聯合循環電廠自動啟停系統的研究

【摘要】現代大型火力發電廠設備數量多、容量大，運行參數高，控制系統的結構復雜，對機組運行人員的操作、運行狀況判斷水平要求嚴格。在機組運行特使是啟、停過程中，如果靠運行人員手動推進，不僅容易發生誤操作事故，而且極大的影響了機組運行的安全性和經濟性。在電廠全面采用機組自動啟停控制系統，可以提高機組啟停的正確性、規范性，減輕運行人員的勞動強度，縮短機組啟停時間，全面提高了整個電廠的自動化水平和運行管理水平。

【關鍵詞】聯合循環；APS；自動化控制

0.概述

現代大型火力發電廠設備數量多、容量大，運行參數高，控制系統的結構復雜，對機組運行人員的操作、運行狀況判斷水平要求嚴格。在機組運行特使是啟、停過程中，如果靠運行人員手動推進，不僅容易發生誤操作事故，而且極大的影響了機組運行的安全性和經濟性。

分散控制系統（DCS）在火電廠的應用已經非常成熟，不僅大大提高了控制系統的可靠性，也為火電機組自動化技術的發展提供了廣闊的空間。熱工自動化技術由簡單的單回路、串級控制發展到多種控制理論結合的復雜控制，由機組的正常運行監控發展到全過程主動控制，由開、閉環獨立控制發展到單元機組一體化控制。

隨著國產主輔機可控性的不斷提高，以及自動化技術的發展，如何在機組運行安全性的基礎上提高運行的經濟性，增強企業的市場競爭能力，是熱工自動化發展的方向。機組自動啟停控制系統（APS）作為提高自動化水平的有效方法之一，在本工程的應用將具有積極意義。

在電廠全面采用機組自動啟停控制系統，可以提高機組啟停的正確性、規范性，減輕運行人員的勞動強度，縮短機組啟停時間，全面提高了整個電廠的自動化水平和運行管理水平。

1.應用APS的意義

機組自動啟停控制系統的應用是個復雜的課題，涉及范圍較廣，啟動過程從天然氣調壓站啟動、循環水泵啟動到機組帶一定負荷，停止過程從當前負荷直到真空破壞、燃機停運。實現真正意義的機組自動啟停，對于提高機組的控制水平和運行水平具有重要意義。

1.1 機組自動啟停控制系統提高了機組的控制和自動化水平

機組自動啟停控制是一種先進的控制理念，它涉及多種復雜控制策略。APS對電廠的控制是通過電廠底層控制系統和上層控制邏輯共同實現的。在沒有投入APS的情況下，常規控制方式獨立于APS實現對電廠的控制；在投入APS時，由常規控制系統實現APS的控制策略，實現機組的啟動啟停控制。APS將機組模擬量控制系統和順序控制系統等各個控制系統整合起來，共同完成機組的啟停任務。

聯合循環機組是一個典型的多輸入多輸出控制系統，參數之間耦合性強，控制對象的動態特性差別較大，非線性嚴重。為了實現機組自動啟停，就必須實現全程給水自動、燃機自動控制、汽機自動控制、旁路的自動控制等，這些控制系統的自動化水平都要求比不采用APS時的要求更高。APS的應用和實施，從本質上提高了機組的自動化水平和運行效率。

1.2 機組自動啟停控制系統提高了電廠的管理水平和經濟效益

機組自動啟停控制系統實質上是對電廠運行規程的程序化，他的應用保證了機組主輔設備的啟停過程嚴格遵守運行規程，減少了運行人員的誤操作，增強了設備運行的安全性。

機組自動啟停控制系統的實施，既是對主輔設備運行規程的規范化的過程，也是對控制系統優化的過程。APS的設計和應用不但要求自動控制策略要更加完善和成熟，而且對設備的維護管理水平提出了跟高要求。

APS的應用縮短了機組啟停時間，優化的控制策略降低了啟停過程中的燃料消耗，顯然提高了機組運行的性。

1.3 機組自動啟停控制系統的應用具有廣泛的推廣和應用價值

隨著國家能源結構的調整，燃氣聯合循環熱電聯產將是國內電力系統發展的一個方向，機組自動啟停控制系統的的研究和應用提高了機組控制水平，豐富了熱工自動化的內容，對先進控制技術和理論的應用、研究起到了積極的推動作用。

2.實現APS需完成的工作

為了實現機組自動啟停，需完成以下工作：

2.1確定自啟停控制系統的設計框架

依據機組的啟動和停運特性，制定機組自啟停控制系統的整體框架，確定機組自啟停所包括的范圍、啟停過程中所需的斷點設置、各斷點所含工藝系統及所實現的功能。

2.2基于APS的功能組控制技術

機組自啟停控制系統下功能組并非一般意義上的順序控制，不是簡單地把相關的設備啟動和停運，而是要確保相關系統安全穩定地投入運行，確保電機不過流、不過載，管路不發生沖擊、振動等現象。凡是涉及模擬量控制系統的功能組，順控要和模擬量控制密切配合，更好更快地將系統投入運行。另外功能組的設計功能上要具有獨立性，功能組可單獨使用且可安全平穩地完成系統的投入和退出，即使自啟停控制系統不投入，功能組也能照常運行。

2.3 APS和其他系統的接口

APS和其他系統的接口是實現機組自啟停控制的重要組成部分，尤其是APS與燃機/汽機控制系統、模擬量控制系統（MCS）全程控制的接口技術。只有在APS發出指令后，其他控制系統能順利完成自啟停控制系統所要求的功能，才能保證自啟停控制系統的順利投運，APS與燃機/汽機控制系統、MCS的接口技術是APS成功與否的關鍵。

2.4 特殊控制策略

對于聯合循環機組，自動并汽、負荷分配、旁路控制是啟停操作過程中的技術難題，因此在機組的啟動和停運過程中會有一些特殊的要求，設計APS控制策略時需要特別注意。

2.5 APS調試技術

完成機組自啟停控制系統的設計和組態，只是完成了整個自啟停控制工作量的70%，APS調試任務占30%的工作量。為了順利完成機組自啟停控制系統的調試和投運，APS的調試包括仿真測試、靜態調試和動態投運三個過程。為了順利完成機組自啟停控制系統的調試任務，需在機組的啟動和停運過程中進行合理組織，在條件允許的情況下進行功能組和斷點的調試和投運，在系統投運過程中不斷修改完善控制系統設計，保證各子系統安全平穩地投運和退出。

3.APS總體設計原則

聯合循環機組系統將主要分為兩大部分：一部分為機島側的APS控制邏輯，該部分的自動控制功能在機島自己成套控制系統中實現，自動化程度高，技術成熟，而且相對獨立，能夠完全實現燃機、汽輪機等系統的全自動啟動和停止控制。另一部分為APS系統的主控制邏輯，完成全廠APS的控制，與機島APS接口，對機島系統發出啟動和停止的控制指令。并對機島以外的其它系統進行全自動控制，這部分控制功能在聯合循環機組DCS系統中實現，也是整個APS系統設計和實施的重點和難點。

APS邏輯在設計上將主要采用模塊化的設計思想，即根據機組輔助設備、爐側高、中、低壓系統，機島設備等作為劃分，將每一劃分作為一個功能組，在功能組內部按照機組啟動、停機要求通過邏輯設計來實現各功能組，也就是各系統劃分的功能。另外，再通過功能組外部的主順控邏輯將各功能聯系起來，從而完成整個APS啟動、停止的邏輯設計。

以功能組的方式來進行整個APS啟停邏輯設計主要有以下幾個優點：

（1）按系統劃分來設計功能組，這樣在邏輯設計以及具體實施過程中，思路清晰，目標明確。 （下轉第95頁）

（上接第87頁）（2）各功能組邏輯相對獨立，互不影響，為以后APS邏輯的進一步優化創造了條件。

在APS啟動、停機人機接口監視畫面的設計上，除了顯示關鍵參數的實時變化情況外，還主要采用簡潔、直觀的流程圖的方式，以主要順控步驟為節點，顯示了機組啟動以及在啟動過程中高/中/低壓、再熱管道的暖管過程，以及機組停機的完整順控流程，使操作人員能夠清晰、完整的監控整個APS啟停機的過程，同時還能對機組關鍵參數的變化情況進行相對集中的監視，并設計了手動旁路功能，這一設計可以使運行人員根據機組的實際情況，對APS自啟停順控邏輯的執行做出靈活的處理，從而避免因某些不重要的設備異常而影響整個APS系統的正常執行。

按照機組的啟動和停止過程，APS系統的控制邏輯將分為兩個主流程：一是自動啟動順序控制流程，二是自動停機順序控制流程。

機組啟動順序控制將主要涵蓋了以下內容：

（1）機組啟動前各輔助設備狀態的檢查，主要包括：儀用空氣系統、循環水系統、輔汽系統、潤滑油系統、控制油系統等。

（2）機組啟動前機側、爐側部分輔助設備、閥門的初始化。主要包括：鍋爐給水系統、凝結水系統、鍋爐加藥系統，爐側給水系統的初始化，以及高、中、低壓、再熱系統疏水閥門、減溫水閥門、啟動排氣閥門初始化等。

（3）機組啟動。主要包括：燃機啟動、升速、并網，升負荷；鍋爐啟動；汽機啟動，直至機組達到預設負荷。

機組停機順序控制主要涵蓋了以下內容：

（1）機組停機前各輔助設備狀態的檢查，主要包括：循環水系統、儀用空氣系統、輔汽系統、凝結水系統等。

（2）機組停機前部分設備、閥門的初始化。主要包括：高、中、低壓、再熱系統疏水閥門、減溫水閥門的初始化。

（3）機組停機。主要包括：機組減負荷、解列、降轉速、投盤車，以及停余熱鍋爐，關煙囪擋板等。

4.結論

機組自啟停控制系統（APS）絕不是將下層順序控制系統（SCS）的各功能組進行簡單的拼接和組合，而是充分考慮聯合循環機組啟停特性、主輔設備運行狀態和工藝系統過程參數，通過向各系統功能組、燃機控制系統、汽機控制系統、旁路控制系統等發出控制指令，并及時的讀取各系統的反饋信息，判斷系統的運行狀態，將功能組和設備有序的組織起來，實現機組的自動啟動和停止。

APS系統的設計和實施是一個復雜的系統工程，必須與電廠的具體情況緊密結合，需要充分熟悉和掌握電廠各個系統的工藝流程和工作原理，并且要全面了解電廠運行人員的實際操作經驗和需求，將理論和實際有機的結合。需要組織專人進行技術攻關，對機組的實際啟動和停止過程進行全面深入的研究和分析，組織一批運行經驗相當豐富的運行人員和幾個對邏輯較為熟悉的熱控人員參與，進行反復討論和研究，這是相當重要的，需要運行人員提供相關準確的啟停操作票及確定相關邊界條件，還有APS斷點的合理設置更需要運行人員確認。

自動啟停代表著先進的生產力，是國內火力發電廠自動化提高和發展的一個方向，應用機組自動啟停技術具有重要的意義。

【參考文獻】

[1]朱軍輝.影響聯合循環機組性能的主要因素及分析.電力科學與工程，2002，4.

[2]張楊，王振芳.燃氣-蒸汽聯合循環設計研究.內蒙古石油化工，2008，10.

[3]周曉峰.M701F型燃氣蒸汽聯合循環機組啟停過程經濟性分析[J].發電設備，2011，05.

[4]魏強.火電廠自動發電控制的研究[D].華北電力大學（北京），2011.

[5]元艷杰.190MW聯合循環機組熱經濟性分析.科技創新導報，2012，5.