1 000 MW超超临界直流机组自启停控制系统关键技术及调试

陆 梁 上海电力建设启动调整试验所



1 000 MW超超临界直流机组自启停控制系统关键技术及调试

陆 梁 上海电力建设启动调整试验所

摘要：介绍了国内超（超）临界直流机组自启停控制系统实现的关键技术及解决方案，通过合理设计的自启停控制系统程序，实现机组自动启动与停止的功能。超（超）临界机组自启停控制系统的调试是一项系统工程，需要各参建方的密切配合，为此提出了调试中应关注的重点，确保自启停控制系统的调试的顺利实施与机组自动启动与停止的功能的实现，为今后基建阶段超（超）临界机组的APS功能试验提供设计与调试经验。

关键词：超临界机组；自启停控制系统；调试方法

随着我国越来越多的高参数、大容量百万千瓦超超临界机组的投运，能耗降低，百万千瓦超超临界机组已逐步成为国内电力系统的主导机组。新建机组为保证机组主、辅机设备的启停过程中严格遵守运行规程，减少运行人员的误操作，需要增强主、辅机设备启停及运行的全程自动化水平，APS启停也越来越成为追求的目标，也是工程创造亮点的方向之一，因此，单元机组自动启、停控制（APS）技术作为提高自动化水平的重要方案，也成为了火电厂自动化控制技术发展的一个趋势。这些新技术的运用将保障机组投产之后安全、可靠、长周期的运行，同时在百万千瓦超超临界机组自启停控制系统设计和调试中积累的经验，丰富了热工自动控制的内容，对其他类型机组自启停控制系统的设计和调试具有重要的参考价值。

1　机组自启停控制 （APS）的内涵

单元机组自启停控制 （APS）是根据单元机组启停过程中不同阶段的需要对锅炉、汽轮机、发电机、辅机等系统和设备工况进行检测和逻辑判断，并按预定好的程序（带有若干断点）向顺序控制系统各功能组、子功能组、驱动级以及模拟量控制系统（MCS）、汽轮机数字电液控制系统（DEH）等各控制子系统发出启动或停止命令，从而实现单元机组的自动启动或停止。同时，相关的保护联锁逻辑能使主辅机在各种运行工况和状态下，自动完成各种事故处理。

2　机组自启停控制 （APS）的关键技术

2.1APS启停过程

APS的机组启动过程一般分为6个阶段：辅助系统启动阶段（机组冷态启动前准备）、冷态冲洗及锅炉上水阶段（锅炉点火前准备）、锅炉点火阶段、锅炉升温升压阶段、汽轮机冲转、机组并网及带初负荷机组阶段 、升负荷阶段。

APS停止程序的阶段一般分为3个阶段：降负荷阶段、机组解列阶段、机组停运阶段

2.2APS的关键技术与解决方案

2.2.1各控制系统间的接口信号

为实现机组自动程序启停的要求，要对整个热力、电气系统的设备配置、锅炉、汽轮机等主要设备的特性等进行研究，同时对模拟量控制系统（MCS）、燃烧控制系统（FSSS）、顺序控制系统（SCS）、汽机控制系统（DEH）、汽泵控制系统（MEH）、高低旁路控制系统（BPS）、电气控制系统（ECS）等控制系统的相关控制方案进行优化改进，解决各子系统程序控制及控制系统间联络信号等接口问题，并在机组启动过程中进行调整。

2.2.2磨煤机全程启停控制

磨煤机程序控制的研究主要解决启动时的暖磨、停运时的吹扫等问题，确保磨煤机自动全程启停。

常规的模拟量控制系统设计为：热风门控制一次风流量，冷风门控制磨煤机出口温度。为实现磨煤机自动暖磨启动的问题，需要采用磨煤机启动过程中冷风门控制一次风量，热风门控制磨出口温度模式；当给煤机启动后，再切换到冷风门控制磨出口温度，热风门控制一次风量的正常控制模式

2.2.3风烟系统的全程控制

风烟程控自动主要解决并风机时的控制、全程自动调节的设定值等。

可采用先将送引风机全部启动，再开始拉升引风静叶到炉膛压力达一范围后投自动，然后再拉升送风动叶到总风量达30%～35%后投自动，随后总风量设定值跟随锅炉主控，这样避免了自动并风机难点，解决了并风机时的控制，实现送引风机全程自动调节。同理，在制粉系统准备组级程控中的一次风机启动也可采用同样的办法。

2.2.4给水系统的全程控制

给水控制系统实现全程自动控制主要解决汽动给水泵程控启动、锅炉上水、自动并泵、给水旁路阀控制与汽泵转速控制的配合和切换，以及干湿态切换等问题。

（1）汽动给水泵程控启动可采用模拟人工启动时在汽泵控制系统（MEH）上的操作，通过程控步序发指令给MEH执行，当MEH与分散控制系统（DCS）采用一体化设计时，事情比较简单，否则DCS与MEH的采用的通信设备必须具有读写双向功能，便于DCS进行程控编程，同时DCS 与MEH的通信设备应尽早调试。

（2）为解决锅炉上水、干湿态切换等问题，应设计采用增加给水主控回路的整体架构，给水流量的设定值由给水主控回路给出，干湿态设定值由不同的回路产生，启动时给水流量设定值赋予给水旁路阀，主给水阀切换后赋予给水泵。采用启动时给水旁路阀控制给水流量，给泵控制给水压力，在满足一定条件下（如给水旁路阀开度大于85%、差压小于3 MPa、主阀离开关位，给水流量大于850 t/h等），自动开启主给水电动门，切换到给泵控制给水流量的正常模式这种方法，在调试过程调整给水旁路阀与给水泵流量控制切换点，这样就能完全实现给水全程控制的无扰自动切换。

（3）可采用程控方式进行给水泵的自动并泵，当机组启动到需要启动第二台给水泵时，进行并泵时执行自动并泵子程序，先保持投用给泵自动，先拉升需要并入给泵转速到给水母管压力，然后开给泵出口门，投入并入给泵自动，然后自动消除两台给泵转速偏置，完成自动并泵。这种程控方式的控制本质上模拟了人工并泵与解列 ，不需要加装给水泵再循环流量装置，实际上由于给水泵出口压力与除氧器压力有巨大的压力差（30 MPa），即使加装给水泵再循环流量装置也无法测量准确。

2.2.5模拟量自动控制的全程投用

为解决设备模拟量自动控制的全程投用，采用在启用过程中，通过相应的程控步序，切换到设备操作模块的跟踪回路，跟踪回路中使用重新设计的PID回路控制被调对象，因为不同的阶段设备控制的对象、目标、精确度都有可能不同，这样做既能控制设备动作的幅度与速率以及被控对象的目标位（设定值），又不影响自动回路的正常模式下的使用（不执行程控时不会跟踪到增加的控制回路）。如凝汽器补水、除氧器上水、锅炉上水、风烟程控中的风机动叶拉升、磨煤机子程控磨煤机启动过程中冷风门控制拉升到一次风量，热风门控制磨出口温度、给泵自动并泵程控中的拉升给泵转速到给水母管压力、自动消除二台给泵转速偏置等都采用了此方式。

2.2.6燃料控制的全程自动控制

燃料控制全程自动控制主要解决锅炉启动初期升温速率控制问题等，使燃料控制能够尽早投入，因为机组负荷到达40%后，机组负荷由协调控制系统控制，可不再由APS系统控制。

可采用燃料量控制的指针管理，设置一定的条件，如分离器温度，炉膛烟温、主汽温度压力、给水温度等，当到达一定的条件，燃料以一定的速率增减到某个目标，其增减速率也由定义的条件决定，这些条件往往根据机组的不同配置决定。

2.2.7高低压加热器自动投入

加热器的启动往往随汽机启动而投运，自动投运的难点在于刚启动时加热器液位难以建立，因此加热器的抽汽电动门最好可改为调节门，可控制其开度及开关速率。

2.2.8主汽温、再热汽温全程自动控制

主汽温、再热汽温常规采用减温水串级控制方式，这种方式控制精度较高，调试方便，但低负荷时往往控制不好，可采用SMITH预估的动态前馈等先进控制方案

2.2.9辅汽系统中老厂、四抽、冷再等汽源的自动切换，解决备用汽源的暖管问题等。

辅汽压力的稳定也是机组运行稳定的关键之一，辅汽系统的供汽对象有给水泵、除氧器加热、等离子磨煤机暖风加热等，控制辅汽压力的设备有老厂（或其它机组）、四抽、冷再等，这些辅汽汽源的控制要综合考虑才能保障辅汽压力的稳定。

2.2.10汽轮机的自动启动（ATC）要实现机组的APS启动，汽轮机控制系统能否实现汽轮机的自动启停尤为关键，我国目前的汽轮机控制系统控制方案往往由汽轮机厂家实施，因此在设备招标中应重点考虑汽轮机ATC的功能及其业绩。

2.3APS总体设计思路

APS总体设计思路一般以主程控、组级程控、子程控进行三级设计，每级每个控制都应设有程控手自动切换按钮，程控切为手动时，能单独执行本程控，程控切为自动时，本程控由上级程控调用。因此分合自如才能提高机组程控使用的实用性与安全性。

3　机组自启停控制 （APS）的调试技术

超（超）临界机组自启停控制系统的调试是一项系统工程，机组自动启停控制的实施，既是对主辅设备运行操作的规范化，也是控制系统优化的过程，需要各参建方业主、设备制造商、设计、安装、调试的密切配合，才能确保自启停控制系统的调试的顺利实施与机组自动启动与停止的功能的实现。

3.1准备阶段

（1）业主应成立采取组织措施，依靠组织架构领导牵头，解决设计、设备、安装、调试、生产各阶段出现的问题，同时APS调试会经常启停以验证程序的正确性、合理性，因此要为APS调整试验准备合理的工期、费用

（2）设计单位应根据实际情况尽早组织有关参建方共同优化APS启停程序，合理设置断点，使程序设计符合实际运行要求，缩短启停时间，降低启动成本。

（3）必须事先完成编写按APS启停方式的相关分系统的启动检查卡，以及安全注意事项或危险源辨识等文件，并在APS相关的组级程控、子程控调试时不断完善这些文件。

（4）调试单位应全面了解锅炉、汽轮机以及各辅助热力设备的设计、运行及控制要求，编制至少组一级程控的试验方案或措施，并组织建设、运行、设计、施工等有关单位进行审查，经批准实施。

3.2实施阶段

（1）在调试过程中坚持执行“单体操作必须在DCS上进行且相关保护系统投入，系统启动必须使用程控启动，试运过程中根据机组实际调试情况尽早投入自动，优化调节品质，提高自动化水平”的原则 。

（2）在APS调试期间，每日组织召开APS协调工作会议，每日通报调试进展，交底当日工作要求、安装单位重点消缺项目与安全注意事项，计划下一工作日调试工作，以APS调试为龙头，能提高整个工程的管理水平，使各参建单位协同工作，使整个工程高水平、高质量的完成。

（3）自动控制逻辑不仅考虑稳态投用时的调节品质，也要考虑启动停止过程的调节功能，优化自动控制在各种工况下的调节品质，保障自动控制符合APS的要求

（4）APS启停程序调试应分为静态启停试验与动态启停试验，试验过程必须进行验收，最大程度满足实际运行

（5） 调试过程严格执行安全管理制度，所有设备试运均必须在保护校验完毕的情况下在DCS上启动；分系统调试程序必须进行安全技术交底签字，完成程控模拟试验；坚持分系统启动前按程序启动方式进行，但事先必须组织人员进行危险源辨识与风险评估，程序启停时组织人员进行现场监护，保障人员与设备安全。

4　结论

（1）机组自动启、停控制（APS）技术是火电厂自动化控制技术发展的一个趋势，本文例举了自动启、停控制（APS）技术在设计中主要的技术难点，介绍的解决方案能基本解决这些关键技术难点，良好的程序设计是试验成功的关键。

（2）APS的调试过程能促进了工程管理与安装消缺管理。以APS调试为龙头，提高了整个工程的管理水平，使整个工程高水平、高质量的完成。

（3）促进了运行管理与培训，完成的APS相关分系统的启动检查卡以及安全注意事项等所形成的文件为机组投产后运行提供指导，为运行管理、培训提供了依据。

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

［作者简介］

陆梁：（1968-），男，本科，高级工程师，从事电厂热控调试与研究。

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