用串行链接和以太网的ABB产品进行通信。它还可以链接到自动化系统和其它第三方产品。EC SS 系统中包含48 台AC800M 控制器，每次可处理大约44,000 个信号——超过了工厂的自动化系统。此外，ECSS 具有其它多种功能，可为工厂提供稳定的电力供应、降低操作成本并减少废气排放，同时提高安全性。　　最近几年，过去人迹罕至的Melk.ya 岛（距Hammerfest 市不远）已成为北欧最大的建筑工地，这也是挪威有史以来最大的建筑项目。　　电力管理系统（PMS）是ECSS 的一个重要组成部分。由于即使较小的故障也可能导致设备关机的连锁反应，进而影响大部分或者整个工厂，因此工厂必须迅速、妥当地处理故障，避免发生多米诺骨牌式的连锁破坏。ABB的PMS 同样基于800xA 扩展自动化系统，设计用于监督、控制和保护过程工厂的所有部门。它具有以下功能：　　监控和数据采集（SCADA），包括发电机、断路器、模式和电机控制电力控制，包括联络线控制、高峰调节和负载共享减载，包括快速、慢速和定期减载以及手动减载PMS 系统中最重要、使用最频繁的功能之一是减载功能，利用它可将电气系统故障对工厂运转造成的影响降至最低。ABB 已经为全球客户交付并启用了30 多个PMS 系统，充分证明了PMS 在改进工厂正常运行时间、效率和可靠性方面的出色能力。　　ABB 在自动化和电气系统领域积累了50 余年经验，能够帮助工厂优化集成工作。　　ECSS 不仅为过程工厂的自动化和电气系统之间提供了接口；还可以为工厂提供必要的功能和可靠性，有效防止可能的系统停机（这些停机可能需要花费数百万美元进行修复）。虽然与过程工厂的自动化系统实现了全面的通信和数据交换，但ECSS 并不依靠这一点来运行。相反，它可以独立运行，这就确保了电气系统的运行安全、可靠。　　主电气供应商的方案　　过去，石油公司与工程、采购和建筑（EPC）合同商经常会通过单独的合同购买各种设备，如变压器、高压开关、中压开关和低压开关等。而通过一份大额合同一次性购买大部分电气设备和系统及工程服务可降低项目风险。这些系统完全整合且支持相互操作，在确保安全的同时还可降低成本、加快项目执行速度。此外，由于只需与一家承包商合作，项目协调工作将更加轻松，安装和试运行的安全性也会大大提高。　　StatoilHydro 已经认识到了这种方案的价值，并将Sn.hvit 项目所有高压、中压和低压开关以及ECSS 的采购合并到一份合同中。除提供设备外，ABB 还提供包括各种电气网络研究在内的一系列工程服务，它们都是确保工厂的安全运行和实现最高效率的必要条件。　　由于Sn.hvit 工厂实际上接入了挪威北部电网，因此很快就对研究整个工厂的动态行为（包括气轮发电机组及其与电网的连接）产生了兴趣。ABB 已经进行了动态稳定性研究，以用于设置和调整电力管理系统的参数和专用发电机控制算法。这不仅可以确保过程工厂的稳定运转，还能确保工厂为挪威北部电网的稳定性提供支持，满足电网运营商的要求。　　液化天然气复合物需要稳定可靠的电力供应。然而，大多数LNG 工厂都位于电力供应不稳定或根本没有电力供应的地区。　　一流的ABB 技术　　凭借在自动化和电气系统领域所积累的50 余年经验，ABB 可以帮助工厂优化集成工作。集合电气和自动化系统正成为大型过程工厂的一大特点。几乎无法想象失去自动化系统的工厂将如何运转，这不仅仅出于安全原因，还要考虑到节约成本和提高效率等因素。依靠ABB 这样经验丰富的公司，类似Statoil 这样的大客户就能确保工厂实现安全可靠的运营。