百万自启停控制系统介绍

1百万千瓦超超临界机组自启停控制技术研究及应用（一）百万千瓦超超临界机组自启停控制系统报告人 潘凤萍广东电网公司电力科学研究院2010.4.92简介广东电网公司电力科学研究院从 2004年底开始对广东湛江奥里油电厂 600MW 燃油机组自启停控制系统进行研究和开发，并于 2006年底投运。2008年承担了广东粤电沙角 C电厂 2号机 600MW 机组的APS系统改造项目，研究掌握了多项 APS系统实施的关键技术。2009年开展华能海门电厂 1000MW 超超临界机组自启停控制系统的设计和调试，于 2009年 9月完成调试，顺利投运。3报告内容一、自启停控制系统（ APS）概述二、 APS系统总体结构三、 APS系统的断点设计四、 APS系统与其它系统接口六、 APS系统停止过程所实现的功能七、 APS系统调试和试验技术五、 APS系统启动过程所实现的功能41、自启停控制系统概述 截至 2009年，我国投运的 1000MW超超临界机组已有 20多台。超超临界机组尤其是百万千瓦超超临界机组的设备数量多、容量大，运行参数高和控制系统结构复杂，因此机组对运行人员的操作和管理水平提出了更高要求，在机组运行特别是机组启动和停运过程中，如果靠运行人员手动操作，不仅容易发生误操作事故，而且也极大地影响了机组运行的安全性和经济性。机组自启停控制系统（ Automatic Power Plant Start Up And Shutdown System, APS）可以使机组按照规定的程序进行设备的启停操作，不仅大大简化了操作人员的工作，减少了出现误操作的可能，提高了机组运行的安全可靠性，同时也缩短了机组启动时间，提高了机组的经济效益。因此对发电机组特别是大容量超超临界机组自启停控制技术进行研究和应用，提高机组的运行效率和经济性，成为近年电厂热工自动化和自动控制技术的研究热点之一。51、自启停控制系统概述 机组自启停控制系统 APS（ Automatic Power Plant Startup And Shutdown System）是机组自动启动和停运的控制中心，为了实现机组的自启停，它按规定好的程序向各个系统 /设备发出的启动或停运命令，并由以下系统协调完成：模拟量自动控制系统（ MCS）、协调控制系统（ CCS）、锅炉炉膛安全监视系统（ FSSS）、汽轮机数字电液调节系统（ DEH）、锅炉给水泵小汽机调节系统（ MEH）、汽轮机旁路控制系统（ BPC）、锅炉汽机顺序控制系统（ SCS）、给水全程控制系统、燃烧器负荷控制系统及其它控制系统（如电气控制系统ECS、电压自动调节系统 AVR等），以最终实现发电机组的自动启动或自动停运。61、自启停控制系统概述 在设计有 APS功能的机组时， MCS、 CCS、 FSSS、 MEH、 DEH等系统均要围绕 APS进行设计，协调 APS完成机组自启动功能。在机组启动过程中，随着机组负荷的增加， MCS系统与 FSSS系统相互协调自动完成燃烧器的投切功能，以满足全程烧料自动控制功能。APS下面的功能组的设计就不能是单纯的顺控，而是一个能自动完成一定功能的功能组，功能组具有很强的管理功能，作为中间的连接环节，向下协调有关的控制系统（如 MCS）按自启停系统的要求控制相关的设备，向上尽量减少和 APS的接口，成为功能较为独立的一块，这样就减轻了上一级管理级 APS的负担，同时也提高了机组的自动化水平。即使在 APS不投运的情况下，运行人员仍然可调用该功能组，实现某些可以自动控制自动管理的功能。在给水全程自动控制中， APS与 MEH、 SCS等系统相互协调，自动完成电泵、汽泵之间的启动、停止、并泵、倒泵等功能，以满足全程给水自动控制功能。72、研究的目的和意义 1）机组自启停控制系统提高了机组的控制和自动化水平机组自启停控制是一种先进的控制理念，它涉及到多种复杂控制策略。 APS对电厂的控制是通过电厂底层控制系统与上层控制逻辑共同实现的。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，由常规控制系统执行 APS的控制策略，实现对电厂的自动启 /停控制。它将模拟量控制和顺序控制等各个控制系统整合起来，共同完成设备启停任务。1000MW 超超临界机组是典型的多输入多输出控制系统，参数之间耦合较强，而且控制对象动态特性的延迟时间和惯性时间比较大，非线性比较严重，这些都对自动控制系统提出了更高的要求。另外，为了实现机组自启停控制，就必须实现风烟系统的全程自动、全程给水自动、燃料的自动增减、燃烧器负荷全程控制、主汽压力全程控制及主汽温的全程控制。这些控制策略的实施和应用，从本质上提高了机组整体的自动化水平和运行效率。82、研究的目的和意义 2）机组自启停控制系统提高了电厂的管理水平和经济效益机组自启停控制系统实质上是对电厂运行规程的程序化，它的应用保证了机组主、辅机设备的启停过程严格遵守运行规程，减少运行人员的误操作，增强设备运行的安全性。机组自启停控制系统的研发过程，既是对主设备运行规范优化的过程，也是对控制系统优化的过程。 APS系统的设计和应用不但要求自动控制策略要更加完善和成熟，机组运行参数及工艺准确详实，而且对设备的管理水平也提出了更高的要求。快速准确的机组启动缩短了机组启、停设备时间，优化的控制策略降低了启停过程中的煤耗和油耗，提高了机组运行经济效益。 92、研究的目的和意义 3）机组自启停控制系统研究成果具有广泛的推广和应用价值 1000MW 超超临界机组是目前国内单机容量最大的火电机组，也是今后国内电力系统的主导机组。本院率先自主研究和开发了自启停控制系统，掌握了多项 APS系统实施的关键技术，积累了丰富的工程经验。这对国内同类机组自启停控制系统的研发和应用，起到了积极的推动作用；对将来规范 1000MW 超超临界机组自启停控制系统的设计和同类机组的自启停控制系统的调试具有重要的参考价值。 103、 APS系统总体结构3.1 APS系统的总体结构系统的总体结构 采用金字塔形结构采用金字塔形结构113、 APS系统总体结构采用上述分层控制方式，每层的任务明确、界限分明，同时 3层之间联系密切可靠。这种分层的结构将机组复杂的控制系统分成若干个功能相对独立和完善的功能组，减轻了机组控制级统筹全厂控制的压力，简化了控制系统的设计。机组控制级主要完成各功能组和系统的衔接，减少了和具体设备的连接，方便了各系统的设计。3.1 APS系统的总体结构系统的总体结构 采用金字塔形结构采用金字塔形结构123、 APS系统总体结构机组自启停控制系统机组级顺控更多的是对底层功能组和设备合理的调用，只有底层的功能组设计合理，才能确保机组级顺控的正常运行，因此底层功能组安全顺利地运行是实现机组自启停控制系统的根本保证。 对于作为底层功能组的顺序控制系统也不是原来意义上的顺控，只是把设备按照一定的顺序组织起来实现一定的功能，而是能保证工艺系统能平稳安全投入和退出的功能组。功能组启动允许条件一定要周密严格，防止功能组被随意调用；在功能组的执行过程中，系统投入时要注意和模拟量的配合，做到平稳安全，保证没有冲击、振动，没有电机过流等现象；功能组的完成条件一定要真实反映系统的投运状况。3.2 机组自启停控制系统功能组设计机组自启停控制系统功能组设计 133、 APS系统总体结构为了实现机组自启停功能，还需要增加一些特殊功能组，这些特殊功能组独立于自启停控制系统，即使自启停控制不运行，也能实现一些自我管理的功能，例如全程给水控制系统可通过协调顺序控制系统、模拟量控制系统和小机控制系统 MEH的密切合作，实现从给水启动、主给水电动门和旁路给水调节阀的切换、电泵差压调节和流量或水位调节的切换，单冲量和三冲量切换、电泵和汽泵之间并泵和切泵、汽泵之间并泵和切泵等一系列控制，以满足全程给水自动控制功能。这些特殊功能组丰富了自动控制的内容，减轻的运行人员的劳动强度，保证了机组的正常稳定运行。3.2 机组自启停控制系统功能组设计机组自启停控制系统功能组设计 143、 APS系统总体结构3.2 机组自启停控制系统功能组设计机组自启停控制系统功能组设计 153、 APS系统总体结构3.2 机组自启停控制系统功能组设计锅炉冷态循环清洗功能组机组自启停控制系统功能组设计锅炉冷态循环清洗功能组 163、 APS系统总体结构实现机组自启停控制多采用断点控制方式，断点方式是将 APS启动过程根据既定的控制策略分为若干个系统来完成，每个断点的执行均需人为确认才能开始。采用断点控制方式，各断点既相互联系又相互独立，只要条件满足，各断点均可独立执行，适合火电机组多样的运行方式，符合电厂生产过程的工艺要求。有关 APS断点的设置，应根据现场设备的实际情况，满足各常规控制系统的运行要求，从而实现机组的自启停控制，也可满足对各单独运行工况及过程的操作要求。 3.3 断点的设计思想断点的设计思想174 自启停控制系统设计 海门电厂机组自启停控制系统 APS启动过程起点从从凝补水系统启动开始，终点至机组带 500MW 负荷，投入给煤机自动管理系统，设定1036MW 负荷，退出自启停控制启动模式。 APS系统停止控制从机组当前负荷开始减负荷至投汽机盘车结束、风烟系统停运。依据华能海门电厂一期 1、 2号机组的实际情况， APS启动过程设置 6个断点 : 4.1 APS启动过程设计启动过程设计 机组启动准备断点冷态冲洗及真空建立断点锅炉点火及升温断点汽机冲转断点机组并网断点升负荷断点184 自启停控制系统设计AP停机过程设置 3个断点 : 4.2 APS停机过程设计停机过程设计 降负荷断点：机组解列断点；机组停运断点。194 自启停控制系统设计APS人机接口界面的层次结构与 APS组织结构有着必然的联系，机组控制级的操作和控制信息设计在总画面中，是 APS系统的总貌，包括有启动模式总画面和停止模式总画面两个。功能组级的操作和控制信息设计在断点详细画面和功能组、功能子组、子回路控制画面中，单个设备控制级主要是在与功能组、功能子组步序相联系的层次中。 4.3 机组自启停控制系统画面组态机组自启停控制系统画面组态 204 自启停控制系统设计214 自启停控制系统设计224 自启停控制系统设计机组的断点设计是机组自启停系统的核心问题之一，断点设计的合理与否关系到自启停系统应用和实施的成败， APS系统的断点设计要结合机组设备实际情况和运行人员的经验和需求，要按机组自启停的过程来设计。各断点既相互联系又相互独立，要适合机组各种的运行方式，符合电厂生产过程的工艺要求，既可给 APS系统提供支持，实现机组的自启停控制，又可满足对各单独运行设备及过程的操作要求。 234 自启停控制系统设计245 APS系统与其它系统接口APS系统与 MCS、 FSSS、 SCS、 DEH、 MEH、 ECS等系统的接口信号全部采用通信的方式实现。 APS系统作为基于 MCS、 FSSS、 SCS、DEH、 MEH、 ECS、 BPS 之上的机组级指管理、调度系统，实现 APS系统与这些底层系统的无缝连接是实现 APS系统自启停的关键。255 APS系统与其它系统接口APS系统的成功应用，离不开各个功能组和 MCS系统的协调动作、密切配合，各个系统共同完成。 MCS系统与 APS系统的接口设计关系到APS系统成功与否的关键。因此，为了实现 APS系统，对 MCS系统的控制策略进行优化和完善，使之实现全程稳定调节，共同完成机组的启动和停止控制，成为 APS应用的一个重要组成部分。5.1 APS与与 MCS的接口的接口265 APS系统与其它系统接口在对 APS系统进行研究和应用过程中，为了实现与 APS的接口，提出自动自举的概念，即无论机组在运行状态还是停机状态， MCS系统所有调节系统都在自动位，等待工艺系统满足需要调节时，控制系统才进行 PID调节（自动控制方式， Auto Control），否则处于预置值的跟踪状态（自动备用 Stand-by），这种由控制系统自动进入 PID调节需无需任何人为干预的控制方式转换，称为自动系统的自动自举。自动系统处于自动方式后，不论其在 Auto Control还是 Stand-by方式，都无需人为的干预，系统能自动满足机组运行的需要。实现与 APS接口后，自动系统有三种状态：纯手动方式、自动备用方式（ Stand-by）和自动控制方式（Auto Control）。结合国内实际情况， APS系统启动、停止机组时，不一定要先将所有自动系统都打到自动状态。 APS系统的顺控运行到相应的步骤时，也会发出投入自动的指令，这种设计的目的是为了提高 APS系统的适应性、灵活性。5.1 APS与与 MCS的接口的接口275 APS系统与其它系统接口引入全程自动的概念，这和以往 MCS中的自动有明显的不同，在执行机构无故障、所控制的参数及相关参数测量没有故障时，就可将 M/A站投入自动，这是一种自动备用状态（ AUTO STANDBY），当工艺条件满足时就进入了真正的自动调节状态（ AUTO CONTROL），并自动将被调节参数设置为一个适当的值，不需要任何