李 壯

（北京太陽宮燃氣熱電有限公司，北京 100028）

0 前言

隨著國家清潔能源政策的推進和空氣質(zhì)量日益嚴峻的現(xiàn)狀，近年來燃氣發(fā)電技術(shù)得到了快速的發(fā)展?！岸弦弧比細?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組效率高，供熱能力強，更是在北方地區(qū)得到了極大的發(fā)展[1]。但“二拖一”燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組系統(tǒng)構(gòu)成復雜，同時控制燃機、汽機和余熱鍋爐等多臺機組，存在著控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，設備數(shù)量、多容量大，各機組間、各系統(tǒng)間互相影響以及互相制約等問題。因此，對運行人員的操作水平和管理水平提出了更高的要求。在機組運行特別是機組啟動和停運的過程中，頻繁的設備啟停操作、參數(shù)監(jiān)視任務，大大增加了運行人員的勞動強度，同時也大大增加了誤操作概率。機組自啟?？刂葡到y(tǒng)（Automatic Power Plant Start Up And Shutdown System，APS）通過預先設定控制程序，自動完成設備的啟停操作。這樣，不僅大大降低了操作人員的勞動強度，也減少了出現(xiàn)誤操作的概率，從而提高了機組運行的安全性。與此同時，也縮短了機組啟動時間，從而提高了機組的經(jīng)濟效益。因此對“二拖一”燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組自啟?？刂萍夹g(shù)進行研究和應用，對于提高機組的運行效率和經(jīng)濟性非常必要。

1 技術(shù)創(chuàng)新點

北京太陽宮燃氣熱電有限公司（以下簡稱京陽熱電）安裝1 套780 MW 級二拖一燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組，DCS控制系統(tǒng)采用上海?？怂共_IA Series 系統(tǒng)。APS 系統(tǒng)實現(xiàn)需要首先搭建宏邏輯，作為所有順控的基礎去加以執(zhí)行，其次，根據(jù)現(xiàn)有操作過程中的難點進行重點攻克及優(yōu)化。

1.1 宏邏輯的搭建

由于上海福克斯波羅系統(tǒng)沒有自帶順控功能塊，需要搭建相關(guān)宏來實現(xiàn)順控功能。利用ICC 系統(tǒng)中的CALCA（計算塊）來實現(xiàn)，每個CALCA 塊中都有8 個模擬量輸入（RI01～RI08）、8 個模擬量輸出（RO01～RO08）、16 個開關(guān)量輸入（BI01～BI16）、16 個開關(guān)量輸出（BO01～BO08），設計完成后的順控宏可實現(xiàn)每步暫停、跳步及復位功能。

由于順控邏輯中需涉及部分調(diào)門自動設定值，自動開關(guān)到一定開度等步驟，因此針對調(diào)門設計了一套宏邏輯，通過同時限制閥門開度的上下限來達到閥門自動開至一定開度的目的，通過脈沖及限速塊的巧妙配合，實現(xiàn)了自動設定值的效果，為APS 的全程自動打下基礎，同時減少了運行人員操作量[2]。

1.2 邏輯創(chuàng)新點

機組啟停升降負荷一直是電廠啟停調(diào)峰中的重要操作，其中協(xié)調(diào)邏輯顯得至關(guān)重要，該次改造根據(jù)該廠機組實際工況建立了燃機首臺啟動協(xié)調(diào)控制條件、燃機第二臺啟動協(xié)調(diào)控制條件、燃機協(xié)調(diào)退汽停機條件、燃機協(xié)調(diào)停機條件等的中間信號，當機組當前狀態(tài)滿足其中一個條件時，機組自動以15 MW/Min 的速率進行升降負荷，當機組升至預設負荷后機組投入?yún)f(xié)調(diào)閉環(huán)控制，實現(xiàn)啟停機升降負荷的全自動，同時也設計了開環(huán)協(xié)調(diào)投退按鈕，當機組出現(xiàn)問題時可以及時退出自動升降負荷模式，達到靈活控制的目的。

#3 汽輪機潤滑油冷卻水調(diào)閥分為主路調(diào)閥及旁路調(diào)閥，為實現(xiàn)潤滑油溫的精確控制，需要運行人員頻繁地進行手動干預，這便增加了運行人員的操作量，且2 路調(diào)閥的開度給定，給運行人員的操作帶來一定的難度[3]。該次改造針對該問題，通過現(xiàn)場實驗的辦法記錄不同流量下的主路及旁路閥開度，將此擬合出了一條綜合閥位曲線，然后通過調(diào)節(jié)綜合閥位來變化不同的冷卻水流量，從而達到精確控制潤滑油溫的目的。

由于環(huán)保形勢嚴峻，京陽熱電NOX排放一直維持在10 mg以內(nèi)的較低水平，但NOX排放屬于大慣性延遲系統(tǒng)，噴氨調(diào)閥處于初始端，而NOX測點位于末端，這就造成了京陽熱電的脫硝控制系統(tǒng)一直處于手動控制，該次改造通過建立脫硝模型，并且對相關(guān)數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換，克服了閥門不線性的問題，通過串級控制系統(tǒng)介入調(diào)解，增加前饋信號，改善了調(diào)閥的調(diào)節(jié)效果，使得噴氨調(diào)閥投入自動，提高設備自動水平，如圖1 所示。

該次改造針對汽輪機自動沖車程序進行了優(yōu)化，增加汽機自動沖車程序，實現(xiàn)汽機自動沖轉(zhuǎn)定速3000RPM 的功能。自動升速是指DEH 根據(jù)高壓內(nèi)缸金屬溫度自動從冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)或極熱態(tài)四條升速曲線中選擇相應的升速率，并自動確定低速暖機和中速暖機停留時間，自動沖臨界，直到3 000 RPM 定速。

圖1 脫硝自動控制示意圖

汽輪機啟動狀態(tài)判斷如下。

冷態(tài)啟動：高壓內(nèi)缸下半進汽區(qū)金屬溫度在120℃以下。

溫態(tài)啟動：高壓內(nèi)缸下半進汽區(qū)金屬溫度在120℃～415℃。

熱態(tài)啟動：高壓內(nèi)缸下半進汽區(qū)金屬溫度在415℃以上。

2 項目主要內(nèi)容及數(shù)據(jù)分析

APS 改造程控共分為3 個級別，分別為機組級啟停程控、系統(tǒng)級啟停程控及設備級啟停程控，見表1。機組級程控實現(xiàn)了機組二拖一、一拖一以及運行方式切換下的機組級全程自動啟停控制。系統(tǒng)級程控完成15 個系統(tǒng)級程控，例如#1、#2 鍋爐高中低壓系統(tǒng)上水程控，實現(xiàn)鍋爐自動上水，為機組的快速啟停提供了基礎。設備級程控使重要輔機及單體設備均實現(xiàn)一鍵啟停，方便了系統(tǒng)級順控的快速調(diào)用，也為機組正常運行時切泵等定期工作提供了便利。

表1 順控清單

同時為了提高熱網(wǎng)經(jīng)濟性，提高供熱效率，保證汽機低負荷下最大供熱量，實現(xiàn)壓力自動控制回路，聯(lián)通管蝶閥控制一抽調(diào)閥前壓力不低于定值和二抽調(diào)閥前壓力不低于定值，聯(lián)通管蝶閥控制目標為一抽調(diào)閥前壓力或二抽調(diào)閥前壓力。2 個控制回路PID 輸出進行小選后，作為當前聯(lián)通管閥位，但須同時保證聯(lián)通管蝶閥后壓力低于要求值時，對聯(lián)通管閥位控制進行禁降，同時為防止聯(lián)通管全關(guān)，設置了聯(lián)通管蝶閥最小閥位，從而達到控制目的。

改造完成后啟機時間由之前的129 min 縮短為75 min，停機時間由之前的73 min 縮短為30 min，廠用電及氣耗成本大幅降低，運行人員操作量大幅減少，設備自動化水平大幅提高，數(shù)據(jù)見表2。為了摸清機組的最大供熱能力，委托華北電科院進行了機組最大供熱能力試驗。分別在2018 年11 月11 日和17 日在機組總負荷680 MW 和400 MW 工況進行了供熱能力試驗。通過對聯(lián)通管后壓力曲線進行調(diào)整，680 MW 工況機組供熱能力由1 500 GJ/h 提高至1 775 GJ/h；400 MW 工況機組供熱能力由950 GJ/h 提高至1 200 GJ/h。通過此次試驗驗證了哈汽提供的聯(lián)通管蝶閥后最小壓力曲線的正確性，并根據(jù)試驗數(shù)據(jù)擬合得到了最新的機組供熱能力曲線，各負荷點機組供熱能力均較之前提高250 J/h 左右。通過“供熱能力試驗”工作的切實開展，摸清了機組的最大供熱能力，有效應對電熱矛盾日益凸顯的外部形勢，為完成年度供熱任務打下了堅實的基礎。

表2 APS 改造前后經(jīng)濟指標對比表

3 改造效果評估

3.1 提升機組啟停過程中的本質(zhì)安全

燃機發(fā)電機組啟停頻繁，操作量大。單次啟停操作步驟約300 項。APS 項目通過順控邏輯實現(xiàn)機組主、輔設備啟停操作條件判斷和自動啟停操作，對于過程控制，順控邏輯會隨著過程量的變化自動更改調(diào)節(jié)參數(shù)，使機組啟停過程按照順控邏輯設計的要求執(zhí)行。APS順控邏輯通過對機組啟停過程中的條件、過程變量和調(diào)節(jié)參數(shù)進行實時的客觀判斷和調(diào)節(jié)，減少了啟停過程中的人為因素，降低了因人為主觀錯誤判斷和誤操作等導致的風險，提升了機組啟停過程的本質(zhì)安全。

3.2 降低運行人員操作強度

太陽宮電廠燃氣輪機為GE 公司的9FA 機組，其控制系統(tǒng)為最新的MARK VIe 控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)自啟停功能，但余熱鍋爐及輔助系統(tǒng)在第三方DCS 側(cè)控制，2 個控制系統(tǒng)間協(xié)調(diào)性有待完善，特別是在啟停機過程中運行人員手動操作頻繁，手動干預點過多，而燃氣電廠配置人員相對較少，因此運行人員操作強度相對較大。APS 項目的順利實施減少了運行操作步驟，運行人員由原來頻繁的手動干預變?yōu)楸O(jiān)視操作程序的正確執(zhí)行，這一改變有效降低了操作人員的工作強度，同時避免了人員頻繁操作引發(fā)誤操作事件的發(fā)生。

3.3 提高機組啟停經(jīng)濟性

APS 項目的實施由于采用自動的程序控制，使各項操作逐步標準化，操作步驟得到進一步優(yōu)化，將最優(yōu)化操作方法在控制系統(tǒng)中固化，有效減少人員延誤，提高操作效率，使啟動成本有效降低，啟停時間大幅減少，僅一臺機啟停便可省下8 萬余元，機組在夏季晝起夜停的操作方式中已節(jié)省千萬余元。

4 結(jié)語

APS 改造可以大大減低運行人員的操作強度，減少運行人員的操作失誤，對機組安全運行有很大的幫助，該項目基于FOXBORO 系統(tǒng)對燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組APS 設計與調(diào)試，提高了京陽熱電的自動化水平，幫助更好地完成華北地區(qū)的調(diào)峰任務，同時提高了電廠的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益。

DEH 方面，改造完成的一鍵自動沖轉(zhuǎn)程序、自動摩檢功能、閥門部分行程活動試驗、低壓補汽自動投/退、供熱系統(tǒng)自動控制等內(nèi)容。其中，針對哈汽機組的一鍵沖轉(zhuǎn)程序、供熱系統(tǒng)自動控制等均代表國內(nèi)機組領先水平。