今日頭條
官方微信
官方抖音
案例頻道
作者簡介：吳志遠(yuǎn)（1968-），男，吉林人，本科，研究方向?yàn)樽詣?dòng)化控制，1994年畢業(yè)于中國石油大學(xué)熱能工程專業(yè)。
摘 要：通過對(duì)APS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則、控制范圍、控制功能、邏輯結(jié)構(gòu)及與其他系統(tǒng)的接口關(guān)系的探討，扼要地介紹了APS系統(tǒng)在大型火電機(jī)組上的設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：APS；CCS；FSSS；SCS；DEH；MCS；ATC；接口；設(shè)計(jì)
Abstract：In this paper，we briefly present APS design in large power plant unit by the introduction of APS’s design principles，control scale，control function，logic structure and interface with other system.
Key words：APS；CCS；FSSS；SCS；DEH；MCS；ATC；interface；design
隨著我國大型單機(jī)容量機(jī)組的在電力系統(tǒng)上的大量應(yīng)用，對(duì)自動(dòng)化水平和整體控制水平的要求越來越高，由于大型機(jī)組控制設(shè)備多、容量大、控制參數(shù)高、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)運(yùn)行人員提出了更高的要求。為滿足解決運(yùn)行人員勞動(dòng)強(qiáng)度大、 精確操作高等問題，目前，大多數(shù)電廠的控制都采用了程序控制系統(tǒng)來完成系統(tǒng)的投入（啟動(dòng)）、退出（停止）、聯(lián)鎖、保護(hù)、閉鎖等功能，來完成機(jī)組運(yùn)行中對(duì)設(shè)備的啟動(dòng)、停止等操作。但隨著自動(dòng)控制系統(tǒng)的進(jìn)步和電廠運(yùn)行對(duì)控制水平進(jìn)一步提高的要求，機(jī)組采用APS系統(tǒng)的要求越來越高。本文擬對(duì)APS系統(tǒng)在大型火電機(jī)組上的應(yīng)用為題來介紹APS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、組成及設(shè)計(jì)情況。
機(jī)組自啟停系統(tǒng)（automatic plant startup and shutdown control system，簡寫為APS），是機(jī)組自動(dòng)啟動(dòng)和停運(yùn)的信息控制中心，其按規(guī)定好的程序向各個(gè)設(shè)備（系統(tǒng)）發(fā)出啟動(dòng)或停運(yùn)命令，并由以下系統(tǒng)協(xié)調(diào)完成：協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（CCS）、模擬量自動(dòng)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)（MCS）、鍋爐爐膛安全監(jiān)視系統(tǒng)（FSSS）、汽輪機(jī)數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（DEH）、鍋爐給水泵小汽機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)（MEH）、汽輪機(jī)旁路控制系統(tǒng)（BPC）、鍋爐和汽輪機(jī)順序控制系統(tǒng)（SCS）、全程給水控制系統(tǒng)、燃燒器負(fù)荷程控系統(tǒng)及其他控制系統(tǒng)（如電氣控制系統(tǒng)（ECS）、電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)（AVR）等，以最終實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)啟動(dòng)或自動(dòng)停運(yùn)。
1 設(shè)計(jì)原則和控制范圍
凡是設(shè)計(jì)有順序控制或MCS的系統(tǒng)均考慮進(jìn)APS，實(shí)際操作時(shí)可由APS實(shí)現(xiàn)，也可人為實(shí)現(xiàn)，增加APS運(yùn)行方式的靈活性。機(jī)組啟動(dòng)過程APS的起點(diǎn)從閉冷卻水系統(tǒng)啟動(dòng)開始，終點(diǎn)為升負(fù)荷過程中廠用電切換完成；機(jī)組停止過程APS的起點(diǎn)為當(dāng)前時(shí)刻的負(fù)荷，終點(diǎn)是汽輪機(jī)停機(jī)后真空破壞，盤車投入，風(fēng)煙系統(tǒng)停運(yùn)、脫硫系統(tǒng)退出。
2 控制功能
（1）只實(shí)現(xiàn)對(duì)各設(shè)備系統(tǒng)子組順控功能組的調(diào)度工作；
（2）分為機(jī)組啟動(dòng)順序控制和機(jī)組停止順序控制兩組；
（3）APS控制系統(tǒng)狀態(tài)控制；
（4）機(jī)組APS控制系統(tǒng)設(shè)置為按需使用，不投入時(shí)不影響機(jī)組的正常控制；
（5）采用斷點(diǎn)的形式，將機(jī)組各種系統(tǒng)按機(jī)組啟動(dòng)或停止要求進(jìn)行分類控制；
（6）具有對(duì)系統(tǒng)子組狀態(tài)的監(jiān)控功能；
（7）每個(gè)斷點(diǎn)順控組具有中斷及恢復(fù)功能。按設(shè)備的運(yùn)行情況選擇執(zhí)行步序；
（8）APS上具有根據(jù)系統(tǒng)控制邏輯的操作畫面及指導(dǎo)。
3 APS系統(tǒng)的邏輯主體結(jié)構(gòu)
APS系統(tǒng)使用斷點(diǎn)方式進(jìn)行機(jī)組白啟停控制，可實(shí)現(xiàn)從機(jī)組啟動(dòng)準(zhǔn)備到帶35%MRC負(fù)荷，以及由減負(fù)荷至停爐的自動(dòng)控制。APs分啟動(dòng)模式和停止模式，分別包含6個(gè)斷點(diǎn)程序，即啟動(dòng)模式斷點(diǎn)：機(jī)組啟動(dòng)預(yù)準(zhǔn)備斷點(diǎn)；爐膛吹掃及油槍點(diǎn)火斷點(diǎn)；建立真空斷點(diǎn)；汽機(jī)升速斷點(diǎn)；并網(wǎng)及帶初負(fù)荷斷點(diǎn)；升負(fù)荷斷點(diǎn)。停止模式斷點(diǎn)：減負(fù)荷斷點(diǎn)；最小負(fù)荷斷點(diǎn)；解列斷點(diǎn)；汽機(jī)跳閘盤車斷點(diǎn)；真空破壞及燃燒器退出斷點(diǎn)；停爐斷點(diǎn)。在啟動(dòng)模式中第6個(gè)斷點(diǎn)，即升負(fù)荷斷點(diǎn)中進(jìn)行到由APs設(shè)定負(fù)荷指令為35%MCR（350 MW）時(shí)。APC進(jìn)行負(fù)荷控制并投入?yún)f(xié)調(diào)方式的命令，斷點(diǎn)完成后APS退出，此時(shí)機(jī)組的啟動(dòng)已完成，機(jī)組負(fù)荷由APC協(xié)調(diào)系統(tǒng)控制升至操作員的設(shè)定值或由中調(diào)（AGC）給出的設(shè)定值。
從軟件邏輯上講，APS系統(tǒng)，機(jī)組白啟停系統(tǒng)可分為三層，第一層為操作管理邏輯。其作用為選擇和判斷APS是否投入，選擇啟動(dòng)模式還是停止模式：選擇哪個(gè)斷點(diǎn)及判斷該斷點(diǎn)允許進(jìn)行條件是否成立。如果條件成立則使斷點(diǎn)進(jìn)行。從斷點(diǎn)的選擇邏輯上分析，可以直接選擇最后一個(gè)斷點(diǎn)（如升負(fù)荷斷點(diǎn)），其產(chǎn)生的指令會(huì)判斷前面的5個(gè)斷點(diǎn)是否已完成，如沒有完成則先啟動(dòng)最前面的未完成斷點(diǎn)，即具有判斷選擇斷點(diǎn)功能，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)組的整機(jī)啟動(dòng)；第二層為步進(jìn)程序。是APS構(gòu)成的核心內(nèi)容，每個(gè)斷點(diǎn)都具有邏輯結(jié)構(gòu)大致相同的步進(jìn)程序，其邏輯結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 APS系統(tǒng)步進(jìn)邏輯圖
第三層為各步進(jìn)行時(shí)產(chǎn)生的指令，即產(chǎn)生送至各個(gè)控制系統(tǒng)的功能組命令。
通過以上的控制邏輯，并設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)谋O(jiān)控畫面，即可完成APS系統(tǒng)的整體控制。
4 APS系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的接口關(guān)系
（1）CCS系統(tǒng)與APS的接口關(guān)系
在機(jī)組啟動(dòng)階段，CCS系統(tǒng)根據(jù)機(jī)組的停爐時(shí)間和主汽壓力的參數(shù)，向APS系統(tǒng)發(fā)出冷態(tài)啟動(dòng)、溫態(tài)啟動(dòng)、熱態(tài)啟動(dòng)、極熱態(tài)啟動(dòng)狀態(tài)。
根據(jù)APS系統(tǒng)的選擇，CCS系統(tǒng)按照冷態(tài)啟動(dòng)、溫態(tài)啟動(dòng)、熱態(tài)啟動(dòng)、極熱態(tài)啟動(dòng)的方式，建立機(jī)組升溫升壓負(fù)荷曲線，以相應(yīng)的負(fù)荷設(shè)定值、壓力設(shè)定值及變化率完成鍋爐的啟動(dòng)控制。
根據(jù)鍋爐燃燒設(shè)備的投運(yùn)，適時(shí)建立并監(jiān)視機(jī)組的帶負(fù)荷能力。
CCS系統(tǒng)具有設(shè)定跟蹤值、自動(dòng)變化設(shè)定曲線、平滑改變設(shè)定值功能，與SCS系統(tǒng)接口完成控制系統(tǒng)的自舉功能。
（2）FSSS系統(tǒng)與APS的接口關(guān)系
FSSS系統(tǒng)接受APS系統(tǒng)的控制指令信號(hào)，完成鍋爐點(diǎn)火前的爐膛吹掃、燃油泄露試驗(yàn)、燃燒器點(diǎn)火的控制功能，并保證根據(jù)機(jī)組的升降負(fù)荷，自動(dòng)投運(yùn)燃燒設(shè)備。
（3）SCS系統(tǒng)與APS的接口關(guān)系
在各斷點(diǎn)，SCS系統(tǒng)以組級(jí)、子組級(jí)的控制方式接受APS控制指令，完成設(shè)備的啟停。
（4）旁路系統(tǒng)與APS的接口關(guān)系
旁路系統(tǒng)根據(jù)APS系統(tǒng)的指令，完成高壓旁路、低壓旁路的控制。實(shí)現(xiàn)旁路系統(tǒng)啟動(dòng)過程中對(duì)壓力的定壓控制、滑壓控制、汽機(jī)沖轉(zhuǎn)過程的定壓控制。并將旁路PCV閥的控制狀態(tài)發(fā)送給CCS系統(tǒng)，共同完成啟動(dòng)過程的升負(fù)荷控制。
圖2 APS系統(tǒng)監(jiān)控畫面
常規(guī)控制系統(tǒng)直接控制設(shè)備，而APS上層控制邏輯則是通過常規(guī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的啟停控制，它們之間通過內(nèi)部通信和硬接線進(jìn)行信號(hào)傳遞。APS根據(jù)上層控制邏輯進(jìn)行邏輯運(yùn)算后發(fā)出指令，該指令通過內(nèi)部通信及硬接線傳送給常規(guī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的自動(dòng)啟停控制；同時(shí)常規(guī)控制系統(tǒng)將APS所需要的信號(hào)傳遞給APS上層控制邏輯。
（5）DEH系統(tǒng)與APS的接口關(guān)系
DEH中的ATC程序接受APS系統(tǒng)的指令，使汽機(jī)自動(dòng)完成從盤車、沖轉(zhuǎn)到帶負(fù)荷整個(gè)過程的平穩(wěn)、高效的控制系統(tǒng)。
5 結(jié)束語
機(jī)組自起停控制是一種先進(jìn)的控制理念，它對(duì)目前的控制系統(tǒng)提出了更高的要求。對(duì)模擬量控制系統(tǒng)而言，只要一開機(jī)，設(shè)備一運(yùn)行，就依據(jù)工藝系統(tǒng)的參數(shù)將有關(guān)的自動(dòng)投入，目標(biāo)設(shè)定值也依據(jù)不同的啟動(dòng)階段自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)各個(gè)系統(tǒng)的全程控制，投自動(dòng)的時(shí)間遠(yuǎn)早于DL／T 657-2006《火力發(fā)電廠模擬量控制系統(tǒng)驗(yàn)收測試規(guī)程》中規(guī)定的要求。對(duì)順序控制系統(tǒng)也提出了更高的要求，目前一些新投運(yùn)的機(jī)組順序控制的投入率并不高，很多系統(tǒng)都不投，而要實(shí)現(xiàn)機(jī)組自啟停就要求所有有關(guān)的順序控制都投入運(yùn)行，這實(shí)際上對(duì)順序控制系統(tǒng)的投入率提出了嚴(yán)格的要求。實(shí)現(xiàn)自啟停還必須增加一些機(jī)組級(jí)的順序控制，而不是僅僅局限于原來的分系統(tǒng)，由于順序控制系統(tǒng)之間相互聯(lián)系，這就對(duì)順序控制的許可條件和反饋條件提出了較高的要求，而不像原來單個(gè)順序控制那么簡單。另外功能組控制級(jí)是常規(guī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中沒有的部分，作為上層機(jī)組控制系統(tǒng)和下層功能子組順序控制之間的銜接部分，為了減輕APS上層機(jī)組級(jí)控制系統(tǒng)的壓力，功能組控制級(jí)必須較為完善和獨(dú)立，即使在APS不投運(yùn)的情況下，也能完成應(yīng)有的功能，這樣就可以減少和上層的接口，簡化APS的設(shè)計(jì)。由于功能分散，調(diào)試起來也會(huì)較為容易。應(yīng)該說APS是先進(jìn)的控制系統(tǒng)，代表一種先進(jìn)的控制理念，是目前自動(dòng)控制發(fā)展的一個(gè)方向。
APS系統(tǒng)在湛江奧里油電廠600MW機(jī)組上的得到了應(yīng)用，目前，國華臺(tái)山1000MW級(jí)機(jī)組采用了APS設(shè)計(jì)方案進(jìn)行全廠自啟停控制，這是國產(chǎn)DCS系統(tǒng)在大型機(jī)組上應(yīng)用APS系統(tǒng)的初步探索，希望本文對(duì)APS系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用有一定的借鑒意義。
——轉(zhuǎn)自《自動(dòng)化博覽》
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)