机组自启停APS系统说明

专题十、机组自启停APS系统专题第1页共9页十、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。冷态方式：第一级金属温度120℃温态方式：第二级金属温度120℃，且300℃热态方式：第一级金属温度300℃，且380℃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（40％BMCR）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步，也设计“GO/HOLD”逻辑，这6步分别为：①减负荷②最小负荷③解列④汽机跳闸⑤真空破坏及燃烧器退出专题十、机组自启停APS系统专题第2页共9页⑥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2所示：APS机组自启动①机组启动预备循环水子组凝结水子组低压抽汽子组高压抽汽子组给水子组炉水循环子组锅炉疏水及排汽组燃油子组②炉膛吹灰及点火风烟系统子组炉膛吹扫子组辅汽子组汽机疏水子组燃油流量调节锅炉点火子组汽机供油子组风子组发电机辅设③建立真空汽机真空子组汽泵子组汽机挂闸④汽机升速汽机摩擦检查暖机定速⑤并网及初负荷电气同期并网初始负荷⑥加负荷电除尘轻油退出子组负荷设定奥里油燃料投入子组CCS控制图1APS机组自动启动功能框架图专题十、机组自启停APS系统专题第3页共9页专题十、机组自启停APS系统专题第4页共9页APS机组自动停机图2APS机组自动停机功能框架图①减负荷负荷30%设定给水子组燃油流量调节锅炉点火子组②最小负荷低加抽汽组高加疏水抽汽组汽机疏水组汽机疏水子组油燃烧器负荷程序CCS锅炉跟随负荷设定10%重油燃料切除组③解列锅炉疏水及排汽组发电机解列⑤真空破坏及燃烧器退出小汽机组停用组风组子组轻油停用组燃油组停用组汽机真空组停用组⑥停炉烟风系统组停用组给水组停用组炉水循环泵组停用组辅汽组停用组电除尘停用组凝结水组停用组④汽机跳闸汽机供油组汽机跳闸盘车组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：SCS锅炉/汽机顺序控制系统MCS/CCS机组自动控制系统FSSS锅炉炉膛安全监视系统DEH数字电液调节系统MEH给水泵汽轮机数字电液调节系统BPC汽轮机旁路控制系统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系统是APS投运最主要专题十、机组自启停APS系统专题第5页共9页基础。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。建立真空专题十、机组自启停APS系统专题第6页共9页初步设计如下的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）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)FSSS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，专题十、机组自启停APS系统专题第7页共9页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3000r/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（40％BMCR）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，专题十、机组自启停APS系统专题第8页共9页（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机组闭环自动控制系统完成机组模拟量的