联合循环电厂自动启停系统的研究
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【摘要】现代大型火力发电厂设备数量多、容量大，运行参数高，控制系统的结构复杂，对机组运行人员的操作、运行状况判断水平要求严格。在机组运行特使是启、停过程中，如果靠运行人员手动推进，不仅容易发生误操作事故，而且极大的影响了机组运行的安全性和经济性。在电厂全面采用机组自动启停控制系统，可以提高机组启停的正确性、规范性，减轻运行人员的劳动强度，缩短机组启停时间，全面提高了整个电厂的自动化水平和运行管理水平。
0.概述
现代大型火力发电厂设备数量多、容量大，运行参数高，控制系统的结构复杂，对机组运行人员的操作、运行状况判断水平要求严格。在机组运行特使是启、停过程中，如果靠运行人员手动推进，不仅容易发生误操作事故，而且极大的影响了机组运行的安全性和经济性。
分散控制系统（DCS）在火电厂的应用已经非常成熟，不仅大大提高了控制系统的可靠性，也为火电机组自动化技术的发展提供了广阔的空间。热工自动化技术由简单的单回路、串级控制发展到多种控制理论结合的复杂控制，由机组的正常运行监控发展到全过程主动控制，由开、闭环独立控制发展到单元机组一体化控制。
随着国产主辅机可控性的不断提高，以及自动化技术的发展，如何在机组运行安全性的基础上提高运行的经济性，增强企业的市场竞争能力，是热工自动化发展的方向。机组自动启停控制系统（APS）作为提高自动化水平的有效方法之一，在本工程的应用将具有积极意义。
在电厂全面采用机组自动启停控制系统，可以提高机组启停的正确性、规范性，减轻运行人员的劳动强度，缩短机组启停时间，全面提高了整个电厂的自动化水平和运行管理水平。
1.应用APS的意义
机组自动启停控制系统的应用是个复杂的课题，涉及范围较广，启动过程从天然气调压站启动、循环水泵启动到机组带一定负荷，停止过程从当前负荷直到真空破坏、燃机停运。实现真正意义的机组自动启停，对于提高机组的控制水平和运行水平具有重要意义。
1.1 机组自动启停控制系统提高了机组的控制和自动化水平
机组自动启停控制是一种先进的控制理念，它涉及多种复杂控制策略。APS对电厂的控制是通过电厂底层控制系统和上层控制逻辑共同实现的。在没有投入APS的情况下，常规控制方式独立于APS实现对电厂的控制；在投入APS时，由常规控制系统实现APS的控制策略，实现机组的启动启停控制。APS将机组模拟量控制系统和顺序控制系统等各个控制系统整合起来，共同完成机组的启停任务。
联合循环机组是一个典型的多输入多输出控制系统，参数之间耦合性强，控制对象的动态特性差别较大，非线性严重。为了实现机组自动启停，就必须实现全程给水自动、燃机自动控制、汽机自动控制、旁路的自动控制等，这些控制系统的自动化水平都要求比不采用APS时的要求更高。APS的应用和实施，从本质上提高了机组的自动化水平和运行效率。
1.2 机组自动启停控制系统提高了电厂的管理水平和经济效益
机组自动启停控制系统实质上是对电厂运行规程的程序化，他的应用保证了机组主辅设备的启停过程严格遵守运行规程，减少了运行人员的误操作，增强了设备运行的安全性。
机组自动启停控制系统的实施，既是对主辅设备运行规程的规范化的过程，也是对控制系统优化的过程。APS的设计和应用不但要求自动控制策略要更加完善和成熟，而且对设备的维护管理水平提出了跟高要求。
APS的应用缩短了机组启停时间，优化的控制策略降低了启停过程中的燃料消耗，显然提高了机组运行的性。
1.3 机组自动启停控制系统的应用具有广泛的推广和应用价值
随着国家能源结构的调整，燃气联合循环热电联产将是国内电力系统发展的一个方向，机组自动启停控制系统的的研究和应用提高了机组控制水平，丰富了热工自动化的内容，对先进控制技术和理论的应用、研究起到了积极的推动作用。
2.实现APS需完成的工作
为了实现机组自动启停，需完成以下工作：
2.1确定自启停控制系统的设计框架
依据机组的启动和停运特性，制定机组自启停控制系统的整体框架，确定机组自启停所包括的范围、启停过程中所需的断点设置、各断点所含工艺系统及所实现的功能。
2.2基于APS的功能组控制技术
机组自启停控制系统下功能组并非一般意义上的顺序控制，不是简单地把相关的设备启动和停运，而是要确保相关系统安全稳定地投入运行，确保电机不过流、不过载，管路不发生冲击、振动等现象。凡是涉及模拟量控制系统的功能组，顺控要和模拟量控制密切配合，更好更快地将系统投入运行。另外功能组的设计功能上要具有独立性，功能组可单独使用且可安全平稳地完成系统的投入和退出，即使自启停控制系统不投入，功能组也能照常运行。
2.3 APS和其他系统的接口
APS和其他系统的接口是实现机组自启停控制的重要组成部分，尤其是APS与燃机/汽机控制系统、模拟量控制系统（MCS）全程控制的接口技术。只有在APS发出指令后，其他控制系统能顺利完成自启停控制系统所要求的功能，才能保证自启停控制系统的顺利投运，APS与燃机/汽机控制系统、MCS的接口技术是APS成功与否的关键。
2.4 特殊控制策略
对于联合循环机组，自动并汽、负荷分配、旁路控制是启停操作过程中的技术难题，因此在机组的启动和停运过程中会有一些特殊的要求，设计APS控制策略时需要特别注意。
2.5 APS调试技术
完成机组自启停控制系统的设计和组态，只是完成了整个自启停控制工作量的70%，APS调试任务占30%的工作量。为了顺利完成机组自启停控制系统的调试和投运，APS的调试包括仿真测试、静态调试和动态投运三个过程。为了顺利完成机组自启停控制系统的调试任务，需在机组的启动和停运过程中进行合理组织，在条件允许的情况下进行功能组和断点的调试和投运，在系统投运过程中不断修改完善控制系统设计，保证各子系统安全平稳地投运和退出。
3.APS总体设计原则
联合循环机组系统将主要分为两大部分：一部分为机岛侧的APS控制逻辑，该部分的自动控制功能在机岛自己成套控制系统中实现，自动化程度高，技术成熟，而且相对独立，能够完全实现燃机、汽轮机等系统的全自动启动和停止控制。另一部分为APS系统的主控制逻辑，完成全厂APS的控制，与机岛APS接口，对机岛系统发出启动和停止的控制指令。并对机岛以外的其它系统进行全自动控制，这部分控制功能在联合循环机组DCS系统中实现，也是整个APS系统设计和实施的重点和难点。
APS逻辑在设计上将主要采用模块化的设计思想，即根据机组辅助设备、炉侧高、中、低压系统，机岛设备等作为划分，将每一划分作为一个功能组，在功能组内部按照机组启动、停机要求通过逻辑设计来实现各功能组，也就是各系统划分的功能。另外，再通过功能组外部的主顺控逻辑将各功能联系起来，从而完成整个APS启动、停止的逻辑设计。
以功能组的方式来进行整个APS启停逻辑设计主要有以下几个优点：
（1）按系统划分来设计功能组，这样在逻辑设计以及具体实施过程中，思路清晰，目标明确。 （下转第95页）
（上接第87页）（2）各功能组逻辑相对独立，互不影响，为以后APS逻辑的进一步优化创造了条件。
在APS启动、停机人机接口监视画面的设计上，除了显示关键参数的实时变化情况外，还主要采用简洁、直观的流程图的方式，以主要顺控步骤为节点，显示了机组启动以及在启动过程中高/中/低压、再热管道的暖管过程，以及机组停机的完整顺控流程，使操作人员能够清晰、完整的监控整个APS启停机的过程，同时还能对机组关键参数的变化情况进行相对集中的监视，并设计了手动旁路功能，这一设计可以使运行人员根据机组的实际情况，对APS自启停顺控逻辑的执行做出灵活的处理，从而避免因某些不重要的设备异常而影响整个APS系统的正常执行。
按照机组的启动和停止过程，APS系统的控制逻辑将分为两个主流程：一是自动启动顺序控制流程，二是自动停机顺序控制流程。
机组启动顺序控制将主要涵盖了以下内容：
（1）机组启动前各辅助设备状态的检查，主要包括：仪用空气系统、循环水系统、辅汽系统、油系统、控制油系统等。
（2）机组启动前机侧、炉侧部分辅助设备、阀门的初始化。主要包括：锅炉给水系统、凝结水系统、锅炉加药系统，炉侧给水系统的初始化，以及高、中、低压、再热系统疏水阀门、减温水阀门、启动排气阀门初始化等。
（3）机组启动。主要包括：燃机启动、升速、并网，升负荷；锅炉启动；汽机启动，直至机组达到预设负荷。
机组停机顺序控制主要涵盖了以下内容：
（1）机组停机前各辅助设备状态的检查，主要包括：循环水系统、仪用空气系统、辅汽系统、凝结水系统等。
（2）机组停机前部分设备、阀门的初始化。主要包括：高、中、低压、再热系统疏水阀门、减温水阀门的初始化。
（3）机组停机。主要包括：机组减负荷、解列、降转速、投盘车，以及停余热锅炉，关烟囱挡板等。
4.结论
机组自启停控制系统（APS）绝不是将下层顺序控制系统（SCS）的各功能组进行简单的拼接和组合，而是充分考虑联合循环机组启停特性、主辅设备运行状态和工艺系统过程参数，通过向各系统功能组、燃机控制系统、汽机控制系统、旁路控制系统等发出控制指令，并及时的读取各系统的反馈信息，判断系统的运行状态，将功能组和设备有序的组织起来，实现机组的自动启动和停止。
APS系统的设计和实施是一个复杂的系统工程，必须与电厂的具体情况紧密结合，需要充分熟悉和掌握电厂各个系统的工艺流程和工作原理，并且要全面了解电厂运行人员的实际操作经验和需求，将理论和实际有机的结合。需要组织专人进行技术攻关，对机组的实际启动和停止过程进行全面深入的研究和分析，组织一批运行经验相当丰富的运行人员和几个对逻辑较为熟悉的热控人员参与，进行反复讨论和研究，这是相当重要的，需要运行人员提供相关准确的启停操作票及确定相关边界条件，还有APS断点的合理设置更需要运行人员确认。
自动启停代表着先进的生产力，是国内火力发电厂自动化提高和发展的一个方向，应用机组自动启停技术具有重要的意义。
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