李遠(yuǎn)

摘 要：火力發(fā)電廠自動(dòng)啟/停機(jī)控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)APS），即能夠按照火力發(fā)電的熱力流程和設(shè)備運(yùn)行工況，調(diào)動(dòng)并協(xié)調(diào)各功能子系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)定參數(shù)、預(yù)定進(jìn)程的控制，從而使得整個(gè)機(jī)組能夠在極少的人工干預(yù)下自動(dòng)、安全地完成啟動(dòng)或停運(yùn)過(guò)程的自動(dòng)控制系統(tǒng)。本文分析了火力發(fā)電廠機(jī)組自啟?？刂疲ˋPS）技術(shù)。

關(guān)鍵詞：火力發(fā)電廠機(jī)組；自啟停控制（APS）；技術(shù)

1 引言

近年來(lái)，大型火電機(jī)組不斷投產(chǎn)。這些火電機(jī)組，尤其是超臨界、超超臨界機(jī)組，運(yùn)行參數(shù)高、工藝系統(tǒng)復(fù)雜、且工藝系統(tǒng)間關(guān)聯(lián)緊密、工況轉(zhuǎn)換快，增加了人工操作的難度，尤其在機(jī)組啟動(dòng)和停運(yùn)過(guò)程中集中了大量的設(shè)備啟停切換、參數(shù)調(diào)整等操作，操作人員在限定時(shí)間內(nèi)為應(yīng)對(duì)運(yùn)行工況精神高度緊張、勞動(dòng)強(qiáng)度大，風(fēng)險(xiǎn)性大幅度提高，稍有不慎甚至可能發(fā)生不安全事件，嚴(yán)重的會(huì)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。

2 實(shí)現(xiàn)機(jī)組自啟停的意義

機(jī)組自啟停是衡量機(jī)組自動(dòng)化水平高低的標(biāo)桿，是電廠自動(dòng)化程度的標(biāo)志。隨著火電廠技術(shù)水平的提高機(jī)組容量不斷加大、設(shè)計(jì)參數(shù)也不斷的提高，超超臨界機(jī)組的投運(yùn)數(shù)量越來(lái)越多。機(jī)組自啟?？刂葡到y(tǒng)是建立在完善的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、主輔機(jī)有良好的可控性基礎(chǔ)上的。它可以有效促進(jìn)和提高機(jī)組自動(dòng)化水平，使機(jī)組按照規(guī)定的、優(yōu)化的程序進(jìn)行設(shè)備的啟停操作，不僅大大簡(jiǎn)化了操作人員的工作，更重要的是規(guī)范機(jī)組啟停操作標(biāo)準(zhǔn)程序、減少了出現(xiàn)誤操作的可能性，整體提高了機(jī)組的安全性能，同時(shí)它可以縮短機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間，提高機(jī)組起停運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。實(shí)施APS不僅提高了機(jī)組的自動(dòng)化水平，而且可以提高運(yùn)行管理水平。

在機(jī)組運(yùn)行尤其是機(jī)組啟動(dòng)和停運(yùn)過(guò)程中，如果運(yùn)行人員僅靠手動(dòng)操作，不僅容易發(fā)生誤操作事故，而且極大地影響了機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

APS與傳統(tǒng)機(jī)組的熱工控制相比具有全新的理念和控制策略。通過(guò)研究對(duì)比發(fā)現(xiàn)，APS設(shè)計(jì)階段，最需要深入研究、探討和定制APS的基礎(chǔ)邏輯。

3 火力發(fā)電廠機(jī)組自啟?？刂疲ˋPS）技術(shù)

APS系統(tǒng)是一個(gè)機(jī)組級(jí)的順控系統(tǒng)，充分考慮機(jī)組啟停運(yùn)行特性、主輔設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和工藝系統(tǒng)過(guò)程參數(shù)，并通過(guò)相關(guān)的邏輯發(fā)出對(duì)其它順控功能組、FSSS、MCS、DEH、旁路控制系統(tǒng)、MEH、電氣專(zhuān)用控制裝置等的控制指令來(lái)完成機(jī)組的自啟停控制。

APS系統(tǒng)能根據(jù)機(jī)組不同工況實(shí)現(xiàn)冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)、極熱態(tài)四種啟動(dòng)方式，將機(jī)組從啟動(dòng)升至滿(mǎn)負(fù)荷；停機(jī)時(shí)，則依據(jù)停機(jī)條件，可以讓機(jī)組從滿(mǎn)負(fù)荷安全停運(yùn)。APS系統(tǒng)的主要功能包括斷點(diǎn)操作、機(jī)組啟停操作指導(dǎo)及操作員信息三部分。

3.1 APS 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

一是斷點(diǎn)設(shè)置。在火電廠APS 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，斷點(diǎn)設(shè)置是非常重要的，斷點(diǎn)設(shè)置的水平將直接決定APS 系統(tǒng)的控制水平。斷點(diǎn)設(shè)置包括啟動(dòng)斷點(diǎn)設(shè)置和停機(jī)斷點(diǎn)設(shè)置。①介紹啟動(dòng)斷點(diǎn)。啟動(dòng)斷點(diǎn)包括機(jī)組啟動(dòng)準(zhǔn)備斷點(diǎn)、汽機(jī)沖轉(zhuǎn)斷點(diǎn)等。在所有的啟動(dòng)斷點(diǎn)完成以后，機(jī)組的啟動(dòng)操作就完成了。②介紹停機(jī)斷點(diǎn)。其中主要包括降負(fù)荷斷點(diǎn)、機(jī)組停運(yùn)斷點(diǎn)等。二是APS 功能的投入和退出。APS 功能投入和退出方案主要是為了應(yīng)對(duì)各種緊急突發(fā)情況。有了APS 功能投入和退出方案，在設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，機(jī)組就可以選擇安全的運(yùn)行方式。在對(duì)APS 功能投入和退出進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵守下述的原則： ①在判斷功能組指令是否完成時(shí)應(yīng)以整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)為主要參考對(duì)象； ②需要提高功能組的判斷能力，確保在任何狀態(tài)下都可以啟動(dòng)對(duì)應(yīng)設(shè)備，確保設(shè)備運(yùn)行的安全性； ③APS 系統(tǒng)要對(duì)機(jī)組運(yùn)行的狀態(tài)進(jìn)行全面地判斷，避免出現(xiàn)判斷失誤的情況；④在系統(tǒng)中應(yīng)有APS 功能投入和退出的按鈕。如果設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)異常情況時(shí)可以退出APS 系統(tǒng)，待設(shè)備異常情況排除以后則可以重新投入APS 系統(tǒng)。三是APS 控制器設(shè)置。在APS 運(yùn)行的過(guò)程中可以通過(guò)機(jī)組的控制器對(duì)其進(jìn)行控制，因?yàn)锳PS 的控制點(diǎn)是比較少的，使用機(jī)組控制器可以減少資金投入。但在國(guó)內(nèi)常規(guī)設(shè)計(jì)不會(huì)使用機(jī)組控制器，而是給APS系統(tǒng)配置獨(dú)立的控制器。這樣做的原因有兩種：①APS 系統(tǒng)的獨(dú)立性比較強(qiáng)，使用獨(dú)立的控制器可以減少對(duì)主機(jī)邏輯的影響，保證機(jī)組運(yùn)行的安全性；②APS 系統(tǒng)調(diào)試的周期比較長(zhǎng)，在調(diào)試的過(guò)程中需要頻繁地進(jìn)行邏輯修改，如果使用機(jī)組控制器則會(huì)影響到機(jī)組運(yùn)行的安全性。綜合以上兩點(diǎn)原因，國(guó)內(nèi)火電廠在投運(yùn)APS 系統(tǒng)時(shí)大多會(huì)設(shè)置獨(dú)立的控制器。

3.2 系統(tǒng)構(gòu)架

機(jī)組控制級(jí)是整個(gè)自啟?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)的最上層。而設(shè)備控制級(jí)則是整個(gè)自啟?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)的底層。機(jī)組控制級(jí)是整個(gè)APS 系統(tǒng)的核心， 可以根據(jù)機(jī)組運(yùn)行的情況向其它各層級(jí)發(fā)送指令， 同時(shí)也可以根據(jù)其它層級(jí)的控制情況對(duì)電氣、鍋爐等系統(tǒng)進(jìn)行控制。機(jī)組控制級(jí)的存在可以減少人工干預(yù)，從而保證機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性。功能組控制級(jí)主要包括鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)、給水系統(tǒng)等。功能子組級(jí)是在功能組的控制下工作的，可以對(duì)子組內(nèi)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行控制。設(shè)備控制級(jí)直接對(duì)閥門(mén)、風(fēng)機(jī)、變頻器等設(shè)備進(jìn)行控制。APS 系統(tǒng)的啟動(dòng)方式一共有四種， 但采用何種啟動(dòng)方式還需要根據(jù)高壓缸調(diào)節(jié)級(jí)處內(nèi)缸壁溫度進(jìn)行判斷。如果該溫度低于320℃， 則需要采用冷態(tài)啟動(dòng)的方式。如果該溫度在320℃和420℃之間，則需要采用溫態(tài)啟動(dòng)的方式。如果該溫度在420℃和445℃之間，則需要采用熱態(tài)啟動(dòng)的方式。如果溫度大于445℃，則需要采用極熱態(tài)啟動(dòng)的方式。

3.3 發(fā)揮計(jì)算機(jī)技術(shù)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)全新操作開(kāi)關(guān)

操作開(kāi)關(guān)或按鈕是火力發(fā)電廠工藝系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的啟、停，閥門(mén)或擋板的開(kāi)、關(guān)等控制最傳統(tǒng)也是最原始的操作裝置，在鍋爐、汽機(jī)、電氣分立控制盤(pán)（BTG盤(pán)）操作時(shí)代被廣泛應(yīng)用，判定機(jī)爐系統(tǒng)運(yùn)行工況和控制設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)完全依靠人工，隨著機(jī)組容量的增大，設(shè)備的增多令系統(tǒng)的操作控制變得復(fù)雜、繁瑣。自動(dòng)控制裝置產(chǎn)生了革命性的變化，操作、監(jiān)控裝置也由原來(lái)獨(dú)立的開(kāi)關(guān)、按鈕和指示儀表?yè)Q成了計(jì)算機(jī)的鼠標(biāo)、鍵盤(pán)和顯示器，其實(shí)質(zhì)是計(jì)算機(jī)輔助控制應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化，具有了利用計(jì)算機(jī)技術(shù)擴(kuò)充、完善操作開(kāi)關(guān)功能的基礎(chǔ)條件。計(jì)算機(jī)技術(shù)包含硬件和軟件兩部分內(nèi)容，如果在應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)上策略得當(dāng)就可以獲得具有本質(zhì)安全、全方位自動(dòng)的控制效果。倘若在DCS應(yīng)用邏輯軟件設(shè)計(jì)方面還是沿用BTG盤(pán)時(shí)代的基本思路，不做根本性的改變，盡管應(yīng)用了DCS，也不過(guò)是在熱控設(shè)備硬件方面不落時(shí)代的步伐，而綜合控制功能只相當(dāng)于電子版的手動(dòng)操作，APS也無(wú)從談起。為實(shí)現(xiàn)APS的控制功能，就要從最基礎(chǔ)的設(shè)備操作開(kāi)關(guān)入手，展開(kāi)全新的設(shè)計(jì)。這種操作開(kāi)關(guān)應(yīng)該充分利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的信息處理能力，因?yàn)镈CS能夠全方位地采集被控設(shè)備和系統(tǒng)運(yùn)行有關(guān)的信號(hào)，這些信號(hào)包括外部設(shè)備的靜止?fàn)顟B(tài)、執(zhí)行過(guò)程，邏輯算法的中間值和結(jié)果、電路元器件的品質(zhì)，通過(guò)計(jì)算機(jī)能夠及時(shí)地作出綜合判斷和決定設(shè)備以及系統(tǒng)的操作方向，其快速性和正確性無(wú)論從時(shí)間還是空間上都是人力無(wú)法企及的。目前，國(guó)內(nèi)應(yīng)用DCS最需要迫切解決的就是操作開(kāi)關(guān)或按鈕的軟件設(shè)計(jì)，尤其是操作開(kāi)關(guān)或按鈕的智能化邏輯設(shè)計(jì)。

3.4 智能化缺省自動(dòng)式聯(lián)鎖選擇器的應(yīng)用

根據(jù)火力發(fā)電廠工藝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通常APS控制策略規(guī)劃為四個(gè)控制層級(jí)，即設(shè)備操作級(jí)、單元控制級(jí)、系統(tǒng)控制級(jí)和機(jī)組控制級(jí)。智能化選擇器作為全自動(dòng)過(guò)程控制的基礎(chǔ)邏輯，因其智能化程度高，在控制策略應(yīng)用中適應(yīng)能力強(qiáng)，可以在多種場(chǎng)合中靈活應(yīng)用。既可以應(yīng)用于兩臺(tái)設(shè)備之間的聯(lián)鎖也能夠用于三臺(tái)設(shè)備的相互聯(lián)鎖，除了在設(shè)備聯(lián)鎖中作為標(biāo)準(zhǔn)控制模塊用于構(gòu)建全自動(dòng)的單元控制級(jí)，還能夠在系統(tǒng)的控制中發(fā)揮作用協(xié)調(diào)系統(tǒng)控制的自動(dòng)啟停。汽輪機(jī)凝結(jié)水系統(tǒng)配備了3臺(tái)凝結(jié)水泵，布置在順序控制系統(tǒng)級(jí)，自動(dòng)工作方式下汽輪機(jī)凝結(jié)水操作器通過(guò)選擇器接受APS指令控制，選擇器根據(jù)汽輪機(jī)蒸汽負(fù)荷決定凝結(jié)水泵投入臺(tái)數(shù)，同時(shí)設(shè)計(jì)有順序控制、聯(lián)鎖自動(dòng)和聯(lián)鎖保護(hù)，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)兩臺(tái)汽動(dòng)給水泵并列運(yùn)行，機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中先啟動(dòng)電動(dòng)給水泵，然后在機(jī)組帶上負(fù)荷時(shí)進(jìn)行給水泵切換，投入第一臺(tái)汽動(dòng)給水泵，停止電動(dòng)給水泵，負(fù)荷時(shí)投入第二臺(tái)汽動(dòng)給水泵，兩臺(tái)汽動(dòng)給水泵并列運(yùn)行。機(jī)組停機(jī)要經(jīng)歷從較高機(jī)組負(fù)荷將低到較低負(fù)荷的過(guò)程，最終停機(jī)停爐，其間機(jī)組負(fù)荷降給水泵同樣要進(jìn)行電動(dòng)給水泵和汽動(dòng)給水泵的切換操作，投入電泵，停止第一臺(tái)汽泵，隨著負(fù)荷繼續(xù)下降再停第二臺(tái)汽動(dòng)給水泵。所以在機(jī)組啟動(dòng)和停止的過(guò)程中，電動(dòng)給水泵和汽動(dòng)給水泵的切換、兩臺(tái)汽動(dòng)給水泵之間的并列/解列，是必須的操作，缺省自動(dòng)式選擇器在這個(gè)操作過(guò)程中為實(shí)現(xiàn)過(guò)程的起到了全自動(dòng)控制的作用。

4 解決APS 投運(yùn)困難的措施

4.1 投運(yùn)APS 存在的困難

將APS 應(yīng)用于火電廠中不僅可以保證機(jī)組運(yùn)行的安全性和可靠性， 同時(shí)還會(huì)有很好的經(jīng)濟(jì)效益。但在投運(yùn)的過(guò)程中卻存在各種各樣的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)火電廠的調(diào)研發(fā)現(xiàn)， 火電廠在投運(yùn)APS 時(shí)存在的困難主要表現(xiàn)在下述幾個(gè)方面：（1）設(shè)計(jì)方案不完整。在投運(yùn)APS 時(shí)需要有完整的設(shè)計(jì)方案。所謂的完整設(shè)計(jì)方案是指要提前預(yù)見(jiàn)在投運(yùn)的過(guò)程中可能遇到的各種困難，同時(shí)還要對(duì)項(xiàng)目的可行性進(jìn)行論證。但現(xiàn)實(shí)情況卻并非如此。由于國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)人員缺少APS 設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，從而使得設(shè)計(jì)方案存在各種缺陷， 無(wú)法為APS 的應(yīng)用提供可靠的參考；（2）工藝系統(tǒng)比較復(fù)雜。要想實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制機(jī)組啟動(dòng)、停機(jī)，需要使用到多種工藝。這些不同的工藝系統(tǒng)之間必須要具有較高的配合度，這大大增加了設(shè)計(jì)的難度。而且，機(jī)組運(yùn)行方式多變，對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)自身的要求也是比較高。

4.2 在投運(yùn)APS 時(shí)我們應(yīng)借鑒國(guó)外的成功經(jīng)驗(yàn)

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)投運(yùn)APS 存在的困難的分析， 筆者認(rèn)為可以采取下述措施解決這些困難：（1）要提前預(yù)見(jiàn)投運(yùn)APS 時(shí)會(huì)遇到的困難。這就要求設(shè)計(jì)人員要對(duì)投運(yùn)APS 的可行性進(jìn)行全面地論證， 并給出初步的設(shè)計(jì)方案，然后再判斷是否應(yīng)該投運(yùn)APS；（2）要提前對(duì)工藝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行論證。在初步設(shè)計(jì)階段， 應(yīng)組織相關(guān)的人員對(duì)工藝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行全面地分析、評(píng)價(jià)和論證，確保其中不存在缺陷，保證工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的完整性；（3）合理選擇調(diào)試單位。調(diào)試單位的技術(shù)水平和工作經(jīng)驗(yàn)將會(huì)直接影響APS 應(yīng)用的效果。因此，火電廠應(yīng)綜合對(duì)比各調(diào)試單位，選擇出具有較高技術(shù)水平、工作經(jīng)驗(yàn)豐富的調(diào)試單位；（4）汽機(jī)廠、調(diào)試單位等參與方應(yīng)積極配合，相互協(xié)調(diào)，為APS 設(shè)計(jì)方案提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)支持；（5）調(diào)試單位應(yīng)提前進(jìn)行仿真模擬，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案中存在的問(wèn)題，對(duì)機(jī)組運(yùn)行參數(shù)及時(shí)進(jìn)行修改，不斷優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)。此外，還應(yīng)盡可能縮短安裝和調(diào)試時(shí)間。

總之， 火電廠投運(yùn)APS 系統(tǒng)可以大大提高機(jī)組運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，同時(shí)還可以提高火電廠的經(jīng)濟(jì)效益。但為了充分發(fā)揮APS 系統(tǒng)的作用，必須要做好設(shè)計(jì)工作，確保APS 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的完整性、可行性和經(jīng)濟(jì)性。

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