张菁
中国电建集团江西省电力建设有限公司
【摘 要】在电厂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。本文主要介绍了APS方案的制定及实施过程，并着重分析了APS实施过程中遇到的难点及解决办法，以供参考。
【关键词】循环电站； APS； 方案制定； 实施
0 前 言
APS是指火力发电厂自动启/停机控制系统，能够按照火力发电的热力流程和设备运行工况，调动并协调各功能子系统进行预定参数、预定进程的控制，从而使得整个机组能够在极少的人工干预下自动、安全地完成启动或停运过程的自动控制系统。
马来西亚SABAH SPR 100MW燃机电站项目工程设计余热锅炉（HRSG）两台，为双压、无补燃、卧式、自然循环余热锅炉；燃气轮机（GT）两台，型号为NTG-PG6581B（露天布置）；蒸汽轮机（ST）为双压（带补汽）、单缸、冲动、直接空冷凝汽式汽轮机、室内布置；蒸汽发电机为空冷式同步交流发电机；燃气发电机为空冷式同步交流发电机。
1 APS控制方案的制定
根据现场设备情况及机组的运行特性，首先制定了ASP系统启停流程框架图（图1、图2），然后再分别根据机组各系统的运行特性细化了各层控制逻辑功能组。
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1.1 根据ASP系统启动流程图及电厂各系统运行特性和要求制定功能组步序，主要功能组步序如下：
1.1.1 APS启动模式选择功能组
1) 手动选择启动方式
根据机组启动运行要求，设计了3种运行方式可供选择，分别选择控制方式及控制路径。
a)1号燃机启动(其中可选择是否带汽轮机运行)；
b)2号燃机启动(其中可选择是否带汽轮机运行)；
c)1号燃机+2号燃机+汽轮机二拖一启动。
2) 判断余热锅炉及蒸汽轮机的启动模式
余热锅炉有三种模式方式：冷态、温态、热态。 余热锅炉启动方式的判是根据锅炉汽包压力和锅炉给水温度来判断。
蒸汽轮机的启动有三种启动方式：冷态、温态、热态。 蒸汽轮机启动方式的判断是根据汽轮机第一级金属温度决定。蒸汽轮机的不同启动方式主要体现在汽轮机暖机转速的选择，升速率选择和初负荷暖机时间不同。
1.1.2 余热锅炉（HRSG）启动功能组步序
1）启动凝结水功能子组，自动控制除氧器水位在800mm；启动高压给水功能子组，控制高压汽包水位在启动水位；启动低压给水功能子组，控制低压汽包水位在启动水位。
2）开锅炉侧高、低压主蒸汽电动阀；开锅炉高、低压过热蒸汽排空电动阀；关汽机侧高、低压主汽电动门；开高、低压主汽疏水电动阀；开锅炉高、低压主汽疏水电动阀。
3）启动烟气功能组，开锅炉三通档板门（置数10%）；开锅炉三通档板门挡板密封风系统（密封风机任一台启动）；投入密封风机联锁按钮。
1.1.3 汽机启动功能组步序
1）当主汽温度> 150℃及主蒸汽压力> 1.0MPa时，启动轴封功能子组（启动轴封风机且投备用联锁；轴封高压供汽调节阀投入自动且前轴封入口压力在20~70Kpa范围内；轴封高压减温水喷水调节阀投入自动且轴封蒸汽温度在120~250℃范围内；轴封溢流调节阀投入自动）。
2）启动真空泵系统步序（关闭真空破坏门；启动真空泵且投备用联锁；等待真空低于-60KPa；空冷系统启动）。
3）高压旁路和低压旁路系统投入自动。
4）启动汽机（允许条件：主汽温度-汽机内壁温度>55℃；主汽温度>325℃；主蒸汽压力>2.5MPa；高压主汽电动门全开；低压主汽电动门全开；GT 负荷>5MW；汽机高压旁路电动调节阀 >5%；蒸汽化学品质合格；汽机挂闸）。
5）汽机同期并网；升负荷；汽机投入压力控制模式（ST负荷 >3MW，高压旁路压力调节阀<4%）。
6）低压补汽系统投入。
1.1.4 余热锅炉（HRSG）停止功能组
通过自动调节旁路烟囱挡板门和主汽旁路门开度平稳降低汽轮发电机组负荷。当负荷下降到10% 后，完全关闭旁路烟囱挡板门。
1.1.5 汽机停止功能组
与余热锅炉同步降负荷，当负荷降至3% 时，提示运行人员按汽机停机按钮，发电机程控逆功率保护动作，发电机出口断路器跳闸同时励磁退出，机组转速逐步降低，先后连锁启动交流润滑油泵和顶轴油泵，当机组转速为零时自动启动盘车装置。
在汽机跳闸后，进行后续辅机及空冷系统停机（是否需要锅炉保温、保压和保持真空度），程序继续执行将通过判断主汽温度、压力、汽包水位、汽轮 机汽缸温度等条件，自动停止相应设备，此过程需要时间比较长，运行人员可以根据实际情况对各个辅机设备自行进行启停操作；若不需要进行后续辅机及空冷系统停机，运行人员可直接选择跳过相关步骤，完成此项APS自动停机流程，而后根据实际情况手动启停相应的辅机设备。
2 APS控制方案的实施
APS方案的实施要完成以下几项工作：
2.1根据制定的控制功能组，完成APS程序组态工作，同时设定人为干预手段及必要的控制逻辑。
APS对电厂的控制是通过底层控制逻辑功能组和上层控制功能组逻辑共同实现的。进行逻辑组态时，各功能组即是一个独立控制程序，又是整套控制系统的一部分，我们要合理、有序的把它们组合在一起。
为保证APS启动过程中机组的安全稳定，在启停过程中要设置逻辑控制断点，断点设置可根据机组的实际情况和运行习惯来设置。
在本机组启动过程设置了6个断点：
1) 机组启动准备断点（锅炉、燃机、汽机各辅助系统启动，启动前条件检查）。
2) 燃机启动断点（燃机点火，升速；并网、带初负荷； HRSG 升温、升压）。
3) 蒸汽轮机启动断点 （蒸汽轮机冲转、暖机、升速至同期转速）。
4) 蒸汽轮机并网 蒸汽轮机发电机（STG）励磁升压，同期并列、带初负荷暖机。
5) 升负荷1 （ST 高、低压蒸汽进汽/并汽； 高、低压旁路控制）。
6) 升负荷2 （升负荷至目标负荷）。
停止过程设置了5个断点：
1）HRSG停止（第一台 HRSG 停止，第二台 HRSG 停止）
2）汽轮发电机跳闸
3）燃机解列(第一台燃机解列，第二台燃机解列)
4）机组停止(真空系统、空冷系统等辅助系统停止）
2.2 完成APS程序组态工作后，要进行仿真试验，通过逻辑模拟启机条件和停机条件来测试各个功能组能否实现其功能且顺利过渡到下一步序，直至启停步序的完成。
2.3 带设备进行APS控制系统的动态试验，进一步检测程序的正确性，及时解决发现的问题。
2.4 在正式投用APS前，必须将机组模拟量控制系统和顺序控制系统等各个控制系统调试好，例如给水自动控制、燃机自动控制、汽机自动控制、旁路的自动控制、空冷系统顺序控制系统等，而且要求响应更快，控制更稳定。
2.5 APS正式投用时，实时监控APS运行进程，当机组出现与正常运行特性不匹配的运行工况， 要灵活运用断点逻辑人为干预机组运行进程，保证机组安全稳定的回归到正常范围。
3 难点及解决办法
3.1 原设计旁路烟囱挡板门是开关式电动门，不带调节功能，APS控制系统在这种情况不能实现。
解决方案是对旁路烟囱挡板门进行了改造，使其变为点动式电动门，通过控制指令脉冲时间的长短来控制挡板的行程，实现了调节功能。但其开关挡板时，挡板存在行程死区，后经过多次挡板开关试验，发现挡板行驶一段行程后，向反方向发两秒脉冲可以达到行程精度要求。
3.2 给水全程控制
在给水控制过程中， 发现了从汽包上水， HRSG启动过程中汽水膨胀阶段汽包水位出现虚假水位，难以控制的问题；启动给水调阀和给水主调阀的切换问题。
我们对上述问题的处理见如下方案：
3.2.1 汽包启动水位的确定。在锅炉上水阶段，将汽包水位控制切换至给水流量控制方式，按某流量值持续向汽包上水直至启动水位（-300mm）后关闭调门。在燃机启动点火后锅炉启压阶段：当汽包开始膨胀后，将执行水位设定值跟踪实际值的操作，调门仅维持保证省煤器最小流量的开度；当锅炉继续升温升压蒸发量达30％以上或汽包压力上升量达到某定值后，则判断汽包水位膨胀结束，将给水调门控制无扰切换到正常零水位控制.。
3.2.2 启动给水调节阀与主给水调节阀分程控制。当锅炉蒸汽流量在30%以下时，使用启动给水调节阀控制汽包水位，其调节方式为单冲量控制；当锅炉蒸汽流量大于30%时，无扰切换至给水主调阀控制水位，其控制模式为三冲量控制。
3.2.3 优化PID控制参数。给水控制逻辑的水位控制都是根据水位偏差（实际水位与设定水位的差值）来调节的，建立水位偏差和PID参数的函数关系。当水位偏差较小时，放大比例系数，提高响应速度。当水位偏差较大时，适当缩小比例系统，增加积分时间，减小超调量。这样提高自动控制的响应速度和稳定性，有利于机组的稳定运行。
3.2.4 汽包水位膨胀判断逻辑
余热锅炉炉水膨胀采样点为汽包压力，例如监视高压汽包炉水膨胀就取高压汽包压力，炉水膨胀结束判断条件为燃机点火后且汽包压力大于15bar。炉水膨胀结束的作用就是将汽包水位设定值，从启动水位设定值切换到正常水位设定值。
3.3 二拖一机组实现全程旁路控制
全程旁路控制实现时有一定的难度，进过多次试验，总结出几条技术要点：
1) 按燃机输出功率决定旁路最小压力设定值，燃机负荷通过函数发生器运算得到旁路最小压力设定。
2) 在配合余热锅炉升温升压过程中通过升压速率的限制来控制旁路门开度，取得合适的升温、升压速率。
3)蒸汽压力由旁路控制转向汽机控制，设计一个旁路顺序关闭功能组，实现控制功能的切换。
4) 用旁路系统实现平滑的并汽过程，当第一台余热锅炉已启动，保持一定压力运行时，第二台余热锅炉的工作模式是不进入“最小压力模式”，而以母管压力作为旁路压力设定值，配合机组并汽。
5) 当机组甩负荷时，快速将旁路阀开到一定开度 （保持一定时间），开度大小是当时蒸汽流量的函数。以此来稳定系统压力。
6）为实现旁路全程控制，旁路的参数设定必须与机组运行参数取得一致，需要取得如下参数:高/低压旁路最低压力设定值；高/低压旁路不同蒸汽压力的升压速率函数；高/低压旁路不同蒸汽流量的阀门开度函数。
4 结束语
APS方案的制定及实施一项复杂的、综合性的系统工程。在实施过程中，需要各专业人员协作，充分掌握电厂各系统的工艺流程及工作原理，对机组的启停过程深入研究分析，并反复试验，优化控制逻辑及控制参数。APS控制系统的实现，减轻了运行人员的劳动强度，缩短了机组启停时间，全面提高了整个电厂的自动化水平和运行管理水平。
【参考文献】
[1]王亚平.三菱二拖一联合循环机组APS研究与应用[J].华北电力大学论文,2017.6
作者简介
张菁，工程师，中国电建集团江西省电力建设有限公司，电话13970022219 ，邮编330001