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1、专题十、机组自启停APS系统专题十、机组自启停APS系统专题机组自启停控制系统APS是热工自动化技术的最新发展方向之一。APS是实现机组启动和停止过程自动化的系统，其优势在于可以提高机组启停的正确性、规范性，大大减轻运行人员的工作强度，缩短机组启停时间，从整体上提高机组的自动化水平。FOXBORO公司根据应用经验，做如下说明：APS功能设计APS功能包括机组自动启动与自动停止。其中自动启动有冷态、温态、热态和极热态四种启动方式，对于汽机来说，其区别主要在于汽轮机自动开始冲转时对主蒸汽参数的要求不同，因而汽轮机冲转前锅炉升压时间不同。l 冷态方式： 第一级金属温度120l 温态方式： 第二级金属
2、温度120，且300l 热态方式： 第一级金属温度300，且380l 极热态方式： 第一级金属温度380对于锅炉来说，区分以上4种启动方式，主要由汽包壁温、汽包压力和停炉时间来决定。四种启动方式都可分为九步，每步设计为1个断点。只有在前一步完成的条件下，通过所提供的按钮确认启动下一步，APS才会开始下一步，在每一步的执行过程中，均设计“GO/HOLD”逻辑，这九步为：1） 启动准备2） 汽机抽真空3） 锅炉初始清洗4） 锅炉冷态清洗5） 锅炉点火6） 热态清洗7） 汽机冲转8） 并网、带初负荷9） 升至目标负荷（40BMCR）第九个断点即加负荷断点中进行到由APS设定负荷指令为40%MCR并实
3、现后，发出由CCS进行负荷控制并投入协调方式的命令，断点完成后，APS退出，此时机组的启动已完成，机组负荷由CCS系统控制升至操作员的设定值或由中调（AGC）给出的设定值方式。为了适应随后整个生产过程的全程自动控制，CCS必须能根据负荷指令要求自动地投切燃烧器，适应不同的负荷要求。投入APS前，必须具备启动允许条件，如锅炉加药系统、汽水采样系统、锅炉排污系统、灰处理系统、锅炉补水系统具备投入条件，凝结水、给水系统上水，循环水系统上水，开闭式冷却水系统上水、压缩空气系统、化学精处理系统、凝汽器胶球清洗系统、凝汽器铜管造膜系统具备投入条件，启动密封油系统，发电机充氢等已准备好。机组自动停止也可设6
4、步，也设计“GO/HOLD”逻辑，这6步分别为： 减负荷 最小负荷 解列 汽机跳闸 真空破坏及燃烧器退出 停炉 APS结构实现机组级自启/停要通过一个渐进的过程来实现。如何在较短时间内不但较高水平地完成DCS各个功能，又能实现APS功能且不影响DCS其它功能的实现，APS的结构方案成了关键。机组级自启停（APS）采用多层级功能组结构，最高层为机组级自启停功能组。这样做不但使APS对下层DCS功能的影响较小，而且还可以把APS拆开分步试投。APS对电厂的控制是应用电厂常规控制系统与上层控制逻辑共同实现的。常规控制系统是指：闭环控制系统（MCS/CCS）、锅炉炉膛安全监视系统（FSSS）、顺序控制
5、系统（SCS）、数据采集系统（DAS）、给水泵汽轮机数字电液调节系统（MEH）、汽轮机旁路控制系统（BPC）；给水全程控制系统；汽轮机数字电液控制系统（DEH）及电气控制部分（ECS）等。在没有投入APS的情况下，常规控制系统独立于APS实现对电厂的控制；在APS投入时，常规控制系统给APS提供支持，实现对电厂的自动启/停控制。机组自启停系统可分为三层：第一层为操作管理逻辑，其作用为选择和判断APS是否投入，是选择启动模式还是停止模式，选择哪个断点及判断该断点允许进行条件是否成立。如果条件成立则产生一信号使断点进行。可以直接选择最后一断点（如升负荷断点），其产生的指令会判断前面的五个断点是否已
6、完成，如没有完成则先启动最前面的未完成断点，具有判断选择断点功能，从而实现机组的整机启动。第二层为步进程序，是APS的构成核心内容，每个断点都具有逻辑结构大致相同的步进程序，步进程序结构分为允许条件判断（与门），步复位条件产生（或门）及步进计时。当该断点启动命令发出而且该断点无结束信号，则步进程序开始进行，每一步需确认条件是否成立，当该步开始进行时同时使上一步复位。如果发生步进时间超时，则发出该断点不正常的报警。第三层为各步进行产生的指令。指令送到各个顺序控制功能组实现各个功能组的启动/停止，各个组启动/停止完毕后，均返回一完毕信号到APS。APS的自动启动和自动停止功能结构初步可按下图1和图
7、2所示：各功能组及子功能组APS的投入主要依靠各功能组来实现，APS系统相当于机组启停信息控制中心，按规定好的程序发出各个设备系统启动的命令，由各个系统相互协调共同完成：l SCS锅炉/汽机顺序控制系统l MCS/CCS机组自动控制系统l FSSS锅炉炉膛安全监视系统l DEH数字电液调节系统l MEH给水泵汽轮机数字电液调节系统l BPC汽轮机旁路控制系统l 其它控制系统（AVR电压自动调节系统）APS能否全面投入运行的关键是各个控制子系统的自动投入情况，其中锅炉、汽机顺序控制系统、锅炉炉膛安全监视系统（FSSS）和机组闭环自动控制系统CCS的投入情况最为关键。APS设计要灵活，在操作员站的
8、APS操作画面上可以进行整机的自动启、停操作，也可以进行单独断点的自动进行操作。在机组启、停运行操作中，如果APS在退出状态下，也可以使用APS的操作画面很方便的按设定好的步骤，直接对某一功能组进行顺控操作，当该功能组中某一设备不能投自动时，可以立即调出该设备的操作站进行手动操作，以满足该功能继续执行。 SCS系统与APS系统的接口关系SCS系统采用多层次的结构，分为功能组级、子功能组级和设备控制级等，从结构上来看，APS实现上也是SCS系统的一个功能组，SCS是APS的一个子功能组。SCS系统是构成APS系统的核心部分，SCS系统的成功投运是APS系统投运的关键所在，设计完善合理的SCS系统
9、是APS投运最主要基础。在APS的各断点，SCS系统以功能组级、子功能组级和设备级的控制方式接受APS的控制指令，完成设备的启停。机组启动预备机组启动预备是APS启动的第一个断点，是机组采取APS启动的开始，初步设计如下的SCS功能子组：(a) 循环水子组，(b) 凝结水子组，(c) 低压抽汽子组，(d) 高压抽汽子组，(e) 给水子组，(f) 炉水循环子组，(g) 锅炉疏水及排汽组，(h) 燃油子组等。要选择该断点，需要满足以下条件（待进一步讨论。以下类似作为条件时，均为待进一步讨论）：(a) 选择启动方式，(b) 凝结水水位正常，(c) 除氧器水位正常，(d) 仪用气压力正常，(e) 检修
10、气压力正常，(f) 凝结水在自动，(g) 循环水在自动，(h) 低压抽汽在自动，(i) 高压抽汽在自动，(j) 给水在自动，(k) 炉水循环泵在自动，(l) 锅炉疏水及排汽在自动，(m) 燃油在自动，(n) 给水调门处于备用等。机组启动预备断点执行结束的条件为：a) 循环水启动完毕，b) 凝结水启动完毕，c) 低压抽汽投运，d) 高压抽汽投运，e) 给水启动完毕，f) 炉水循环泵投运，g) 锅炉疏水及排汽投运，h) 燃油投运完毕。建立真空初步设计如下的SCS功能子组：（a） 汽机真空子组，（b） 汽泵子组，（c） 汽机挂闸等。要选择该断点，需要满足以下条件：（a） 汽机真空在自动模式，（b）
11、汽泵在自动模式等。建立真空断点执行结束的条件为：（a） 汽机真空建立，（b） 汽泵投运结束，汽机挂闸等。锅炉初始清洗锅炉冷态清洗炉膛吹扫及点火机组启动预备完成后，可以进行炉膛吹扫及点火，初步设计如下的SCS功能子组：(a) 风烟系统子组，(b) 炉膛吹扫子组，(c) 辅汽子组，(d) 汽机疏水子组，(e) 燃油流量调节，(f) 锅炉点火子组，(g) 汽机供油子组，(h) 发电机辅设等。要选择该断点，需要满足以下条件：a) 风烟系统自动，b) 辅汽自动，c) A送风机入口控制挡板自动备用，d) B送风机入口控制挡板自动备用，e) A引风机入口挡板自动备用，f) B引风机入口挡板自动备用，g) F
12、SSS在APS模式，h) 轻油流量控制阀自动备用，i) 汽机供油自动备用，j) 盘车自动模式，k) 汽机疏水自动模式，l) 发电机辅助自动模式等。炉膛吹扫及点火断点执行结束的条件为：(a) 风烟系统投运结束，(b) 辅汽投入模式，(c) 汽包水位正常，(d) 空气流量30%，(e) MFT复位，(f) 任一燃油层在投运，(g) 冲转蒸汽允许等。（c） 锅炉热态清洗汽机冲转汽机冲转升速的具体功能由DEH的ATC来完成，ATC程序接受APS系统的指令，主要有：（a） 汽机摩擦检查，（b） 升速，（c） 应力计算，（d） 暖机，（e） 阀切换，（f） 定速等。 并网、带初负荷当汽机冲转结束定速300
13、0 r/min后，APS进入到并网断点，等待操作员发出“GO”命令后，并网断点开始执行，向电气系统发出同期投入命令，向DEH系统发出投入同期投入命令，由同期装置完成并网功能。在刚并网时，由DEH完成初始负荷功能。根据机组的启动方式完成初始负荷暖机后，并网及初负荷断断点结束，进入到加负荷断点。 升至目标负荷（40BMCR）加负荷过程中需要各个MCS/CCS闭环自动系统、FSSS系统、MEH系统、DEH系统、给水全程系统（完成水位调节、并泵、倒泵等）协调共同完成，按以下步骤进行（机组负荷增减时，具体如何投切锅炉燃料，应在与锅炉专业一起做进一步的研究）：a) 加负荷到15%；b) 投下层油燃烧器及投
14、电除灰（若有电除灰的话）；c) 目标负荷到40%，实际负荷增加到25%时再投一层油燃烧器；d) 当实际负荷达到40%时，向FSSS系统及CCS系统发出油燃烧器数量控制投自动指令，由FSSS系统和CCS系统根根据负荷情况自动投切油燃烧器；e) 向FSSS系统发出退出轻油系统指令；f) 向CCS系统发出投入负荷自动控制投入指令，机组启动结束，机组进入正常的负荷调节，由操作员或AGC设置机组目标负荷即可。要选择该断点，需要满足以下条件（根据实际情况补充完善）：（a） 轻油层在投运，（b） DEH在APS方式，（c） 油燃烧在自动方式，（d） 第一台锅炉给水泵小汽机控制自动启动状态，（e） 轻油自动方
15、式，（f） 1级过热器喷水减温阀A、B自动备用方式，（g） 2级过热器喷水减温阀A、B自动备用方式，（h） 冷再喷水减温阀A、B自动备用方式等。加负荷断点执行结束后，机组启动结束，APS退出，机组进入正常的负荷调节，判断的条件为：a) CCS负荷控制方式,b) 任一台锅炉给水泵小汽机投运结束,c) 实际功率40%,d) 三冲量控制方式,e) 油燃烧器投入2层,f) 所有轻油燃烧器阀关闭,g) 轻燃油退出结束状态,h) 汽机疏水阀关闭,i) 低压加热器投运完成,j) 高压加热器投运完成,k) A省煤器再循环阀关闭,l) B省煤器再循环阀关闭等。 CCS系统与APS的接口关系CCS机组闭环自动控制
16、系统完成机组模拟量的自动控制，其控制过程必须是全程自动，并且具有设定值跟踪、自动变化设定曲线，平滑改变设定值等功能，以满足系统全程自动的要求。当系统工艺未满足自动投入条件时，系统应处于备用的自动状态，并与SCS系统配合自动跟踪输出以满足工艺要求。待满足投入系统自动时，系统应能由自动备用状态切换到自动运算状态，而无须人为干预。为实现机组的全程自动控制，CCS系统与FSSS系统密切结合，设计一个油燃器自动投/切逻辑，该逻辑根据CCS的加减负荷要求自动投切油燃烧器，真正实现全程的负荷自动调节，在CCS负荷调节下，操作员只需输入一个目标负荷即可，其它不需要人为操作。a） 机组启动阶段，CCS系统根据机
17、组的停炉时间、主汽压力和汽机的热状态等参数，向APS系统发出冷态启动、温态启动、热态启动、极热态启动状态。b） 根据APS系统的选择，CCS系统按照冷态启动、温态启动、热态启动、极热态启动的方式，建立机组升温升压负荷曲线，以相应的负荷设定值、压力设定值及变化率完成锅炉的启动控制。c） 旁路系统全程自动投入，满足锅炉启动及机组冲转要求。d） 根据锅炉燃烧设备的投运，适时建立并监视机组的带负荷能力。e） CCS系统具有设定值跟踪、自动变化设定曲线，平滑改变设定值功能，与SCS系统接口完成控制系统的自举功能。f） CCS系统在加/减负荷时，与SCS密切配合，能根据负荷要求自动投/切燃烧器。 FSSS
18、系统与APS系统的接口关系FSSS系统接受APS的控制指令信号，完成锅炉点火前的炉膛吹扫、燃油泄露试验、燃烧器点火的控制功能。另外FSSS与CCS结合，设计一个燃烧器台数的自动控制逻辑，根据机组的升/降负荷，自动投/切燃烧设备，实现全程负荷自动调节。 旁路系统与APS系统的接口关系旁路系统根据APS系统的指令，完成高压旁路、低压旁路的控制。实现旁路系统启动过程中对压力的定压控制、滑压控制、汽机冲转过程的定压控制。并将旁路PCV阀的控制状态发送给CCS系统，共同完成启动过程的升负荷控制。常规控制系统直接控制设备，而APS上层控制逻辑则是通过常规控制系统实现对设备的启停控制，它们之间通过内部通信和硬接线进行信号传递。APS根据上层控制逻辑进行逻辑运算后发出指令，该指令通过内部通信及硬接线传送给常规控制系统，实现对设备的自动启停控制；同时控制系统将APS所需要的信号传送给APS上层控制逻辑。 DEH系统与APS系统的接口关系DEH中的ATC（AUTOMATIC TURBINE START）程序接受APS系统的指令，使汽机自动完成从盘车、冲转到带负荷整个过程的平稳、高效的控制系统。第 9 页 共 9 页