大型火力發(fā)電廠APS設(shè)計(jì)及其工程實(shí)踐

　　概述
　　
　　APS（AutomotlcPiontStortupondShutdownControlsyste叫是火力發(fā)電廠機(jī)組在啟動(dòng)或停運(yùn)過(guò)程中使用的自動(dòng)控制系統(tǒng)，能夠按照熱力流程及設(shè)備運(yùn)行工況，進(jìn)行預(yù)定參數(shù)和進(jìn)程條件調(diào)動(dòng)控制系統(tǒng)中的順序控制系統(tǒng)（sequencecontrolsystem,SCS）、鍋爐燃燒器管理控制系統(tǒng)（burnermonogementsystem,BMS）、并通過(guò)調(diào)節(jié)過(guò)程參數(shù)來(lái)協(xié)調(diào)模擬量控制系統(tǒng)（modulotingcontrolsystem,MCS）、汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)（digltalelectric一hydroulicSystem,DEH）、給水泵汽輪機(jī)電液控制系統(tǒng)（micro一electro一hydroullCsystem,MEH）、旁路控制系統(tǒng)（byposscontrolsystem,BPS）、以及電氣控制系統(tǒng)（electrlccontrolsystem,ECS）適時(shí)參與機(jī)組的整體設(shè)備的啟動(dòng)或停運(yùn)。
　　
　　一、APS系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路
　　
　　APS對(duì)電廠的控制是應(yīng)用電廠常規(guī)控制系統(tǒng)與上層控制邏輯共同實(shí)現(xiàn)的。常規(guī)控制系統(tǒng)是指：閉環(huán)控制系統(tǒng)（MCS/CCS）、鍋爐爐膛安全監(jiān)視系統(tǒng)（FSSS）、順序控制系統(tǒng)（SCS）、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（OAS）、給水全程控制系統(tǒng)、汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)DEH）及電氣控制部分（ECS）等。在沒(méi)有投入APS的情況下，常規(guī)控制系統(tǒng)獨(dú)立于APS實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠的控制；在APS投入時(shí)，常規(guī)控制系統(tǒng)給APS提供支持，實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠的自動(dòng)啟／停控制。APS控制系統(tǒng)，根據(jù)機(jī)組的不同工況（冷態(tài)、熱態(tài)、溫態(tài)、極熱態(tài)）采用相應(yīng)的上層控制邏輯，通過(guò)XDPS的數(shù)據(jù)高速公路，發(fā)控制指令至SCS各組級(jí)（子組級(jí)）順控、MCS各相關(guān)調(diào)節(jié)回路、BMS油層（煤層）啟停邏輯、DEH控制回路、ECS控制邏輯。
　　
　　在具體的邏輯設(shè)計(jì)時(shí)，采用了模塊化、階段化、結(jié)構(gòu)化等組態(tài)方式。一方面更為清晰有效地實(shí)現(xiàn)了控制策略；另一方面也便于調(diào)試和修改，不至于出現(xiàn)一處邏輯修改而引起多處連鎖反應(yīng)的情況，提高了系統(tǒng)安全性。總體設(shè)計(jì)思想為：
　　
　　1.1邏輯模塊化。根據(jù)階段單元、步驟單元、信號(hào)單元、狀態(tài)顯示等各種完成特定功能的控制邏輯設(shè)計(jì)成模塊化，APS系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，盡量使用STEP、MSFT、ESM／A等模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。
　　
　　1.2謬步驟階段化。根據(jù)機(jī)組啟、停過(guò)程各斷點(diǎn)的設(shè)置情況，APS系統(tǒng)能將各工況步驟階段化，使其具有相對(duì)獨(dú)立的操作特性，以便操作員根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)進(jìn)行人工干預(yù)，但不影響其他步驟的執(zhí)行，如APS斷點(diǎn)設(shè)計(jì)過(guò)程中的斷點(diǎn)設(shè)備選擇有效地將系統(tǒng)設(shè)備投運(yùn)階段化。
　　
　　1.3判據(jù)條理有序化。一次判據(jù)、二次判據(jù)、反向判據(jù)、指令時(shí)間、允許時(shí)間、等待時(shí)間、判據(jù)在有效區(qū)及其對(duì)程序重定位的影響，都是APS充分考慮的因素，尤其在一個(gè)設(shè)備位置作為判據(jù)去影響幾個(gè)功能組執(zhí)行時(shí)的應(yīng)用。
　　
　　1.4程序試驗(yàn)和順控裝置投自動(dòng)所引發(fā)的程序重定位功能，可使順控裝置跟蹤機(jī)組的實(shí)際工況，使控制裝置在任何工況下投自動(dòng)均能適應(yīng)機(jī)組當(dāng)前狀態(tài)，不會(huì)誤發(fā)指令。如磨組啟動(dòng)是否投油根據(jù)系統(tǒng)在不同工況執(zhí)行相應(yīng)步序跳步。
　　
　　1.5規(guī)定MCS、CCS、SCS、FSSS、DEH、ECS等系統(tǒng)均根據(jù)APS系統(tǒng)的程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，并能與APS系統(tǒng)進(jìn)行良好的接口，接口標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、切換無(wú)擾，有利于APS上層邏輯與下層功能塊、設(shè)備控制獨(dú)立調(diào)試、修改。在APS系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制下，上述各系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)必要的相互協(xié)調(diào)功能。
　　
　　1.6APS系統(tǒng)對(duì)各階段及斷點(diǎn)的結(jié)束完成判據(jù)與啟動(dòng)允許條件必須全面、充分，根據(jù)設(shè)備各種工況進(jìn)行判斷，代表設(shè)備的真實(shí)工況，杜絕錯(cuò)誤判據(jù)。
　　
　　1.7APS系統(tǒng)除遵循下層所有的保護(hù)、聯(lián)鎖邏輯功能外，還應(yīng)有一定的事故處理能力及報(bào)警提示、人工干預(yù)手段，確保機(jī)組在安全可靠的方式下運(yùn)行。
　　
　　二、APS程序結(jié)構(gòu)
　　
　　程序結(jié)構(gòu)分為兩層：
　　
　　*層為：操作與邏輯管理，其作用為選擇和判斷APS是否投入，是選擇啟動(dòng)模式還是停止模式，以及顯示冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)還是極熱態(tài)啟動(dòng)方式。選擇哪個(gè)斷點(diǎn)及判斷該斷點(diǎn)允許進(jìn)行條件是否成立，使用不同的狀態(tài)顏色顯示斷點(diǎn)所處狀態(tài)。
　　
　　斷點(diǎn)操作為一個(gè)操作面板，其邏輯設(shè)計(jì)具有輸入信號(hào)和輸出信號(hào)。
　　
　　輸入信號(hào)有：斷點(diǎn)啟動(dòng)允許條件、斷點(diǎn)設(shè)備選擇、斷點(diǎn)啟動(dòng)／哲停／復(fù)位等。
　　
　　輸出信號(hào)有：斷點(diǎn)未運(yùn)行、斷點(diǎn)運(yùn)行步序、斷點(diǎn)順控結(jié)束、斷點(diǎn)完成狀態(tài)、斷點(diǎn)計(jì)時(shí)、APS指令輸出信息框、APS系統(tǒng)報(bào)警信息框等。在進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)先考慮到APS的操作方式及設(shè)計(jì)典型邏輯功能圖。
　　
　　第二層為：步進(jìn)程序，是APS構(gòu)成的核心內(nèi)容，即按照預(yù)定的操作順序逐一實(shí)現(xiàn)設(shè)備的啟停和控制。每步控制指令可以發(fā)送給一個(gè)或多個(gè)設(shè)備，該步操作全部完成后若相廟狀態(tài)反惴滿足該步完成要求，則轉(zhuǎn)到下一步執(zhí)行；若該步完成要求在上步完成時(shí)就已滿足，則不發(fā)送該步指令而直接跳到下一步。步序的自動(dòng)執(zhí)行過(guò)程可以由運(yùn)行人員暫停。執(zhí)行過(guò)程中，功能組顯示操作順序、設(shè)備狀態(tài)、當(dāng)前步號(hào)、執(zhí)行時(shí)間、功能組控制方式等信息，便于運(yùn)行人員監(jiān)視執(zhí)行情況。
　　
　　APS指令送到各個(gè)順序控制功能組實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能組的啟動(dòng)／停止，各個(gè)組啟動(dòng)／停止完畢后，均返回一完畢信號(hào)（完成條件判據(jù)）送到APS。
　　
　　APS功能構(gòu)架確定了APS啟動(dòng)的運(yùn)行管理模式，APS功能構(gòu)架確定后，熱控系統(tǒng)的其它各系統(tǒng)根據(jù)這個(gè)架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，確保熱控系統(tǒng)的各個(gè)邏輯功能滿足APS的啟動(dòng)／停止要求。
　　
　　三、利港電廠＃4機(jī)組APS系統(tǒng)應(yīng)用情況
　　
　　利港電廠介號(hào)機(jī)組原OCS控制系統(tǒng)為美國(guó)西屋過(guò)程控制公司（現(xiàn)已更名為艾默生過(guò)程控制有限公司公用事業(yè)部）的WDPF一Ⅱ分散控制系統(tǒng)；汽機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)為數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)DEH、MEH,DCS與DEH為一體化設(shè)計(jì)。此次OCS改造，采用新華控制工程有限公司的只。XDPS-400e控制系統(tǒng)，APS為這次改造OCS的一個(gè)重頭戲。
　　
　　依據(jù)利港電廠的實(shí)際情況，APS的設(shè)計(jì)考慮冷態(tài)、溫態(tài)啟動(dòng)各設(shè)置7個(gè)斷點(diǎn)，停止設(shè)置3個(gè)斷點(diǎn)。只有在前一斷點(diǎn)完成的條件下，通過(guò)所提供的按鈕確認(rèn)啟動(dòng)下一斷點(diǎn)，APS才會(huì)開(kāi)始下一斷點(diǎn)，在每一斷點(diǎn)的執(zhí)行過(guò)程中，均設(shè)計(jì)“啟動(dòng)／暫停／復(fù)位”邏輯以及超馳邏輯。
　　
　　啟動(dòng)的7個(gè)斷點(diǎn)分別為：
　　
　　凝器上水、除氧器加熱
　　
　　鍋爐上水
　　
　　吹掃點(diǎn)火及升溫升壓
　　
　　汽機(jī)沖轉(zhuǎn)
　　
　　并網(wǎng)及初負(fù)荷
　　
　　升負(fù)荷l（目標(biāo)100MW）
　　
　　升負(fù)荷2（目標(biāo)180MW）
　　
　　第7個(gè)斷點(diǎn)完成后，此時(shí)機(jī)組的啟動(dòng)已完成，機(jī)組負(fù)荷由CCS系統(tǒng)控制，APS退出。APS熱態(tài)、極熱態(tài)啟動(dòng)直接從第四個(gè)斷點(diǎn)一汽機(jī)沖轉(zhuǎn)開(kāi)始，到第七個(gè)斷點(diǎn)升負(fù)荷2（目標(biāo)180MW）結(jié)束。
　　
　　機(jī)組負(fù)荷升至操作員的設(shè)定值或由中調(diào)（AGC）給出的設(shè)定值方式。為了適應(yīng)隨后整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的全程自動(dòng)控制，CCS可根據(jù)負(fù)荷指令要求自動(dòng)地投切制粉系統(tǒng)，適應(yīng)不同的負(fù)荷要求。
　　
　　機(jī)組自動(dòng)停止程序設(shè)3個(gè)斷點(diǎn)，這3個(gè)斷點(diǎn)分別為：
　　
　　從180MW降負(fù)荷到100MW
　　
　　降負(fù)荷至10MW后手動(dòng)打閘汽機(jī)，發(fā)電機(jī)聯(lián)跳（逆功率）
　　
　　汽機(jī)投盤
　　
　　針對(duì)APS系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，工藝過(guò)程、控制系統(tǒng)出現(xiàn)的各種異常，設(shè)計(jì)APS故障處理程序如下：
　　
　　整個(gè)利港和機(jī)組APS工程進(jìn)展及里程碑如下；
　　




　　2009.3.24成立利港電廠＃4機(jī)DCS一體化改造小組
　　
　　2009.4.17一4.18APS啟動(dòng)開(kāi)工會(huì)議
　　
　　2009.4.20一4.303編寫APS系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能表
　　
　　2009.6.2一6.5利港電廠＃4機(jī)APS二聯(lián)會(huì)
　　
　　2009.6.15一6.19討論和審核APS系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能表印
　　
　　2009.6.22一11.6APS系統(tǒng)設(shè)計(jì)組態(tài)及仿真調(diào)試
　　
　　2009.11.1PS仿真驗(yàn)收印
　　
　　2009.11.16一12.6APS系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試及投運(yùn)
　　
　　四、功能及其意義
　　
　　APS是一個(gè)電站單元機(jī)組高度自動(dòng)化的控制系統(tǒng)，它是基于單元機(jī)組整機(jī)自動(dòng)啟停控制思想，建立在單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（CCS）、汽機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（DEH）、鍋爐燃燒管理系統(tǒng)（BMS）和鍋爐、汽機(jī)及相應(yīng)輔機(jī)順序控制系統(tǒng)（SCS）等系統(tǒng)之上的機(jī)組啟停管理系統(tǒng)，是機(jī)組啟停調(diào)度、信息管理與指令控制中心。ApS根據(jù)機(jī)組啟停曲線、按規(guī)定好的程序發(fā)出各個(gè)系統(tǒng)、子系統(tǒng)、設(shè)備的啟停指令，從而實(shí)現(xiàn)單元機(jī)組的自動(dòng)啟動(dòng)或停止。其功能相當(dāng)于一個(gè)智能運(yùn)行班組，在機(jī)組啟停階段承擔(dān)著運(yùn)行值長(zhǎng)、司爐、司機(jī)及司電的協(xié)同工作與運(yùn)行操作任務(wù)，達(dá)到的運(yùn)行機(jī)長(zhǎng)水平。
　　
　　APS是單元機(jī)組zui自動(dòng)控制技術(shù)，具有高度的復(fù)雜性，是OCS控制系統(tǒng)中所有常規(guī)子系統(tǒng)的統(tǒng)領(lǐng)。要實(shí)現(xiàn)APS，必然要求機(jī)爐側(cè)SCS、MCS、DEH、DEH、FSSS、CCS、BYASS，以及電氣側(cè)ECS等所有子系統(tǒng)的正確與完善，對(duì)系統(tǒng)設(shè)備提出更高的要求，對(duì)系統(tǒng)的重要測(cè)點(diǎn)如汽包水位信號(hào)要求全程可靠、測(cè)量正確，確保啟用APS滿足機(jī)組安全運(yùn)行的要求。
　　
　　實(shí)現(xiàn)機(jī)組APs功能在提高機(jī)組自動(dòng)化控制水平的同時(shí)，全面提高機(jī)組的運(yùn)行水平，主要體現(xiàn)在：
　　
　　完善聯(lián)鎖保護(hù)邏輯，提高機(jī)組長(zhǎng)期安全運(yùn)行水平；
　　
　　提高自動(dòng)調(diào)節(jié)品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)主要調(diào)節(jié)回路的全程控制，縮短啟停時(shí)間，提高機(jī)組長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平；
　　
　　規(guī)范應(yīng)對(duì)啟停過(guò)程中的故障工況，提高機(jī)組設(shè)備故障處理的正確率；
　　
　　操作規(guī)范，減少運(yùn)行人員的操作失誤；
　　
　　除機(jī)組正常啟停采用斷點(diǎn)控制外，可以靈活實(shí)現(xiàn)階段操作，減輕運(yùn)行人員的操作強(qiáng)度。