聯(lián)合循環(huán)電廠自動(dòng)啟停系統(tǒng)的研究

【摘要】現(xiàn)代大型火力發(fā)電廠設(shè)備數(shù)量多、容量大，運(yùn)行參數(shù)高，控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)機(jī)組運(yùn)行人員的操作、運(yùn)行狀況判斷水平要求嚴(yán)格。在機(jī)組運(yùn)行特使是啟、停過(guò)程中，如果靠運(yùn)行人員手動(dòng)推進(jìn)，不僅容易發(fā)生誤操作事故，而且極大的影響了機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。在電廠全面采用機(jī)組自動(dòng)啟停控制系統(tǒng)，可以提高機(jī)組啟停的正確性、規(guī)范性，減輕運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短機(jī)組啟停時(shí)間，全面提高了整個(gè)電廠的自動(dòng)化水平和運(yùn)行管理水平。

【關(guān)鍵詞】聯(lián)合循環(huán)；APS；自動(dòng)化控制

0.概述

現(xiàn)代大型火力發(fā)電廠設(shè)備數(shù)量多、容量大，運(yùn)行參數(shù)高，控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)機(jī)組運(yùn)行人員的操作、運(yùn)行狀況判斷水平要求嚴(yán)格。在機(jī)組運(yùn)行特使是啟、停過(guò)程中，如果靠運(yùn)行人員手動(dòng)推進(jìn)，不僅容易發(fā)生誤操作事故，而且極大的影響了機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

分散控制系統(tǒng)（DCS）在火電廠的應(yīng)用已經(jīng)非常成熟，不僅大大提高了控制系統(tǒng)的可靠性，也為火電機(jī)組自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展提供了廣闊的空間。熱工自動(dòng)化技術(shù)由簡(jiǎn)單的單回路、串級(jí)控制發(fā)展到多種控制理論結(jié)合的復(fù)雜控制，由機(jī)組的正常運(yùn)行監(jiān)控發(fā)展到全過(guò)程主動(dòng)控制，由開(kāi)、閉環(huán)獨(dú)立控制發(fā)展到單元機(jī)組一體化控制。

隨著國(guó)產(chǎn)主輔機(jī)可控性的不斷提高，以及自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，如何在機(jī)組運(yùn)行安全性的基礎(chǔ)上提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，增強(qiáng)企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，是熱工自動(dòng)化發(fā)展的方向。機(jī)組自動(dòng)啟停控制系統(tǒng)（APS）作為提高自動(dòng)化水平的有效方法之一，在本工程的應(yīng)用將具有積極意義。

在電廠全面采用機(jī)組自動(dòng)啟停控制系統(tǒng)，可以提高機(jī)組啟停的正確性、規(guī)范性，減輕運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短機(jī)組啟停時(shí)間，全面提高了整個(gè)電廠的自動(dòng)化水平和運(yùn)行管理水平。

1.應(yīng)用APS的意義

機(jī)組自動(dòng)啟停控制系統(tǒng)的應(yīng)用是個(gè)復(fù)雜的課題，涉及范圍較廣，啟動(dòng)過(guò)程從天然氣調(diào)壓站啟動(dòng)、循環(huán)水泵啟動(dòng)到機(jī)組帶一定負(fù)荷，停止過(guò)程從當(dāng)前負(fù)荷直到真空破壞、燃機(jī)停運(yùn)。實(shí)現(xiàn)真正意義的機(jī)組自動(dòng)啟停，對(duì)于提高機(jī)組的控制水平和運(yùn)行水平具有重要意義。

1.1 機(jī)組自動(dòng)啟停控制系統(tǒng)提高了機(jī)組的控制和自動(dòng)化水平

機(jī)組自動(dòng)啟停控制是一種先進(jìn)的控制理念，它涉及多種復(fù)雜控制策略。APS對(duì)電廠的控制是通過(guò)電廠底層控制系統(tǒng)和上層控制邏輯共同實(shí)現(xiàn)的。在沒(méi)有投入APS的情況下，常規(guī)控制方式獨(dú)立于APS實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠的控制；在投入APS時(shí)，由常規(guī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)APS的控制策略，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的啟動(dòng)啟停控制。APS將機(jī)組模擬量控制系統(tǒng)和順序控制系統(tǒng)等各個(gè)控制系統(tǒng)整合起來(lái)，共同完成機(jī)組的啟停任務(wù)。

聯(lián)合循環(huán)機(jī)組是一個(gè)典型的多輸入多輸出控制系統(tǒng)，參數(shù)之間耦合性強(qiáng)，控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性差別較大，非線性嚴(yán)重。為了實(shí)現(xiàn)機(jī)組自動(dòng)啟停，就必須實(shí)現(xiàn)全程給水自動(dòng)、燃機(jī)自動(dòng)控制、汽機(jī)自動(dòng)控制、旁路的自動(dòng)控制等，這些控制系統(tǒng)的自動(dòng)化水平都要求比不采用APS時(shí)的要求更高。APS的應(yīng)用和實(shí)施，從本質(zhì)上提高了機(jī)組的自動(dòng)化水平和運(yùn)行效率。

1.2 機(jī)組自動(dòng)啟停控制系統(tǒng)提高了電廠的管理水平和經(jīng)濟(jì)效益

機(jī)組自動(dòng)啟停控制系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是對(duì)電廠運(yùn)行規(guī)程的程序化，他的應(yīng)用保證了機(jī)組主輔設(shè)備的啟停過(guò)程嚴(yán)格遵守運(yùn)行規(guī)程，減少了運(yùn)行人員的誤操作，增強(qiáng)了設(shè)備運(yùn)行的安全性。

機(jī)組自動(dòng)啟停控制系統(tǒng)的實(shí)施，既是對(duì)主輔設(shè)備運(yùn)行規(guī)程的規(guī)范化的過(guò)程，也是對(duì)控制系統(tǒng)優(yōu)化的過(guò)程。APS的設(shè)計(jì)和應(yīng)用不但要求自動(dòng)控制策略要更加完善和成熟，而且對(duì)設(shè)備的維護(hù)管理水平提出了跟高要求。

APS的應(yīng)用縮短了機(jī)組啟停時(shí)間，優(yōu)化的控制策略降低了啟停過(guò)程中的燃料消耗，顯然提高了機(jī)組運(yùn)行的性。

1.3 機(jī)組自動(dòng)啟停控制系統(tǒng)的應(yīng)用具有廣泛的推廣和應(yīng)用價(jià)值

隨著國(guó)家能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，燃?xì)饴?lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)將是國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)方向，機(jī)組自動(dòng)啟停控制系統(tǒng)的的研究和應(yīng)用提高了機(jī)組控制水平，豐富了熱工自動(dòng)化的內(nèi)容，對(duì)先進(jìn)控制技術(shù)和理論的應(yīng)用、研究起到了積極的推動(dòng)作用。

2.實(shí)現(xiàn)APS需完成的工作

為了實(shí)現(xiàn)機(jī)組自動(dòng)啟停，需完成以下工作：

2.1確定自啟停控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框架

依據(jù)機(jī)組的啟動(dòng)和停運(yùn)特性，制定機(jī)組自啟停控制系統(tǒng)的整體框架，確定機(jī)組自啟停所包括的范圍、啟停過(guò)程中所需的斷點(diǎn)設(shè)置、各斷點(diǎn)所含工藝系統(tǒng)及所實(shí)現(xiàn)的功能。

2.2基于APS的功能組控制技術(shù)

機(jī)組自啟停控制系統(tǒng)下功能組并非一般意義上的順序控制，不是簡(jiǎn)單地把相關(guān)的設(shè)備啟動(dòng)和停運(yùn)，而是要確保相關(guān)系統(tǒng)安全穩(wěn)定地投入運(yùn)行，確保電機(jī)不過(guò)流、不過(guò)載，管路不發(fā)生沖擊、振動(dòng)等現(xiàn)象。凡是涉及模擬量控制系統(tǒng)的功能組，順控要和模擬量控制密切配合，更好更快地將系統(tǒng)投入運(yùn)行。另外功能組的設(shè)計(jì)功能上要具有獨(dú)立性，功能組可單獨(dú)使用且可安全平穩(wěn)地完成系統(tǒng)的投入和退出，即使自啟停控制系統(tǒng)不投入，功能組也能照常運(yùn)行。

2.3 APS和其他系統(tǒng)的接口

APS和其他系統(tǒng)的接口是實(shí)現(xiàn)機(jī)組自啟停控制的重要組成部分，尤其是APS與燃機(jī)/汽機(jī)控制系統(tǒng)、模擬量控制系統(tǒng)（MCS）全程控制的接口技術(shù)。只有在APS發(fā)出指令后，其他控制系統(tǒng)能順利完成自啟停控制系統(tǒng)所要求的功能，才能保證自啟停控制系統(tǒng)的順利投運(yùn)，APS與燃機(jī)/汽機(jī)控制系統(tǒng)、MCS的接口技術(shù)是APS成功與否的關(guān)鍵。

2.4 特殊控制策略

對(duì)于聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，自動(dòng)并汽、負(fù)荷分配、旁路控制是啟停操作過(guò)程中的技術(shù)難題，因此在機(jī)組的啟動(dòng)和停運(yùn)過(guò)程中會(huì)有一些特殊的要求，設(shè)計(jì)APS控制策略時(shí)需要特別注意。

2.5 APS調(diào)試技術(shù)

完成機(jī)組自啟停控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和組態(tài)，只是完成了整個(gè)自啟停控制工作量的70%，APS調(diào)試任務(wù)占30%的工作量。為了順利完成機(jī)組自啟停控制系統(tǒng)的調(diào)試和投運(yùn)，APS的調(diào)試包括仿真測(cè)試、靜態(tài)調(diào)試和動(dòng)態(tài)投運(yùn)三個(gè)過(guò)程。為了順利完成機(jī)組自啟停控制系統(tǒng)的調(diào)試任務(wù)，需在機(jī)組的啟動(dòng)和停運(yùn)過(guò)程中進(jìn)行合理組織，在條件允許的情況下進(jìn)行功能組和斷點(diǎn)的調(diào)試和投運(yùn)，在系統(tǒng)投運(yùn)過(guò)程中不斷修改完善控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，保證各子系統(tǒng)安全平穩(wěn)地投運(yùn)和退出。

3.APS總體設(shè)計(jì)原則

聯(lián)合循環(huán)機(jī)組系統(tǒng)將主要分為兩大部分：一部分為機(jī)島側(cè)的APS控制邏輯，該部分的自動(dòng)控制功能在機(jī)島自己成套控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，自動(dòng)化程度高，技術(shù)成熟，而且相對(duì)獨(dú)立，能夠完全實(shí)現(xiàn)燃機(jī)、汽輪機(jī)等系統(tǒng)的全自動(dòng)啟動(dòng)和停止控制。另一部分為APS系統(tǒng)的主控制邏輯，完成全廠APS的控制，與機(jī)島APS接口，對(duì)機(jī)島系統(tǒng)發(fā)出啟動(dòng)和停止的控制指令。并對(duì)機(jī)島以外的其它系統(tǒng)進(jìn)行全自動(dòng)控制，這部分控制功能在聯(lián)合循環(huán)機(jī)組DCS系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，也是整個(gè)APS系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)施的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

APS邏輯在設(shè)計(jì)上將主要采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，即根據(jù)機(jī)組輔助設(shè)備、爐側(cè)高、中、低壓系統(tǒng)，機(jī)島設(shè)備等作為劃分，將每一劃分作為一個(gè)功能組，在功能組內(nèi)部按照機(jī)組啟動(dòng)、停機(jī)要求通過(guò)邏輯設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)各功能組，也就是各系統(tǒng)劃分的功能。另外，再通過(guò)功能組外部的主順控邏輯將各功能聯(lián)系起來(lái)，從而完成整個(gè)APS啟動(dòng)、停止的邏輯設(shè)計(jì)。

以功能組的方式來(lái)進(jìn)行整個(gè)APS啟停邏輯設(shè)計(jì)主要有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

（1）按系統(tǒng)劃分來(lái)設(shè)計(jì)功能組，這樣在邏輯設(shè)計(jì)以及具體實(shí)施過(guò)程中，思路清晰，目標(biāo)明確。 （下轉(zhuǎn)第95頁(yè)）

（上接第87頁(yè)）（2）各功能組邏輯相對(duì)獨(dú)立，互不影響，為以后APS邏輯的進(jìn)一步優(yōu)化創(chuàng)造了條件。

在APS啟動(dòng)、停機(jī)人機(jī)接口監(jiān)視畫面的設(shè)計(jì)上，除了顯示關(guān)鍵參數(shù)的實(shí)時(shí)變化情況外，還主要采用簡(jiǎn)潔、直觀的流程圖的方式，以主要順控步驟為節(jié)點(diǎn)，顯示了機(jī)組啟動(dòng)以及在啟動(dòng)過(guò)程中高/中/低壓、再熱管道的暖管過(guò)程，以及機(jī)組停機(jī)的完整順控流程，使操作人員能夠清晰、完整的監(jiān)控整個(gè)APS啟停機(jī)的過(guò)程，同時(shí)還能對(duì)機(jī)組關(guān)鍵參數(shù)的變化情況進(jìn)行相對(duì)集中的監(jiān)視，并設(shè)計(jì)了手動(dòng)旁路功能，這一設(shè)計(jì)可以使運(yùn)行人員根據(jù)機(jī)組的實(shí)際情況，對(duì)APS自啟停順控邏輯的執(zhí)行做出靈活的處理，從而避免因某些不重要的設(shè)備異常而影響整個(gè)APS系統(tǒng)的正常執(zhí)行。

按照機(jī)組的啟動(dòng)和停止過(guò)程，APS系統(tǒng)的控制邏輯將分為兩個(gè)主流程：一是自動(dòng)啟動(dòng)順序控制流程，二是自動(dòng)停機(jī)順序控制流程。

機(jī)組啟動(dòng)順序控制將主要涵蓋了以下內(nèi)容：

（1）機(jī)組啟動(dòng)前各輔助設(shè)備狀態(tài)的檢查，主要包括：儀用空氣系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)、輔汽系統(tǒng)、潤(rùn)滑油系統(tǒng)、控制油系統(tǒng)等。

（2）機(jī)組啟動(dòng)前機(jī)側(cè)、爐側(cè)部分輔助設(shè)備、閥門的初始化。主要包括：鍋爐給水系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)、鍋爐加藥系統(tǒng)，爐側(cè)給水系統(tǒng)的初始化，以及高、中、低壓、再熱系統(tǒng)疏水閥門、減溫水閥門、啟動(dòng)排氣閥門初始化等。

（3）機(jī)組啟動(dòng)。主要包括：燃機(jī)啟動(dòng)、升速、并網(wǎng)，升負(fù)荷；鍋爐啟動(dòng)；汽機(jī)啟動(dòng)，直至機(jī)組達(dá)到預(yù)設(shè)負(fù)荷。

機(jī)組停機(jī)順序控制主要涵蓋了以下內(nèi)容：

（1）機(jī)組停機(jī)前各輔助設(shè)備狀態(tài)的檢查，主要包括：循環(huán)水系統(tǒng)、儀用空氣系統(tǒng)、輔汽系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)等。

（2）機(jī)組停機(jī)前部分設(shè)備、閥門的初始化。主要包括：高、中、低壓、再熱系統(tǒng)疏水閥門、減溫水閥門的初始化。

（3）機(jī)組停機(jī)。主要包括：機(jī)組減負(fù)荷、解列、降轉(zhuǎn)速、投盤車，以及停余熱鍋爐，關(guān)煙囪擋板等。

4.結(jié)論

機(jī)組自啟停控制系統(tǒng)（APS）絕不是將下層順序控制系統(tǒng)（SCS）的各功能組進(jìn)行簡(jiǎn)單的拼接和組合，而是充分考慮聯(lián)合循環(huán)機(jī)組啟停特性、主輔設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和工藝系統(tǒng)過(guò)程參數(shù)，通過(guò)向各系統(tǒng)功能組、燃機(jī)控制系統(tǒng)、汽機(jī)控制系統(tǒng)、旁路控制系統(tǒng)等發(fā)出控制指令，并及時(shí)的讀取各系統(tǒng)的反饋信息，判斷系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，將功能組和設(shè)備有序的組織起來(lái)，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的自動(dòng)啟動(dòng)和停止。

APS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，必須與電廠的具體情況緊密結(jié)合，需要充分熟悉和掌握電廠各個(gè)系統(tǒng)的工藝流程和工作原理，并且要全面了解電廠運(yùn)行人員的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)和需求，將理論和實(shí)際有機(jī)的結(jié)合。需要組織專人進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，對(duì)機(jī)組的實(shí)際啟動(dòng)和停止過(guò)程進(jìn)行全面深入的研究和分析，組織一批運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)相當(dāng)豐富的運(yùn)行人員和幾個(gè)對(duì)邏輯較為熟悉的熱控人員參與，進(jìn)行反復(fù)討論和研究，這是相當(dāng)重要的，需要運(yùn)行人員提供相關(guān)準(zhǔn)確的啟停操作票及確定相關(guān)邊界條件，還有APS斷點(diǎn)的合理設(shè)置更需要運(yùn)行人員確認(rèn)。

自動(dòng)啟停代表著先進(jìn)的生產(chǎn)力，是國(guó)內(nèi)火力發(fā)電廠自動(dòng)化提高和發(fā)展的一個(gè)方向，應(yīng)用機(jī)組自動(dòng)啟停技術(shù)具有重要的意義。

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