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        自動(dòng)啟??刂葡到y(tǒng)(APS)在聯(lián)合循環(huán)電廠中的應(yīng)用

        2015-04-01 08:15:58徐振華徐麗梅
        吉林電力 2015年3期
        關(guān)鍵詞:汽機(jī)斷點(diǎn)旁路

        徐振華,徐麗梅

        (1.中國(guó)華電工程(集團(tuán))有限公司,北京 100160;2.中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)東北電力設(shè)計(jì)院有限公司,長(zhǎng)春 130021)

        電廠實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟??刂葡到y(tǒng)(APS)可以提高自動(dòng)化和運(yùn)行管理水平。隨著近些年馬來(lái)西亞沙巴州經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,電力缺乏問(wèn)題日益突出,為緩解當(dāng)?shù)仉娏θ狈Φ拿?,決定投資建設(shè)190 MW 聯(lián)合循環(huán)電站。本工程APS的應(yīng)用極大地提高了電廠的自動(dòng)化水平,大大降低了運(yùn)行操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

        1 工程概況

        電站位于馬來(lái)西亞沙巴州亞庇市工業(yè)園內(nèi)。本工程系新建工程,建設(shè)規(guī)模為一套190 MW 級(jí)“二拖一”、“6FA”系列燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組。本套機(jī)組包括2臺(tái)PG6111FA 型燃?xì)廨啓C(jī)、2臺(tái)余熱鍋爐和相關(guān)的輔助設(shè)備、1臺(tái)蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組和相關(guān)的輔助設(shè)備,組成2+2+1聯(lián)合循環(huán)機(jī)組,機(jī)組凈出力為190 MW。

        燃?xì)廨啓C(jī)是室外布置,燃燒天然氣,輕柴油作為備用燃料;余熱鍋爐是露天布置、雙壓、自除氧、自然循環(huán)臥式;蒸汽輪機(jī)是室內(nèi)布置,功率為75 MW,雙壓、空冷式。

        根據(jù)設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工(EPC)合同要求機(jī)組可以實(shí)現(xiàn)9種運(yùn)行工況(見(jiàn)表1),包括任意1臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的單循環(huán)、單臺(tái)機(jī)組的聯(lián)合循環(huán)和2臺(tái)機(jī)組的聯(lián)合循環(huán)等。

        表1 機(jī)組運(yùn)行工況

        2 APS設(shè)計(jì)原則

        本工程機(jī)組控制系統(tǒng)由1套800XA 分散控制系統(tǒng)(DCS)和2套MARK VI控制系統(tǒng)組成。燃機(jī)發(fā)電機(jī)組及其輔助系統(tǒng)主要由MARK VI控制系統(tǒng)監(jiān)控,并將主要控制功能集成到DCS中,余熱鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)及相關(guān)輔機(jī)納入DCS 監(jiān)控。通過(guò)DCS實(shí)現(xiàn)燃機(jī)、余熱鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)整個(gè)聯(lián)合循環(huán)電廠的集中監(jiān)控,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個(gè)聯(lián)合循環(huán)電廠的APS功能。

        DCS主要功能包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)、順序控制系統(tǒng)(SCS)、開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)(OLCS)、閉環(huán)控制系統(tǒng)(CLCS)、電氣控制系統(tǒng)(ECS)、汽機(jī)數(shù)字電液控制(DEH)系統(tǒng)及其他輔助控制系統(tǒng)。

        機(jī)組的9種運(yùn)行工況(見(jiàn)表1):3種工況為單循環(huán),5種工況為聯(lián)合循環(huán),1種工況為停機(jī)狀態(tài)。單循環(huán)工況可通過(guò)MARK VI控制系統(tǒng)對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行自動(dòng)啟??刂?,本工程APS設(shè)計(jì)主要針對(duì)聯(lián)合循環(huán)運(yùn)行工況進(jìn)行設(shè)計(jì)。

        為了減少APS設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和機(jī)組運(yùn)行的安全隱患,僅考慮聯(lián)合循環(huán)工況下余熱鍋爐及汽輪發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)啟停,將燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)作為APS投入/切除條件,設(shè)計(jì)中針對(duì)各個(gè)主機(jī)設(shè)備考慮如下控制原則:燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組采用MARK VI控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控,實(shí)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)啟停控制;余熱鍋爐采用DCS 進(jìn)行監(jiān)控,通過(guò)控制旁路煙囪擋板門(mén)的開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)余熱鍋爐的啟??刂?;汽輪發(fā)電機(jī)組采用DCS進(jìn)行監(jiān)控,實(shí)現(xiàn)汽輪發(fā)電機(jī)組啟??刂?。

        本工程APS的整體結(jié)構(gòu)采用金字塔形結(jié)構(gòu),總體上分4層,即機(jī)組控制級(jí)、功能組控制級(jí)、功能子組控制級(jí)和單個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)控制級(jí)。通過(guò)對(duì)機(jī)組工況全面、準(zhǔn)確、迅速的檢測(cè),和大量的條件與時(shí)間等方面的邏輯判斷,按規(guī)定好的程序向各功能組、子功能組或驅(qū)動(dòng)級(jí)發(fā)出啟動(dòng)或停運(yùn)命令,確保機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行,最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的自動(dòng)啟停,提高全廠自動(dòng)控制水平。

        本工程APS設(shè)置的投入條件和斷點(diǎn)如下:機(jī)組自動(dòng)啟動(dòng)設(shè)置8個(gè)斷點(diǎn),機(jī)組啟動(dòng)準(zhǔn)備斷點(diǎn)、余熱鍋爐升溫?cái)帱c(diǎn)、高壓旁路投入斷點(diǎn)、低壓旁路投入斷點(diǎn)、軸封系統(tǒng)投入斷點(diǎn)、高壓?jiǎn)?dòng)油系統(tǒng)投入斷點(diǎn)、沖轉(zhuǎn)斷點(diǎn)、并網(wǎng)升負(fù)荷斷點(diǎn);機(jī)組自動(dòng)停機(jī)設(shè)置5個(gè)斷點(diǎn),首臺(tái)余熱降負(fù)荷及停爐斷點(diǎn)、第2臺(tái)余熱降負(fù)荷及停爐斷點(diǎn)、汽機(jī)跳閘斷點(diǎn)、輔機(jī)停運(yùn)斷點(diǎn)、空冷系統(tǒng)停運(yùn)斷點(diǎn)。每個(gè)斷點(diǎn)的執(zhí)行均需人為確認(rèn)才能開(kāi)始,采用斷點(diǎn)控制方式,各斷點(diǎn)既相互聯(lián)系又相互獨(dú)立,只要條件滿(mǎn)足,各斷點(diǎn)均可獨(dú)立執(zhí)行。

        3 APS設(shè)計(jì)方案

        3.1 APS的投入條件

        APS投入條件:燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行正常;除鹽水箱水位正常;壓縮空氣系統(tǒng)正常投入;閉式冷卻水系統(tǒng)能夠正常投入;潤(rùn)滑油系統(tǒng)正常;頂軸油系統(tǒng)正常;EH 油系統(tǒng)正常;盤(pán)車(chē)系統(tǒng)正常;凝汽器水位正常;抽真空系統(tǒng)正常;空冷系統(tǒng)正常;除氧器水位正常;高低壓汽包水位正常;高低壓給水系統(tǒng)正常;疏水系統(tǒng)正常。

        因?yàn)樯鲜鯝PS投入條件各自間均相互獨(dú)立,可在各自功能組內(nèi)完成,且相互之間互不影響,所以在APS設(shè)計(jì)中,將其設(shè)置為APS 投入條件。在APS投入之前,運(yùn)行人員可根據(jù)平時(shí)的運(yùn)行習(xí)慣操作各個(gè)系統(tǒng),滿(mǎn)足APS投入即可,減少了APS對(duì)運(yùn)行人員的運(yùn)行習(xí)慣的影響,增強(qiáng)了APS的可用性。

        3.2 APS機(jī)組自動(dòng)啟動(dòng)

        當(dāng)上述APS投入條件均滿(mǎn)足時(shí),機(jī)組就具備了APS自動(dòng)啟動(dòng)的條件。運(yùn)行人員可以根據(jù)機(jī)組狀態(tài)選擇機(jī)組的啟動(dòng)方式,包括冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)或極熱態(tài)。機(jī)組APS自動(dòng)啟動(dòng)控制程序如圖1所示。

        圖1 APS機(jī)組自動(dòng)啟動(dòng)順序控制程序

        a.機(jī)組啟動(dòng)準(zhǔn)備。此階段完成后,運(yùn)行人員需到現(xiàn)場(chǎng)查看,檢驗(yàn)各泵組、管道等運(yùn)行是否穩(wěn)定,是否存在漏點(diǎn),各系統(tǒng)閥門(mén)狀態(tài)是否正確,確認(rèn)均無(wú)問(wèn)題后,方可啟動(dòng)下一步程序。

        b.余熱鍋爐升溫過(guò)程。APS自動(dòng)開(kāi)啟旁路煙囪擋板門(mén)到適當(dāng)開(kāi)度,平穩(wěn)進(jìn)行余熱鍋爐升溫,當(dāng)過(guò)熱蒸汽出口主汽溫度達(dá)到一定數(shù)值時(shí),旁路煙囪擋板門(mén)將全部打開(kāi)。

        c.旁路投入。當(dāng)旁路門(mén)前溫度、壓力超過(guò)一定值時(shí),自動(dòng)開(kāi)啟旁路門(mén),并自動(dòng)調(diào)節(jié)旁路閥后蒸汽溫度、壓力為規(guī)定值。

        d.汽機(jī)軸封系統(tǒng)投入。當(dāng)均壓箱溫度、壓力達(dá)到一定值時(shí),自動(dòng)投入軸封系統(tǒng)。

        e.高壓?jiǎn)?dòng)油系統(tǒng)投入。啟動(dòng)高壓?jiǎn)?dòng)油泵,并啟動(dòng)1臺(tái)EH 油泵。

        f.汽機(jī)沖轉(zhuǎn)。當(dāng)主蒸汽溫度和壓力到達(dá)規(guī)定值時(shí),汽機(jī)就具備沖轉(zhuǎn)條件,提示運(yùn)行人員檢查主機(jī)及輔助系統(tǒng)狀態(tài),并ETS復(fù)位,汽機(jī)自動(dòng)掛閘,并按照工藝要求進(jìn)行自動(dòng)沖轉(zhuǎn),當(dāng)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后提示運(yùn)行人員檢查主機(jī)及輔助系統(tǒng)系統(tǒng)等工作是否正常,而后停止交流油泵,并自動(dòng)投入連鎖。

        g.并網(wǎng)升負(fù)荷。檢查汽機(jī)發(fā)電機(jī)組主機(jī)及輔助系統(tǒng)工作一切正常后,合汽輪發(fā)電機(jī)滅磁開(kāi)關(guān),并自動(dòng)起勵(lì),增磁,當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓滿(mǎn)足要求后,發(fā)出同期請(qǐng)求,自動(dòng)合閘并網(wǎng)。

        3.3 APS機(jī)組自動(dòng)停機(jī)

        機(jī)組APS停機(jī)順序控制相對(duì)啟動(dòng)過(guò)程要簡(jiǎn)單許多,如圖2所示。

        a.余熱鍋爐降負(fù)荷及停爐。通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)旁路煙囪擋板門(mén)和主汽旁路門(mén)開(kāi)度平穩(wěn)降低汽輪發(fā)電機(jī)組負(fù)荷。當(dāng)負(fù)荷下降到30 MW 后,完全關(guān)閉旁路煙囪擋板門(mén),至此,余熱鍋爐降負(fù)荷及停爐完成。

        b.汽輪發(fā)電機(jī)組主機(jī)停機(jī)。當(dāng)負(fù)荷降至3 MW時(shí),提示運(yùn)行人員按汽機(jī)停機(jī)按鈕,發(fā)電機(jī)程控逆功率保護(hù)動(dòng)作,發(fā)電機(jī)出口斷路器跳閘同時(shí)勵(lì)磁退出,滅磁開(kāi)關(guān)斷開(kāi),機(jī)組轉(zhuǎn)速逐步降低,先后連鎖啟動(dòng)交流潤(rùn)滑油泵和頂軸油泵,當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速為零時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)盤(pán)車(chē)裝置,至此汽輪發(fā)電機(jī)組主機(jī)停機(jī)完成。

        c.輔機(jī)系統(tǒng)及空冷系統(tǒng)停機(jī)。在汽機(jī)跳閘斷點(diǎn)處,提示運(yùn)行人員是否進(jìn)行后續(xù)輔機(jī)及空冷系統(tǒng)停機(jī)(是否需要鍋爐保溫、保壓和保持真空度),程序繼續(xù)執(zhí)行將通過(guò)判斷主汽溫度、壓力、汽包水位、汽輪機(jī)汽缸溫度等條件,自動(dòng)停止相應(yīng)設(shè)備,此過(guò)程需要時(shí)間比較長(zhǎng),運(yùn)行人員可以根據(jù)實(shí)際情況對(duì)各個(gè)輔機(jī)設(shè)備自行進(jìn)行啟停操作;若不需要進(jìn)行后續(xù)輔機(jī)及空冷系統(tǒng)停機(jī),運(yùn)行人員可直接選擇跳過(guò)相關(guān)步驟,完成APS自動(dòng)停機(jī)流程,而后根據(jù)實(shí)際情況手動(dòng)啟停相應(yīng)的輔機(jī)設(shè)備。

        圖2 APS機(jī)組自動(dòng)停機(jī)順序控制程序

        4 APS設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題及解決辦法

        工藝設(shè)備不能完全滿(mǎn)足APS設(shè)計(jì)要求。電廠初步投運(yùn)后,由于個(gè)別設(shè)備招標(biāo)時(shí)未考慮APS設(shè)計(jì)的控制功能,造成邏輯設(shè)計(jì)復(fù)雜及斷點(diǎn)增加。如余熱鍋爐旁路煙囪擋板門(mén)選型時(shí),未考慮可長(zhǎng)時(shí)間工作在高溫?zé)煔獾沫h(huán)境下的工況,所以余熱鍋爐升溫過(guò)程中,擋板門(mén)每開(kāi)啟10min后就要關(guān)閉5min,用擋板門(mén)密封風(fēng)機(jī)進(jìn)行冷卻,增加了余熱鍋爐的升溫時(shí)間和擋板門(mén)的控制風(fēng)險(xiǎn)。

        邏輯設(shè)計(jì)、調(diào)試均未考慮APS設(shè)計(jì)的要求,因此造成了后續(xù)修改邏輯、調(diào)試等量的增加。本工程APS的設(shè)計(jì)基于功能組級(jí)和子功能組級(jí)順控邏輯功能的實(shí)現(xiàn),機(jī)組自動(dòng)啟動(dòng)設(shè)置了余熱鍋爐升溫、高壓旁路投入、低壓旁路投入、汽機(jī)軸封系統(tǒng)投入、汽機(jī)高壓?jiǎn)?dòng)油系統(tǒng)投入、汽機(jī)沖轉(zhuǎn)、并網(wǎng)升負(fù)荷共7個(gè)功能組;機(jī)組自動(dòng)停機(jī)設(shè)置了第1臺(tái)選定的余熱鍋爐降負(fù)荷及停爐、第2臺(tái)余熱鍋爐降負(fù)荷及停爐、停汽輪發(fā)電機(jī)組、停輔機(jī)系統(tǒng)、??绽湎到y(tǒng)共5個(gè)功能組。每個(gè)功能組均采用步進(jìn)程序自動(dòng)執(zhí)行,每一步均自動(dòng)確認(rèn)條件是否成立,當(dāng)該步開(kāi)始進(jìn)行時(shí)同時(shí)使上一步復(fù)位,當(dāng)某一步執(zhí)行異常,系統(tǒng)將自動(dòng)暫停步進(jìn)程序執(zhí)行,并報(bào)警提示運(yùn)行人員檢查處理相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備故障,待故障排除后,運(yùn)行人員在APS操作畫(huà)面點(diǎn)擊程序繼續(xù)執(zhí)行,以確保機(jī)組在安全可靠的方式下運(yùn)行。

        因本工程所在地區(qū)電力缺乏相當(dāng)嚴(yán)重,作為當(dāng)?shù)刂攸c(diǎn)電力工程要求必須長(zhǎng)時(shí)間提供穩(wěn)定的電力供應(yīng),所以機(jī)組的運(yùn)行工況特別復(fù)雜。機(jī)組主蒸汽系統(tǒng)為母管制,在APS設(shè)計(jì)中僅考慮用1臺(tái)余熱鍋爐帶汽輪機(jī)組并網(wǎng)完成APS機(jī)組自動(dòng)啟動(dòng),而后再將另1臺(tái)余熱鍋爐主蒸汽并入進(jìn)行機(jī)組的升負(fù)荷操作,用以簡(jiǎn)化APS自動(dòng)啟動(dòng)程序,保證機(jī)組運(yùn)行安全。

        5 結(jié)束語(yǔ)

        APS是一機(jī)組級(jí)復(fù)雜的、綜合性的、多專(zhuān)業(yè)結(jié)合的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng),不但要求設(shè)備可控性好,調(diào)試時(shí)間充足,還要求設(shè)計(jì)、組態(tài)、安裝、調(diào)試、運(yùn)行等協(xié)調(diào)配合。要保證APS成功投運(yùn),需在電廠整個(gè)設(shè)計(jì)周期直至調(diào)試運(yùn)行過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)把好關(guān),做好各個(gè)專(zhuān)業(yè)、各個(gè)部門(mén)的協(xié)調(diào)工作。

        a.設(shè)備、系統(tǒng)的選擇、采購(gòu)必須合理。從設(shè)備招標(biāo)、訂貨、技術(shù)協(xié)議等工作抓起,各個(gè)設(shè)備、系統(tǒng)滿(mǎn)足控制要求,選擇可靠性高、重復(fù)性好、經(jīng)久耐用產(chǎn)品。

        b.在控制系統(tǒng)的邏輯設(shè)計(jì)及組態(tài)過(guò)程中,充分考慮實(shí)現(xiàn)APS所需的接口,將運(yùn)行人員積累的豐富運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、運(yùn)行規(guī)程變成計(jì)算機(jī)語(yǔ)言,形成APS的功能邏輯塊,APS的實(shí)現(xiàn)才有實(shí)際意義。

        c.在工程調(diào)試階段預(yù)留足夠的時(shí)間用于完成APS調(diào)試,做好設(shè)計(jì)人員、安裝人員、調(diào)試人員、組態(tài)人員和運(yùn)行人員的協(xié)調(diào)工作。對(duì)工程設(shè)計(jì)深度,調(diào)試深度,運(yùn)行水平以及工程管理等方面要提出更高的要求。

        聯(lián)合循環(huán)電廠APS是未來(lái)自動(dòng)化設(shè)計(jì)的必然趨勢(shì),不僅可以提高機(jī)組自動(dòng)化水平,而且可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排,減員增效,提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性,增強(qiáng)電力企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。

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