1、专题十、机组自启停 APS 系统专题第 1 页 共 9 页十、机组自启停 APS 系统专题机组自启停控制系统 APS 是热工自动化技术的最新发展方向之一。APS 是实现机组启动和停止过程自动化的系统，其优势在于可以提高机组启停的正确性、规范性，大大减轻运行人员的工作强度，缩短机组启停时间，从整体上提高机组的自动化水平。FOXBORO 公司根据应用经验，做如下说明：APS 功能设计APS 功能包括机组自动启动与自动停止。其中自动启动有冷态、温态、热态和极热态四种启动方式，对于汽机来说，其区别主要在于汽轮机自动开始冲转时对主蒸汽参数的要求不同，因而汽轮机冲转前锅炉升压时间不同。 冷态方式： 第一级
2、金属温度120 温态方式： 第二级金属温度120，且300 热态方式： 第一级金属温度300，且380 极热态方式： 第一级金属温度380对于锅炉来说，区分以上 4 种启动方式，主要由汽包壁温、汽包压力和停炉时间来决定。四种启动方式都可分为九步，每步设计为 1 个断点。只有在前一步完成的条件下，通过所提供的按钮确认启动下一步，APS 才会开始下一步，在每一步的执行过程中，均设计“GO/HOLD”逻辑，这九步为：1） 启动准备2） 汽机抽真空3） 锅炉初始清洗4） 锅炉冷态清洗5） 锅炉点火6） 热态清洗7） 汽机冲转8） 并网、带初负荷9） 升至目标负荷（40BMCR）第九个断点即加负荷断点中
3、进行到由 APS 设定负荷指令为 40%MCR 并实现后，发出由 CCS 进行负荷控制并投入协调方式的命令，断点完成后，APS 退出，此时机组的启动已完成，机组负荷由CCS 系统控制升至操作员的设定值或由中调（AGC）给出的设定值方式。为了适应随后整个生产过程的全程自动控制，CCS 必须能根据负荷指令要求自动地投切燃烧器，适应不同的负荷要求。投入 APS 前，必须具备启动允许条件，如锅炉加药系统、汽水采样系统、锅炉排污系统、灰处理系统、锅炉补水系统具备投入条件，凝结水、给水系统上水，循环水系统上水，开闭式冷却水系统上水、压缩空气系统、化学精处理系统、凝汽器胶球清洗系统、凝汽器铜管造膜系统具备投
4、入条件，启动密封油系统，发电机充氢等已准备好。机组自动停止也可设 6 步，也设计“GO/HOLD”逻辑，这 6 步分别为： 减负荷 最小负荷 解列 汽机跳闸 真空破坏及燃烧器退出专题十、机组自启停 APS 系统专题第 2 页 共 9 页 停炉 APS 结构实现机组级自启/停要通过一个渐进的过程来实现。如何在较短时间内不但较高水平地完成DCS 各个功能，又能实现 APS 功能且不影响 DCS 其它功能的实现，APS 的结构方案成了关键。机组级自启停（APS）采用多层级功能组结构，最高层为机组级自启停功能组。这样做不但使 APS 对下层 DCS 功能的影响较小，而且还可以把 APS 拆开分步试投。
5、APS 对电厂的控制是应用电厂常规控制系统与上层控制逻辑共同实现的。常规控制系统是指：闭环控制系统（MCS/CCS） 、锅炉炉膛安全监视系统（FSSS） 、顺序控制系统（SCS） 、数据采集系统（DAS） 、给水泵汽轮机数字电液调节系统（MEH） 、汽轮机旁路控制系统（BPC） ；给水全程控制系统；汽轮机数字电液控制系统（DEH）及电气控制部分（ECS）等。在没有投入 APS 的情况下，常规控制系统独立于 APS 实现对电厂的控制；在 APS 投入时，常规控制系统给 APS 提供支持，实现对电厂的自动启/停控制。机组自启停系统可分为三层：第一层为操作管理逻辑，其作用为选择和判断 APS 是否投
6、入，是选择启动模式还是停止模式，选择哪个断点及判断该断点允许进行条件是否成立。如果条件成立则产生一信号使断点进行。可以直接选择最后一断点（如升负荷断点） ，其产生的指令会判断前面的五个断点是否已完成，如没有完成则先启动最前面的未完成断点，具有判断选择断点功能，从而实现机组的整机启动。第二层为步进程序，是 APS 的构成核心内容，每个断点都具有逻辑结构大致相同的步进程序，步进程序结构分为允许条件判断（与门） ，步复位条件产生（或门）及步进计时。当该断点启动命令发出而且该断点无结束信号，则步进程序开始进行，每一步需确认条件是否成立，当该步开始进行时同时使上一步复位。如果发生步进时间超时，则发出该断
7、点不正常的报警。第三层为各步进行产生的指令。指令送到各个顺序控制功能组实现各个功能组的启动/停止，各个组启动/停止完毕后，均返回一完毕信号到 APS。APS 的自动启动和自动停止功能结构初步可按下图 1 和图 2 所示：APS机 组 自 启 动机组启动预备循环水子组 凝结水子组 低压抽汽子组 高压抽汽子组 给水子组 炉水循环子组 锅炉疏水及排汽组燃油子组炉膛吹灰及点火风烟系统子组 炉膛吹扫子组 辅汽子组 汽机疏水子组 燃油流量调节 锅炉点火子组 汽机供油子组风子组 发电机辅设建立真空汽机真空子组汽泵子组 汽机挂闸汽机升速汽机摩擦检查暖机 定速并网及初负荷电气同期 并网初始负荷加负荷电除尘 轻油
8、退出子组负荷设定 奥里油燃料投入子组CCS控制图 1 APS机 组 自 动 启 动 功 能 框 架 图专题十、机组自启停 APS 系统专题第 3 页 共 9 页专题十、机组自启停 APS 系统专题第 4 页 共 9 页APS机 组 自 动 停 机图 2 APS机 组 自 动 停 机 功 能 框 架 图减负荷负荷30%设定给水子组 燃油流量调节 锅炉点火子组最小负荷低加抽汽组 高加疏水抽汽组汽机疏水组 汽机疏水子组 油燃烧器负荷程序CCS锅炉跟随负荷设定10%重油燃料切除组解列锅炉疏水及排汽组发电机解列真 空破 坏及 燃烧 器退 出小汽机组停用组风组子组 轻油停用组 燃油组停用组 汽机真空组停用
9、组停炉烟风系统组停用组给水组停用组炉水循环泵组停用组辅汽组停用组 电除尘停用组 凝结水组停用组汽机跳闸汽机供油组 汽机跳闸 盘车组各功能组及子功能组APS 的投入主要依靠各功能组来实现，APS 系统相当于机组启停信息控制中心，按规定好的程序发出各个设备系统启动的命令，由各个系统相互协调共同完成： SCS 锅炉/汽机顺序控制系统 MCS/CCS 机组自动控制系统 FSSS 锅炉炉膛安全监视系统 DEH 数字电液调节系统 MEH 给水泵汽轮机数字电液调节系统 BPC 汽轮机旁路控制系统 其它控制系统（AVR 电压自动调节系统）APS 能否全面投入运行的关键是各个控制子系统的自动投入情况，其中锅炉、
10、汽机顺序控制系统、锅炉炉膛安全监视系统（FSSS）和机组闭环自动控制系统 CCS 的投入情况最为关键。APS 设计要灵活，在操作员站的 APS 操作画面上可以进行整机的自动启、停操作，也可以进行单独断点的自动进行操作。在机组启、停运行操作中，如果 APS 在退出状态下，也可以使用 APS 的操作画面很方便的按设定好的步骤，直接对某一功能组进行顺控操作，当该功能组中某一设备不能投自动时，可以立即调出该设备的操作站进行手动操作，以满足该功能继续执行。SCS 系统与 APS 系统的接口关系SCS 系统采用多层次的结构，分为功能组级、子功能组级和设备控制级等，从结构上来看，APS 实现上也是 SCS
11、系统的一个功能组，SCS 是 APS 的一个子功能组。SCS 系统是构成 APS 系统的核心部分，SCS 系统的成功投运是 APS 系统投运的关键所在，设计完善合理的 SCS 系统是 APS 投运专题十、机组自启停 APS 系统专题第 5 页 共 9 页最主要基础。在 APS 的各断点，SCS 系统以功能组级、子功能组级和设备级的控制方式接受 APS 的控制指令，完成设备的启停。机组启动预备机组启动预备是 APS 启动的第一个断点，是机组采取 APS 启动的开始，初步设计如下的 SCS 功能子组：(a) 循环水子组，(b) 凝结水子组，(c) 低压抽汽子组，(d) 高压抽汽子组，(e) 给水子
12、组，(f) 炉水循环子组，(g) 锅炉疏水及排汽组，(h) 燃油子组等。要选择该断点，需要满足以下条件（待进一步讨论。以下类似作为条件时，均为待进一步讨论）：(a) 选择启动方式，(b) 凝结水水位正常，(c) 除氧器水位正常，(d) 仪用气压力正常，(e) 检修气压力正常，(f) 凝结水在自动，(g) 循环水在自动，(h) 低压抽汽在自动，(i) 高压抽汽在自动，(j) 给水在自动，(k) 炉水循环泵在自动，(l) 锅炉疏水及排汽在自动，(m) 燃油在自动，(n) 给水调门处于备用等。机组启动预备断点执行结束的条件为：a) 循环水启动完毕，b) 凝结水启动完毕，c) 低压抽汽投运，d) 高压
13、抽汽投运，e) 给水启动完毕，f) 炉水循环泵投运，g) 锅炉疏水及排汽投运，h) 燃油投运完毕。专题十、机组自启停 APS 系统专题第 6 页 共 9 页建立真空初步设计如下的 SCS 功能子组：（a） 汽机真空子组，（b） 汽泵子组，（c） 汽机挂闸等。要选择该断点，需要满足以下条件：（a） 汽机真空在自动模式，（b） 汽泵在自动模式等。建立真空断点执行结束的条件为：（a） 汽机真空建立，（b） 汽泵投运结束，汽机挂闸等。锅炉初始清洗锅炉冷态清洗炉膛吹扫及点火机组启动预备完成后，可以进行炉膛吹扫及点火，初步设计如下的 SCS 功能子组：(a) 风烟系统子组，(b) 炉膛吹扫子组，(c) 辅
14、汽子组，(d) 汽机疏水子组，(e) 燃油流量调节，(f) 锅炉点火子组，(g) 汽机供油子组，(h) 发电机辅设等。要选择该断点，需要满足以下条件：a) 风烟系统自动，b) 辅汽自动，c) A 送风机入口控制挡板自动备用，d) B 送风机入口控制挡板自动备用，e) A 引风机入口挡板自动备用，f) B 引风机入口挡板自动备用，g) FSSS 在 APS 模式，h) 轻油流量控制阀自动备用，i) 汽机供油自动备用，j) 盘车自动模式，专题十、机组自启停 APS 系统专题第 7 页 共 9 页k) 汽机疏水自动模式，l) 发电机辅助自动模式等。炉膛吹扫及点火断点执行结束的条件为：(a) 风烟系统
15、投运结束，(b) 辅汽投入模式，(c) 汽包水位正常，(d) 空气流量30%，(e) MFT 复位，(f) 任一燃油层在投运，(g) 冲转蒸汽允许等。（c） 锅炉热态清洗汽机冲转汽机冲转升速的具体功能由 DEH 的 ATC 来完成，ATC 程序接受 APS 系统的指令，主要有：（a） 汽机摩擦检查，（b） 升速，（c） 应力计算，（d） 暖机，（e） 阀切换，（f） 定速等。并网、带初负荷当汽机冲转结束定速 3000 r/min 后，APS 进入到并网断点，等待操作员发出“GO”命令后，并网断点开始执行，向电气系统发出同期投入命令，向 DEH 系统发出投入同期投入命令，由同期装置完成并网功能。
16、在刚并网时，由 DEH 完成初始负荷功能。根据机组的启动方式完成初始负荷暖机后，并网及初负荷断断点结束，进入到加负荷断点。升至目标负荷（40BMCR）加负荷过程中需要各个 MCS/CCS 闭环自动系统、FSSS 系统、MEH 系统、DEH 系统、给水全程系统（完成水位调节、并泵、倒泵等）协调共同完成，按以下步骤进行（机组负荷增减时，具体如何投切锅炉燃料，应在与锅炉专业一起做进一步的研究）：a) 加负荷到 15%；b) 投下层油燃烧器及投电除灰（若有电除灰的话） ；c) 目标负荷到 40%，实际负荷增加到 25%时再投一层油燃烧器；d) 当实际负荷达到 40%时，向 FSSS 系统及 CCS 系
17、统发出油燃烧器数量控制投自动指令，由 FSSS 系统和 CCS 系统根根据负荷情况自动投切油燃烧器；e) 向 FSSS 系统发出退出轻油系统指令；f) 向 CCS 系统发出投入负荷自动控制投入指令，机组启动结束，机组进入正常的负荷调节，由操作员或 AGC 设置机组目标负荷即可。要选择该断点，需要满足以下条件（根据实际情况补充完善）：专题十、机组自启停 APS 系统专题第 8 页 共 9 页（a） 轻油层在投运，（b） DEH 在 APS 方式，（c） 油燃烧在自动方式，（d） 第一台锅炉给水泵小汽机控制自动启动状态，（e） 轻油自动方式，（f） 1 级过热器喷水减温阀 A、B 自动备用方式，（
18、g） 2 级过热器喷水减温阀 A、B 自动备用方式，（h） 冷再喷水减温阀 A、B 自动备用方式等。加负荷断点执行结束后，机组启动结束，APS 退出，机组进入正常的负荷调节，判断的条件为：a) CCS 负荷控制方式,b) 任一台锅炉给水泵小汽机投运结束,c) 实际功率40%,d) 三冲量控制方式,e) 油燃烧器投入 2 层,f) 所有轻油燃烧器阀关闭,g) 轻燃油退出结束状态,h) 汽机疏水阀关闭,i) 低压加热器投运完成,j) 高压加热器投运完成,k) A 省煤器再循环阀关闭,l) B 省煤器再循环阀关闭等。CCS 系统与 APS 的接口关系CCS 机组闭环自动控制系统完成机组模拟量的自动控
19、制，其控制过程必须是全程自动，并且具有设定值跟踪、自动变化设定曲线，平滑改变设定值等功能，以满足系统全程自动的要求。当系统工艺未满足自动投入条件时，系统应处于备用的自动状态，并与 SCS 系统配合自动跟踪输出以满足工艺要求。待满足投入系统自动时，系统应能由自动备用状态切换到自动运算状态，而无须人为干预。为实现机组的全程自动控制，CCS 系统与 FSSS 系统密切结合，设计一个油燃器自动投/切逻辑，该逻辑根据 CCS 的加减负荷要求自动投切油燃烧器，真正实现全程的负荷自动调节，在 CCS 负荷调节下，操作员只需输入一个目标负荷即可，其它不需要人为操作。a） 机组启动阶段，CCS 系统根据机组的停
20、炉时间、主汽压力和汽机的热状态等参数，向APS 系统发出冷态启动、温态启动、热态启动、极热态启动状态。b） 根据 APS 系统的选择，CCS 系统按照冷态启动、温态启动、热态启动、极热态启动的方式，建立机组升温升压负荷曲线，以相应的负荷设定值、压力设定值及变化率完成锅炉的启动控制。c） 旁路系统全程自动投入，满足锅炉启动及机组冲转要求。d） 根据锅炉燃烧设备的投运，适时建立并监视机组的带负荷能力。e） CCS 系统具有设定值跟踪、自动变化设定曲线，平滑改变设定值功能，与 SCS 系统接口完成控制系统的自举功能。专题十、机组自启停 APS 系统专题第 9 页 共 9 页f） CCS 系统在加/减
21、负荷时，与 SCS 密切配合，能根据负荷要求自动投/切燃烧器。FSSS 系统与 APS 系统的接口关系FSSS 系统接受 APS 的控制指令信号，完成锅炉点火前的炉膛吹扫、燃油泄露试验、燃烧器点火的控制功能。另外 FSSS 与 CCS 结合，设计一个燃烧器台数的自动控制逻辑，根据机组的升/降负荷，自动投/切燃烧设备，实现全程负荷自动调节。旁路系统与 APS 系统的接口关系旁路系统根据 APS 系统的指令，完成高压旁路、低压旁路的控制。实现旁路系统启动过程中对压力的定压控制、滑压控制、汽机冲转过程的定压控制。并将旁路 PCV 阀的控制状态发送给 CCS 系统，共同完成启动过程的升负荷控制。常规控制系统直接控制设备，而 APS 上层控制逻辑则是通过常规控制系统实现对设备的启停控制，它们之间通过内部通信和硬接线进行信号传递。APS 根据上层控制逻辑进行逻辑运算后发出指令，该指令通过内部通信及硬接线传送给常规控制系统，实现对设备的自动启停控制；同时控制系统将 APS 所需要的信号传送给 APS 上层控制逻辑。DEH 系统与 APS 系统的接口关系DEH 中的 ATC（AUTOMATIC TURBINE START）程序接受 APS 系统的指令，使汽机自动完成从盘车、冲转到带负荷整个过程的平稳、高效的控制系统。
