1 000 MW超超臨界直流機組自啟停控制系統關鍵技術及調試

陸 梁 上海電力建設啟動調整試驗所

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1 000 MW超超臨界直流機組自啟停控制系統關鍵技術及調試

陸 梁 上海電力建設啟動調整試驗所

摘要：介紹了國內超（超）臨界直流機組自啟停控制系統實現的關鍵技術及解決方案，通過合理設計的自啟停控制系統程序，實現機組自動啟動與停止的功能。超（超）臨界機組自啟停控制系統的調試是一項系統工程，需要各參建方的密切配合，為此提出了調試中應關注的重點，確保自啟停控制系統的調試的順利實施與機組自動啟動與停止的功能的實現，為今后基建階段超（超）臨界機組的APS功能試驗提供設計與調試經驗。

關鍵詞：超臨界機組；自啟停控制系統；調試方法

隨著我國越來越多的高參數、大容量百萬千瓦超超臨界機組的投運，能耗降低，百萬千瓦超超臨界機組已逐步成為國內電力系統的主導機組。新建機組為保證機組主、輔機設備的啟停過程中嚴格遵守運行規程，減少運行人員的誤操作，需要增強主、輔機設備啟停及運行的全程自動化水平，APS啟停也越來越成為追求的目標，也是工程創造亮點的方向之一，因此，單元機組自動啟、停控制（APS）技術作為提高自動化水平的重要方案，也成為了火電廠自動化控制技術發展的一個趨勢。這些新技術的運用將保障機組投產之后安全、可靠、長周期的運行，同時在百萬千瓦超超臨界機組自啟停控制系統設計和調試中積累的經驗，豐富了熱工自動控制的內容，對其他類型機組自啟停控制系統的設計和調試具有重要的參考價值。

1　機組自啟停控制 （APS）的內涵

單元機組自啟停控制 （APS）是根據單元機組啟停過程中不同階段的需要對鍋爐、汽輪機、發電機、輔機等系統和設備工況進行檢測和邏輯判斷，并按預定好的程序（帶有若干斷點）向順序控制系統各功能組、子功能組、驅動級以及模擬量控制系統（MCS）、汽輪機數字電液控制系統（DEH）等各控制子系統發出啟動或停止命令，從而實現單元機組的自動啟動或停止。同時，相關的保護聯鎖邏輯能使主輔機在各種運行工況和狀態下，自動完成各種事故處理。

2　機組自啟停控制 （APS）的關鍵技術

2.1APS啟停過程

APS的機組啟動過程一般分為6個階段：輔助系統啟動階段（機組冷態啟動前準備）、冷態沖洗及鍋爐上水階段（鍋爐點火前準備）、鍋爐點火階段、鍋爐升溫升壓階段、汽輪機沖轉、機組并網及帶初負荷機組階段 、升負荷階段。

APS停止程序的階段一般分為3個階段：降負荷階段、機組解列階段、機組停運階段

2.2APS的關鍵技術與解決方案

2.2.1各控制系統間的接口信號

為實現機組自動程序啟停的要求，要對整個熱力、電氣系統的設備配置、鍋爐、汽輪機等主要設備的特性等進行研究，同時對模擬量控制系統（MCS）、燃燒控制系統（FSSS）、順序控制系統（SCS）、汽機控制系統（DEH）、汽泵控制系統（MEH）、高低旁路控制系統（BPS）、電氣控制系統（ECS）等控制系統的相關控制方案進行優化改進，解決各子系統程序控制及控制系統間聯絡信號等接口問題，并在機組啟動過程中進行調整。

2.2.2磨煤機全程啟停控制

磨煤機程序控制的研究主要解決啟動時的暖磨、停運時的吹掃等問題，確保磨煤機自動全程啟停。

常規的模擬量控制系統設計為：熱風門控制一次風流量，冷風門控制磨煤機出口溫度。為實現磨煤機自動暖磨啟動的問題，需要采用磨煤機啟動過程中冷風門控制一次風量，熱風門控制磨出口溫度模式；當給煤機啟動后，再切換到冷風門控制磨出口溫度，熱風門控制一次風量的正常控制模式

2.2.3風煙系統的全程控制

風煙程控自動主要解決并風機時的控制、全程自動調節的設定值等。

可采用先將送引風機全部啟動，再開始拉升引風靜葉到爐膛壓力達一范圍后投自動，然后再拉升送風動葉到總風量達30%～35%后投自動，隨后總風量設定值跟隨鍋爐主控，這樣避免了自動并風機難點，解決了并風機時的控制，實現送引風機全程自動調節。同理，在制粉系統準備組級程控中的一次風機啟動也可采用同樣的辦法。

2.2.4給水系統的全程控制

給水控制系統實現全程自動控制主要解決汽動給水泵程控啟動、鍋爐上水、自動并泵、給水旁路閥控制與汽泵轉速控制的配合和切換，以及干濕態切換等問題。

（1）汽動給水泵程控啟動可采用模擬人工啟動時在汽泵控制系統（MEH）上的操作，通過程控步序發指令給MEH執行，當MEH與分散控制系統（DCS）采用一體化設計時，事情比較簡單，否則DCS與MEH的采用的通信設備必須具有讀寫雙向功能，便于DCS進行程控編程，同時DCS 與MEH的通信設備應盡早調試。

（2）為解決鍋爐上水、干濕態切換等問題，應設計采用增加給水主控回路的整體架構，給水流量的設定值由給水主控回路給出，干濕態設定值由不同的回路產生，啟動時給水流量設定值賦予給水旁路閥，主給水閥切換后賦予給水泵。采用啟動時給水旁路閥控制給水流量，給泵控制給水壓力，在滿足一定條件下（如給水旁路閥開度大于85%、差壓小于3 MPa、主閥離開關位，給水流量大于850 t/h等），自動開啟主給水電動門，切換到給泵控制給水流量的正常模式這種方法，在調試過程調整給水旁路閥與給水泵流量控制切換點，這樣就能完全實現給水全程控制的無擾自動切換。

（3）可采用程控方式進行給水泵的自動并泵，當機組啟動到需要啟動第二臺給水泵時，進行并泵時執行自動并泵子程序，先保持投用給泵自動，先拉升需要并入給泵轉速到給水母管壓力，然后開給泵出口門，投入并入給泵自動，然后自動消除兩臺給泵轉速偏置，完成自動并泵。這種程控方式的控制本質上模擬了人工并泵與解列 ，不需要加裝給水泵再循環流量裝置，實際上由于給水泵出口壓力與除氧器壓力有巨大的壓力差（30 MPa），即使加裝給水泵再循環流量裝置也無法測量準確。

2.2.5模擬量自動控制的全程投用

為解決設備模擬量自動控制的全程投用，采用在啟用過程中，通過相應的程控步序，切換到設備操作模塊的跟蹤回路，跟蹤回路中使用重新設計的PID回路控制被調對象，因為不同的階段設備控制的對象、目標、精確度都有可能不同，這樣做既能控制設備動作的幅度與速率以及被控對象的目標位（設定值），又不影響自動回路的正常模式下的使用（不執行程控時不會跟蹤到增加的控制回路）。如凝汽器補水、除氧器上水、鍋爐上水、風煙程控中的風機動葉拉升、磨煤機子程控磨煤機啟動過程中冷風門控制拉升到一次風量，熱風門控制磨出口溫度、給泵自動并泵程控中的拉升給泵轉速到給水母管壓力、自動消除二臺給泵轉速偏置等都采用了此方式。

2.2.6燃料控制的全程自動控制

燃料控制全程自動控制主要解決鍋爐啟動初期升溫速率控制問題等，使燃料控制能夠盡早投入，因為機組負荷到達40%后，機組負荷由協調控制系統控制，可不再由APS系統控制。

可采用燃料量控制的指針管理，設置一定的條件，如分離器溫度，爐膛煙溫、主汽溫度壓力、給水溫度等，當到達一定的條件，燃料以一定的速率增減到某個目標，其增減速率也由定義的條件決定，這些條件往往根據機組的不同配置決定。

2.2.7高低壓加熱器自動投入

加熱器的啟動往往隨汽機啟動而投運，自動投運的難點在于剛啟動時加熱器液位難以建立，因此加熱器的抽汽電動門最好可改為調節門，可控制其開度及開關速率。

2.2.8主汽溫、再熱汽溫全程自動控制

主汽溫、再熱汽溫常規采用減溫水串級控制方式，這種方式控制精度較高，調試方便，但低負荷時往往控制不好，可采用SMITH預估的動態前饋等先進控制方案

2.2.9輔汽系統中老廠、四抽、冷再等汽源的自動切換，解決備用汽源的暖管問題等。

輔汽壓力的穩定也是機組運行穩定的關鍵之一，輔汽系統的供汽對象有給水泵、除氧器加熱、等離子磨煤機暖風加熱等，控制輔汽壓力的設備有老廠（或其它機組）、四抽、冷再等，這些輔汽汽源的控制要綜合考慮才能保障輔汽壓力的穩定。

2.2.10汽輪機的自動啟動（ATC）要實現機組的APS啟動，汽輪機控制系統能否實現汽輪機的自動啟停尤為關鍵，我國目前的汽輪機控制系統控制方案往往由汽輪機廠家實施，因此在設備招標中應重點考慮汽輪機ATC的功能及其業績。

2.3APS總體設計思路

APS總體設計思路一般以主程控、組級程控、子程控進行三級設計，每級每個控制都應設有程控手自動切換按鈕，程控切為手動時，能單獨執行本程控，程控切為自動時，本程控由上級程控調用。因此分合自如才能提高機組程控使用的實用性與安全性。

3　機組自啟停控制 （APS）的調試技術

超（超）臨界機組自啟停控制系統的調試是一項系統工程，機組自動啟停控制的實施，既是對主輔設備運行操作的規范化，也是控制系統優化的過程，需要各參建方業主、設備制造商、設計、安裝、調試的密切配合，才能確保自啟停控制系統的調試的順利實施與機組自動啟動與停止的功能的實現。

3.1準備階段

（1）業主應成立采取組織措施，依靠組織架構領導牽頭，解決設計、設備、安裝、調試、生產各階段出現的問題，同時APS調試會經常啟停以驗證程序的正確性、合理性，因此要為APS調整試驗準備合理的工期、費用

（2）設計單位應根據實際情況盡早組織有關參建方共同優化APS啟停程序，合理設置斷點，使程序設計符合實際運行要求，縮短啟停時間，降低啟動成本。

（3）必須事先完成編寫按APS啟停方式的相關分系統的啟動檢查卡，以及安全注意事項或危險源辨識等文件，并在APS相關的組級程控、子程控調試時不斷完善這些文件。

（4）調試單位應全面了解鍋爐、汽輪機以及各輔助熱力設備的設計、運行及控制要求，編制至少組一級程控的試驗方案或措施，并組織建設、運行、設計、施工等有關單位進行審查，經批準實施。

3.2實施階段

（1）在調試過程中堅持執行“單體操作必須在DCS上進行且相關保護系統投入，系統啟動必須使用程控啟動，試運過程中根據機組實際調試情況盡早投入自動，優化調節品質，提高自動化水平”的原則 。

（2）在APS調試期間，每日組織召開APS協調工作會議，每日通報調試進展，交底當日工作要求、安裝單位重點消缺項目與安全注意事項，計劃下一工作日調試工作，以APS調試為龍頭，能提高整個工程的管理水平，使各參建單位協同工作，使整個工程高水平、高質量的完成。

（3）自動控制邏輯不僅考慮穩態投用時的調節品質，也要考慮啟動停止過程的調節功能，優化自動控制在各種工況下的調節品質，保障自動控制符合APS的要求

（4）APS啟停程序調試應分為靜態啟停試驗與動態啟停試驗，試驗過程必須進行驗收，最大程度滿足實際運行

（5） 調試過程嚴格執行安全管理制度，所有設備試運均必須在保護校驗完畢的情況下在DCS上啟動；分系統調試程序必須進行安全技術交底簽字，完成程控模擬試驗；堅持分系統啟動前按程序啟動方式進行，但事先必須組織人員進行危險源辨識與風險評估，程序啟停時組織人員進行現場監護，保障人員與設備安全。

4　結論

（1）機組自動啟、停控制（APS）技術是火電廠自動化控制技術發展的一個趨勢，本文例舉了自動啟、停控制（APS）技術在設計中主要的技術難點，介紹的解決方案能基本解決這些關鍵技術難點，良好的程序設計是試驗成功的關鍵。

（2）APS的調試過程能促進了工程管理與安裝消缺管理。以APS調試為龍頭，提高了整個工程的管理水平，使整個工程高水平、高質量的完成。

（3）促進了運行管理與培訓，完成的APS相關分系統的啟動檢查卡以及安全注意事項等所形成的文件為機組投產后運行提供指導，為運行管理、培訓提供了依據。

Key Technologies and Commissioning of Automatic Plant Startup and Shutdown Control System for 1 000 MW Ultra Ultra Critical DC Unit

Lu Liang Shanghai Electric Power Construction Starting and Adjusting Testing Institute

Abstract：The article introduces key technologies and solutions of automatic plant startup and shutdown control system for domestic ultra ultra critical DC unit.Through rational designed automatic plant startup and shutdown control system program，it realizes automatic plant startup and shutdown function.Besides commissioning of automatic plant startup and shutdown control system for ultra ultra critical DC unit is a systemic project，which needs all parties to cooperate closely.To achieve automatic plant startup and shutdown control system commissioning implementation and ultra ultra critical DC unit automatic startup and shutdown function operation，commissioning team puts forward some key points，which should be focused on during commissioning period.These designs and experiences are useful as reference to future infrastructure period ultra （ultra） critical unit APS function testing and commissioning.

Key words：Ultra Critical DC Unit，Automatic Plant Startup and Shutdown Control System，Commissioning Method

［作者簡介］

陸梁：（1968-），男，本科，高級工程師，從事電廠熱控調試與研究。

DOI：10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2016.04.008