机组自启停控制系统(APS)的难点与关键浅析

机组自启停控制系统（APS）的难点与关键浅析

发表时间：2017-01-18T14:17:42.633Z 来源：《电力设备》2016年第22期作者：胡冠夏亚华[导读] 本文对火电厂机组自启停控制系统（APS）的设计实现问题进行了初步分析。

（1.山东电力工程咨询院有限公司山东济南 250013；2.国电浙江北仑第一发电有限公司浙江宁波 315800）摘要：本文对火电厂机组自启停控制系统（APS）的设计实现问题进行了初步分析，包括设计条件实现的难点，与DCS系统的接口问题，在实现过程中遇到的关键技术以及自启停控制系统实现的意义等。

关键词：APS；顺序控制；MCS

Automatic Power Plant Start-up and Shut-down 是火力发电厂机组自启停控制系统，简称APS。它是实现机组启动和停运过程自动化的系统，即按照火力发电厂的热力流程和设备运行工况、主辅机启停及运行特征、启停过程中各工艺系统的运行要求，通过对主辅设备运行状态及相关工艺过程参数全面、准确、实时的检测，在大量的条件与时间等方面的逻辑判断基础上，按定制好的模式向顺序控制系统（SCS）中的各功能组、功能子组及单体设备发出启动或停运命令，并通过协调控制系统（CCS）、模拟量控制系统（MCS）、炉膛安全监控系统（FSSS）、汽轮机数字电液调节系统（DEH）、给水泵汽轮机调节系统（MEH）、汽机旁路控制系统（BPC）及电气专用控制装置之间的相互配合，最终实现发电机组的安全、经济自动启停。

本文从APS的实现难点、APS的关键技术及实现APS的意义三个方面进行探讨，以期对发电厂实现机组自启停控制系统提供参考和指导。

1 整机自启停系统APS的实现难点

1.1 APS设计条件的难点

（1）设计要求问题。在APS设计之前，设计院的初设和设备定购已经完成，设计要求并不是按照APS的控制要求来实现，这样会造成APS的很多控制思想没法体现。

（2）设计工期问题。国内DCS控制逻辑设计都由组态厂家兼顾完成，而DCS系统建设通常在电厂设备采购招标第五批后才进行，这意味着从就地远传仪表的确定，经过I／0清单确定、I／0分配完成、控制逻辑设计、控制组态完成到系统出厂，一般只有半年～一年左右时间。控制逻辑的设计和确定也就l～2个月左右，这种常规的时间跨度难以完成APS系统繁复的的设计工作量。

1.2 在DCS的控制难点

APS控制是基于DCS系统的数据采集系统(DAS)、模拟量控制系统(MCS)、顺序控制系统(SCS)、炉膛安全保护系统(FSSS)以及电气控制系统(ECS)和其它辅助系统的机组级控制系统。DCS的分系统中的MCS和SCS系统的实现效果将直接影响APS的控制效果。目前来说，主要存在以下几个关键难点影响APS的实现。

1.2.1 超（超）临界控制难点

超（超）临界机组运行控制的要点主要有三点：一是锅炉蓄能较小，这对锅炉与汽机之间的工质平衡问题提出了更高的要求。二是直流特性，即其受热面没有固定分界线，蒸发量、汽压和汽温等各参数间相关性较强。三是非线性明显。由于汽水比热、比容、热焓与压力、温度的关系是非线性的，尤其在机组的超临界点附近的大比热容区内。所以APS设计时要充分考虑超（超）临界机组的特点，例如中间点温度(焓值)修正的投入点；考虑机组转干态前进行给水泵汽轮机与电泵间转换等。

1.2.2 模拟量控制(MCS)自动控制全程化

超超临界机组一般设计有几十套模拟量调节系统，但其中锅炉燃烧调节和锅炉给水调节的自动控制水平决定了APS能否全程自动运行，是APS成功实现的关键。

（1）锅炉主控自动控制的全程化

超（超）临界临界机组在启动点火时，给水量、送风量控制给定都有最小流量的限制，燃料量在升温升压的过程中，需要根据锅炉的不同态(冷态、温态、热态、极热态)来给定；带初负荷时，如何控制燃料率使旁路迅速关闭，使锅炉主控尽快根据负荷或压力自动控制都是全程的难点问题。因此，实现机组自动启动，必须要解决锅炉主控全程控制的问题。

（2）燃烧自动控制

一般在首台给煤机的启动时，是根据锅炉厂的要求由操作员或APS程序启动，如何根据负荷指令的增减来自动安排磨煤机系统的启动和停止，这项功能很难实现。这需要解决两个问题，一是单层煤层启停功能组的实现，包括磨煤机冷热风挡板匹配控制及给煤机煤量投自动的功能，只有在这功能实现的基础上才有可能去实现煤负荷自动控制的功能。二是煤层自动投运／停运顺序的确定。这与助燃方式和机组特性有关。对于超(超)临界机组，考虑水冷壁出口温度等情况，煤层投运顺序更要慎重选择。

（3）给水的全程控制问题

超临界机组给水系统通常配置为两台汽泵运行和一台启动用电泵，给水管路上装有调节阀在低负荷时使用。超临界机组给水控制可以分成几个阶段：

1）低负荷运行阶段，因为给水管路上压力低，为保证电泵工作在安全区，采用电泵定速，由调节阀来控制流量，使总给水流量满足最小流量的需求。

2）低负荷湿态运行阶段。这时调节阀开度随着负荷的增加逐渐开大，可以调节电泵转速来控制流量。 3）电泵与汽泵的运行转换。考虑机组转干态运行工况的特殊性，选择干态运行前进行小汽机升速、电泵汽泵并列运行、退电泵运行。

4）汽泵运行阶段。由于超（超）临界机组煤水比控制是保证主蒸汽焓值（温度）的重要手段，给水量的波动对机组运行的影响较大，这给给水全程控制带来一定难度。

1.2.3 顺序控制(SCS)存在的控制难点