基于LM2500+G4燃机的联合循环机组APS的研究与应用

上海华电闵行能源有限公司 周金顺 华电电力科学研究院有限公司 刘 翔 张 方

1 APS概述

机组自启停控制系统作为火电厂的一种高级控制系统，能有效提升机组的自动化水平，减轻运行人员在机组启停过程中的的工作强度，提高资源的利用效率[1-2]。

机组自启停系统（Automatic Plant Start-up and Shutdown System，简称APS）是根据机组工艺流程在启停过程中的需要，对机组工况全面、准确、迅速的检测，并通过对大量条件的逻辑判断，按设计好的程序向各功能组发出启动和停运命令，以实现发电机组的自动启动或停运[3]。火电机组的启机方式按主设备所处工况分为冷态启动、温态启动、热态启动和极热态启动。停机包括锅炉、汽机的停机操作以及发电机的解列操作。APS系统针对不同的启动方式及停运过程给出相应的启停措施。断点的设置有效弥补现场设备的功能局限[4]，在APS系统设计中需要重点考虑。

2 APS系统功能设计

APS作为机组启动的整体控制中心，主要是按照预定程序向系统、设备发指令，并与MCS、TCS、DEH、SCS、BP系统及其它控制系统配合来实现机组的一键启停功能，其实现功能有：一键启动、停止，断点、跳步，投入、切除，操作画面显示，故障报警及恢复。

2.1 框架设计

上海华电闵行公司二期改造项目第一阶段机组装机规模为67.38MW，建设二台GE公司的LM2500+G4型燃气轮发电机组（31.247MW，ISO工况）、二台余热锅炉和二台背压式汽轮机发电机组（2.45MW），采用“一拖一”模式。机组的APS功能由TCS系统和DCS系统共同完成。

APS主要由三部分组成，一是TCS系统APS控制逻辑，由燃机本身具备的一键启停逻辑及其与DCS系统的接口及相应逻辑组成；二是DCS系统主网APS控制逻辑，主要包括APS主控逻辑、机组各子系统的顺控逻辑，其由独立设计的一对DPU通过网络及硬接线等连接方式实现对各子系统的控制，从而实现APS功能。这部分逻辑是机组实现APS功能的主要部分；三是DCS辅网APS控制逻辑，实现空压机、调压站、化学制水等系统的自动控制，从而实现整体APS功能。

APS各部分的功能实现，具有跨控制系统、跨控制器、多系统调用的特性，各系统、控制器之间的信号通信接口设计对实现APS功能具有重要意义。根据DCS网络配置，拟采用APS控制器接入DCS主网冗余交换机的方式，实现与DCS主网、辅网的数据交互，再通过DCS主网控制器的桥梁作用，实现与TCS系统的数据交互，从而实现与整个机组控制系统的数据交互，达到控制整个机组的目的。

2.2 断点设置及APS逻辑设计

考虑当地电网负荷控制对机组控制过程的影响以及机组安全的需要，机组APS启动控制程序拟设置5个断点，分别为燃机的启动确认断点、燃机发电机并网确认断点、汽机的冲转确认断点、汽轮发电机并网确认断点、供热确认断点。APS启动指令发出后，机组按设定步骤进行条件检查并逐步启动相应设备，直至满足燃机启动条件并点击确认按钮后，程序才发启动指令启动燃机。同理，燃机发电机并网前、汽机启动前、汽轮发电机并网前及供热并网前也同样需要进行人工确认。

为实现机组APS功能，机组在APS系统框架设计基础上对各子系统控制逻辑应进行逐步细化及验证。APS逻辑设计是在各子系统的顺序控制以及模拟量控制逻辑准确、可靠的基础上进行的统筹及优化。逐步细化各子系统顺控逻辑，优化各子系统模拟量控制回路参数是实现机组APS功能的重要环节。

3 APS启动步序设计

APS启动过程设置5个断点，启动前需人工确认以下事项：化学制水正常；开式水系统阀门状态、设备送电情况等检查完毕；闭式水系统阀门状态、设备送电情况等检查完毕；汽机油系统阀门状态、设备送电情况等检查完毕；汽机盘车系统设备送电情况等检查完毕；除氧器上水系统阀门状态、设备送电情况等检查完毕；低压、高压汽包上水系统阀门状态、设备送电情况等检查完毕；燃机进气冷却水系统阀门状态、设备送电情况等检查完毕；燃机系统阀门状态、设备送电情况等检查完毕；主蒸汽管道、疏水系统、高、低压旁路系统阀门状态、设备送电情况等检查完毕；汽机本体检查完毕；盘车手动啮合，确认盘车在啮合状态。

APS启动后机组自动检查确认条件：检查锅炉、汽机侧蒸汽管道阀门都在关闭状态，若不是则进行关闭；检测锅炉、汽机侧主要疏水门，若不在打开状态则打开疏水门。机组自动检查确认后、燃机点火确认前，机组运行依次进行以下过程：启动开式水系统；启动闭式水系统；启动汽机油系统；启动盘车系统(手动啮合，远方启动)；启动减温水泵系统；除氧器上水；启动锅炉给水泵；低压汽包上水、高压汽包上水；启动燃机进气冷却水系统。

燃机点火确认后、并网确认前机组运行过程为：启动燃机点火、投轴封系统、主蒸汽升温升压、启动汽机旁路系统；燃机并网确认后，进行燃机发电机并网操作及发电机升负荷（带初负荷），汽轮机进行挂闸操作；汽机挂闸后等待汽机冲转确认，待条件满足并人工确认后汽机按照预设转速值进行冲转；汽机定速并达到并网条件，待人工确认后汽轮发电机进行并网操作，汽机发电机升负荷；待机组稳定运行后，可确认投供热进入供热模式。至此机组的APS启动过程完毕。

4 APS启动系统实施要点及实施效果

APS控制方案需反复验证及优化，在实现APS启动功能时应注重以下要点：

模拟量控制回路优化。为实现APS对各子系统的有机协调调用和控制，必须对包括高压汽包水位控制、低压汽包水位控制、除氧器水位控制、机组负荷控制、主蒸汽压力及温度控制、供热蒸汽压力及温度控制等与APS相关的模拟量控制回路控制进行控制参数和切入条件的优化，并充分考虑控制策略在整个控制过程中适用性，使其符合APS控制要求，实现APS功能。

整体控制策略优化。APS控制对象为整个机组，APS功能在设计、调试、应用阶段均需不断优化其控制策略，针对每一子系统控制应逐步细化、不断验证，使其具有更好的鲁棒性，使其APS控制策略在常规工况及特殊工况中均能满足机组启停机控制要求，使机组整体APS功能更加完善。

通过APS的实施优化了机组启动过程中的系统运行工况，提高了机组运行效率，机组每次启机时间平均减少30分钟。同时通过APS逻辑程序化控制，大幅度提高了机组自动化水平，降低了在机组启停时的操作量和人员操作失误的可能性。