基于LM2500+G4燃機(jī)的聯(lián)合循環(huán)機(jī)組APS的研究與應(yīng)用

上海華電閔行能源有限公司 周金順 華電電力科學(xué)研究院有限公司 劉 翔 張 方

1 APS概述

機(jī)組自啟停控制系統(tǒng)作為火電廠的一種高級(jí)控制系統(tǒng)，能有效提升機(jī)組的自動(dòng)化水平，減輕運(yùn)行人員在機(jī)組啟停過(guò)程中的的工作強(qiáng)度，提高資源的利用效率[1-2]。

機(jī)組自啟停系統(tǒng)（Automatic Plant Start-up and Shutdown System，簡(jiǎn)稱APS）是根據(jù)機(jī)組工藝流程在啟停過(guò)程中的需要，對(duì)機(jī)組工況全面、準(zhǔn)確、迅速的檢測(cè)，并通過(guò)對(duì)大量條件的邏輯判斷，按設(shè)計(jì)好的程序向各功能組發(fā)出啟動(dòng)和停運(yùn)命令，以實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)啟動(dòng)或停運(yùn)[3]。火電機(jī)組的啟機(jī)方式按主設(shè)備所處工況分為冷態(tài)啟動(dòng)、溫態(tài)啟動(dòng)、熱態(tài)啟動(dòng)和極熱態(tài)啟動(dòng)。停機(jī)包括鍋爐、汽機(jī)的停機(jī)操作以及發(fā)電機(jī)的解列操作。APS系統(tǒng)針對(duì)不同的啟動(dòng)方式及停運(yùn)過(guò)程給出相應(yīng)的啟停措施。斷點(diǎn)的設(shè)置有效彌補(bǔ)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的功能局限[4]，在APS系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)考慮。

2 APS系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

APS作為機(jī)組啟動(dòng)的整體控制中心，主要是按照預(yù)定程序向系統(tǒng)、設(shè)備發(fā)指令，并與MCS、TCS、DEH、SCS、BP系統(tǒng)及其它控制系統(tǒng)配合來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)組的一鍵啟停功能，其實(shí)現(xiàn)功能有：一鍵啟動(dòng)、停止，斷點(diǎn)、跳步，投入、切除，操作畫(huà)面顯示，故障報(bào)警及恢復(fù)。

2.1 框架設(shè)計(jì)

上海華電閔行公司二期改造項(xiàng)目第一階段機(jī)組裝機(jī)規(guī)模為67.38MW，建設(shè)二臺(tái)GE公司的LM2500+G4型燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組（31.247MW，ISO工況）、二臺(tái)余熱鍋爐和二臺(tái)背壓式汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組（2.45MW），采用“一拖一”模式。機(jī)組的APS功能由TCS系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)共同完成。

APS主要由三部分組成，一是TCS系統(tǒng)APS控制邏輯，由燃機(jī)本身具備的一鍵啟停邏輯及其與DCS系統(tǒng)的接口及相應(yīng)邏輯組成；二是DCS系統(tǒng)主網(wǎng)APS控制邏輯，主要包括APS主控邏輯、機(jī)組各子系統(tǒng)的順控邏輯，其由獨(dú)立設(shè)計(jì)的一對(duì)DPU通過(guò)網(wǎng)絡(luò)及硬接線等連接方式實(shí)現(xiàn)對(duì)各子系統(tǒng)的控制，從而實(shí)現(xiàn)APS功能。這部分邏輯是機(jī)組實(shí)現(xiàn)APS功能的主要部分；三是DCS輔網(wǎng)APS控制邏輯，實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)、調(diào)壓站、化學(xué)制水等系統(tǒng)的自動(dòng)控制，從而實(shí)現(xiàn)整體APS功能。

APS各部分的功能實(shí)現(xiàn)，具有跨控制系統(tǒng)、跨控制器、多系統(tǒng)調(diào)用的特性，各系統(tǒng)、控制器之間的信號(hào)通信接口設(shè)計(jì)對(duì)實(shí)現(xiàn)APS功能具有重要意義。根據(jù)DCS網(wǎng)絡(luò)配置，擬采用APS控制器接入DCS主網(wǎng)冗余交換機(jī)的方式，實(shí)現(xiàn)與DCS主網(wǎng)、輔網(wǎng)的數(shù)據(jù)交互，再通過(guò)DCS主網(wǎng)控制器的橋梁作用，實(shí)現(xiàn)與TCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互，從而實(shí)現(xiàn)與整個(gè)機(jī)組控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互，達(dá)到控制整個(gè)機(jī)組的目的。

2.2 斷點(diǎn)設(shè)置及APS邏輯設(shè)計(jì)

考慮當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)負(fù)荷控制對(duì)機(jī)組控制過(guò)程的影響以及機(jī)組安全的需要，機(jī)組APS啟動(dòng)控制程序擬設(shè)置5個(gè)斷點(diǎn)，分別為燃機(jī)的啟動(dòng)確認(rèn)斷點(diǎn)、燃機(jī)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)確認(rèn)斷點(diǎn)、汽機(jī)的沖轉(zhuǎn)確認(rèn)斷點(diǎn)、汽輪發(fā)電機(jī)并網(wǎng)確認(rèn)斷點(diǎn)、供熱確認(rèn)斷點(diǎn)。APS啟動(dòng)指令發(fā)出后，機(jī)組按設(shè)定步驟進(jìn)行條件檢查并逐步啟動(dòng)相應(yīng)設(shè)備，直至滿足燃機(jī)啟動(dòng)條件并點(diǎn)擊確認(rèn)按鈕后，程序才發(fā)啟動(dòng)指令啟動(dòng)燃機(jī)。同理，燃機(jī)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前、汽機(jī)啟動(dòng)前、汽輪發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前及供熱并網(wǎng)前也同樣需要進(jìn)行人工確認(rèn)。

為實(shí)現(xiàn)機(jī)組APS功能，機(jī)組在APS系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上對(duì)各子系統(tǒng)控制邏輯應(yīng)進(jìn)行逐步細(xì)化及驗(yàn)證。APS邏輯設(shè)計(jì)是在各子系統(tǒng)的順序控制以及模擬量控制邏輯準(zhǔn)確、可靠的基礎(chǔ)上進(jìn)行的統(tǒng)籌及優(yōu)化。逐步細(xì)化各子系統(tǒng)順控邏輯，優(yōu)化各子系統(tǒng)模擬量控制回路參數(shù)是實(shí)現(xiàn)機(jī)組APS功能的重要環(huán)節(jié)。

3 APS啟動(dòng)步序設(shè)計(jì)

APS啟動(dòng)過(guò)程設(shè)置5個(gè)斷點(diǎn)，啟動(dòng)前需人工確認(rèn)以下事項(xiàng)：化學(xué)制水正常；開(kāi)式水系統(tǒng)閥門狀態(tài)、設(shè)備送電情況等檢查完畢；閉式水系統(tǒng)閥門狀態(tài)、設(shè)備送電情況等檢查完畢；汽機(jī)油系統(tǒng)閥門狀態(tài)、設(shè)備送電情況等檢查完畢；汽機(jī)盤車系統(tǒng)設(shè)備送電情況等檢查完畢；除氧器上水系統(tǒng)閥門狀態(tài)、設(shè)備送電情況等檢查完畢；低壓、高壓汽包上水系統(tǒng)閥門狀態(tài)、設(shè)備送電情況等檢查完畢；燃機(jī)進(jìn)氣冷卻水系統(tǒng)閥門狀態(tài)、設(shè)備送電情況等檢查完畢；燃機(jī)系統(tǒng)閥門狀態(tài)、設(shè)備送電情況等檢查完畢；主蒸汽管道、疏水系統(tǒng)、高、低壓旁路系統(tǒng)閥門狀態(tài)、設(shè)備送電情況等檢查完畢；汽機(jī)本體檢查完畢；盤車手動(dòng)嚙合，確認(rèn)盤車在嚙合狀態(tài)。

APS啟動(dòng)后機(jī)組自動(dòng)檢查確認(rèn)條件：檢查鍋爐、汽機(jī)側(cè)蒸汽管道閥門都在關(guān)閉狀態(tài)，若不是則進(jìn)行關(guān)閉；檢測(cè)鍋爐、汽機(jī)側(cè)主要疏水門，若不在打開(kāi)狀態(tài)則打開(kāi)疏水門。機(jī)組自動(dòng)檢查確認(rèn)后、燃機(jī)點(diǎn)火確認(rèn)前，機(jī)組運(yùn)行依次進(jìn)行以下過(guò)程：?jiǎn)?dòng)開(kāi)式水系統(tǒng)；啟動(dòng)閉式水系統(tǒng)；啟動(dòng)汽機(jī)油系統(tǒng)；啟動(dòng)盤車系統(tǒng)(手動(dòng)嚙合，遠(yuǎn)方啟動(dòng))；啟動(dòng)減溫水泵系統(tǒng)；除氧器上水；啟動(dòng)鍋爐給水泵；低壓汽包上水、高壓汽包上水；啟動(dòng)燃機(jī)進(jìn)氣冷卻水系統(tǒng)。

燃機(jī)點(diǎn)火確認(rèn)后、并網(wǎng)確認(rèn)前機(jī)組運(yùn)行過(guò)程為：?jiǎn)?dòng)燃機(jī)點(diǎn)火、投軸封系統(tǒng)、主蒸汽升溫升壓、啟動(dòng)汽機(jī)旁路系統(tǒng)；燃機(jī)并網(wǎng)確認(rèn)后，進(jìn)行燃機(jī)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)操作及發(fā)電機(jī)升負(fù)荷（帶初負(fù)荷），汽輪機(jī)進(jìn)行掛閘操作；汽機(jī)掛閘后等待汽機(jī)沖轉(zhuǎn)確認(rèn)，待條件滿足并人工確認(rèn)后汽機(jī)按照預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速值進(jìn)行沖轉(zhuǎn)；汽機(jī)定速并達(dá)到并網(wǎng)條件，待人工確認(rèn)后汽輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行并網(wǎng)操作，汽機(jī)發(fā)電機(jī)升負(fù)荷；待機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行后，可確認(rèn)投供熱進(jìn)入供熱模式。至此機(jī)組的APS啟動(dòng)過(guò)程完畢。

4 APS啟動(dòng)系統(tǒng)實(shí)施要點(diǎn)及實(shí)施效果

APS控制方案需反復(fù)驗(yàn)證及優(yōu)化，在實(shí)現(xiàn)APS啟動(dòng)功能時(shí)應(yīng)注重以下要點(diǎn)：

模擬量控制回路優(yōu)化。為實(shí)現(xiàn)APS對(duì)各子系統(tǒng)的有機(jī)協(xié)調(diào)調(diào)用和控制，必須對(duì)包括高壓汽包水位控制、低壓汽包水位控制、除氧器水位控制、機(jī)組負(fù)荷控制、主蒸汽壓力及溫度控制、供熱蒸汽壓力及溫度控制等與APS相關(guān)的模擬量控制回路控制進(jìn)行控制參數(shù)和切入條件的優(yōu)化，并充分考慮控制策略在整個(gè)控制過(guò)程中適用性，使其符合APS控制要求，實(shí)現(xiàn)APS功能。

整體控制策略優(yōu)化。APS控制對(duì)象為整個(gè)機(jī)組，APS功能在設(shè)計(jì)、調(diào)試、應(yīng)用階段均需不斷優(yōu)化其控制策略，針對(duì)每一子系統(tǒng)控制應(yīng)逐步細(xì)化、不斷驗(yàn)證，使其具有更好的魯棒性，使其APS控制策略在常規(guī)工況及特殊工況中均能滿足機(jī)組啟停機(jī)控制要求，使機(jī)組整體APS功能更加完善。

通過(guò)APS的實(shí)施優(yōu)化了機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中的系統(tǒng)運(yùn)行工況，提高了機(jī)組運(yùn)行效率，機(jī)組每次啟機(jī)時(shí)間平均減少30分鐘。同時(shí)通過(guò)APS邏輯程序化控制，大幅度提高了機(jī)組自動(dòng)化水平，降低了在機(jī)組啟停時(shí)的操作量和人員操作失誤的可能性。