电厂之08利用DCS系统实现机组自起停（APS）在河津电厂的应用.doc

利用DCS系统实现机组自起停（APS）在河津电厂的应用冯连根周国强（山西漳泽电力股份公司河津发电厂，山西，043300）摘要本文重点介绍了河津电厂两台350MW机组在实现机组自启停（APS）过程中，APS与有关DCS系统中其它控制系统的相互关系；APS的启动/停止可靠性与安全性，以及日产三菱机组APS系统的设计特点。关键词APS；MT-DEH；SCS；CCS；BMS； The Aplication of Automatic Plant Start-up and ShutdownSystem in DCS in Hejin Power PlantFeng Liangen，Zhou Guoqiang(Shanxi Zhangze Power Stock Co. Hejin Power Plant, Shanxi, 043300)Abstract The relationship between APS and other control station in DCS is given in this article during startup and shutdown of 2units in Hejin power plant. As well as the safety, reliability and the design feature of APS is mentioned. Keywords APS；MT-DEH；SCS；CCS；BMS； 前言：河津电厂一期工程2350MW燃煤机组引进日本三菱设备，配套有三菱重工制造的MBFRR单汽包、辐射、再热、强制循环露天锅炉，TC2F35.4亚临界、一次中间再热、反动式、单轴双缸双排汽凝汽式汽轮机及三菱电机制造的MBJ卧式全氢内冷、隐极、全静态可控硅整流励磁发电机。采用发电机变压器组单元接线，以220KV电压等级接入系统。控制系统采用三菱重工制造新一代的DIASYSUP/V型分散控制系统DCS。该DCS系统的控制子系统包括：主汽轮机调节系统MTDEH、给水泵汽轮机调节系统BFDEH、机组模拟量控制系统CCS、顺序控制系统SCS、燃料流程程序控制系统BMS以及数据采集系统DAS等等。本文将以三菱重工提供的资料为基础，结合现场运行经验和我们的工作，对APS系统功能在条件满足的情况下，实现锅炉、汽轮发电机的自动启动与停止加以介绍和评价。一、河津电厂APS系统的设计特点根据现场运行试验说明，河津电厂机组自起停系统APS能根据机组不同工况实现冷态、温态、热态、极热态四种启动方式，将机组从启动升至满负荷；停机时，则依据停机条件，可以让机组从满负荷安全停运。其APS系统有以下三大优点：APS可以减轻操作员的工作强度，最大限度的防止人员误操作。APS通过控制系统合理的参数设计，向整个机组提供了可靠的、经济的启停指令。APS能够无延时地监视机组启停过程中最危险的阶段，并且可以避开潜在掉闸隐患。二、通过APS实施的自动控制范围2.1 启动I、锅炉侧从锅炉启动准备操作到满负荷操作的控制包括：给水控制、炉膛吹扫、MFT复位、点火、燃料切换等等II、汽机侧从开始启动到满负荷操作的控制包括：凝结水控制、真空系统、汽机油系统、HP/LP抽汽系统等等。2.2 停机I、锅炉侧控制从锅炉的目标负荷到停炉以及相关的辅助系统。II、汽机侧控制从汽机的目标负荷到汽机打闸以及相关的辅助系统。2.3 APS的启停方式：启动方式：由MTDEH根据汽机的第一级金属温度判断主汽轮机的启动方式，并将方式报告给APS。I、冷态启动方式为汽机的第一级金属温度小于165。II、暖态启动方式为汽机的第一级金属温度大于165小于300。III、热态启动方式为汽机的第一级金属温度大于300小于380。IV、极热态启动方式为汽机的第一级金属温度大于380。根据以上四种不同的启动方式，APS给出了相应的升速率、中速暖机保持时间、初始负荷率、初始负荷保持时间。具体参数见表1：2.4 APS为机组提供了正常的停机方式，这种方式下锅炉自然通风，汽机则为热态。APS启动前所需要建立的条件：锅炉侧相关设备状态：（1）、SCS2、BMS1、BMS2所有的驱动设备都投在自动位置。（2）、闭环控制系统设置在自动或自动备用位置。（3）、给控制系统送电。（4）、燃油泵运行。（5）、电除尘/燃煤手操器设置在备用位置。（6）、所有相关的小车开关放在备用位置（DCS方式）。（7）、仪用空压机开始运行。（8）、厂用空压机开始运行。（9）、锅炉汽包水位正常。（10）、EP备用。汽机侧相关设备状态：（1）、SCS3、SCS4、SCSC所有的驱动设备全部设置在自动位置。（2）、闭环控制系统设置在自动或自动备用位置。（3）、给控制系统送电。（4）、主机盘车运行。（5）、所有相关的小车开关放在备用位置（DCS方式）。（6）、轴冷水泵开始运行。（7）、凝结水储水箱水位正常。（8）、除氧器水位正常。（9）、循环水泵开始运行。（10）、凝汽器水位正常。发电机侧相关设备状态：（1）、控制系统送电。（2）、转子冷却水系统设置备用位置。（3）、H2、密封油系统设置备用位置。（4）、闭锁继电器复位。三、APS的主要功能：断点操作、机组操作指导、操作员信息、组级操作。3.1 断点（Break Point）操作：机组使用APS启动与停止操作都是通过断点操作来进行并且直到程序完成为止。锅炉控制系统的启停包括APS和其它顺控系统（SCS2、BMS1、BMS2），其中这些系统作为锅炉的高级控制系统。APS检查每个断点的预检查条件、向CCS、BMS、SCS发出所需的指令，以及启动其它断点后，并监视该断点的运行情况。汽机控制系统的启停包括APS和其它顺控系统（SCS3、SCS4、），其中这些系统作为汽机的高级控制系统。APS检查每个断点的预检查条件、向SCS3、SCS4、MTDEH以及相关的系统发出所需的指令，并监视该断点的运行情况。APS逻辑是通过各相关控制系统反馈回来的控制信号，来判断每个断点的执行情况及状态，并为进入下一个断点作好准备。I、APS机组启动时的九个断点（BP）： BP.1机组启动准备BP.2锅炉启动准备BP.3锅炉点火BP.4汽机启动准备BP.5升速BP.6自同期与初始负荷BP.7阀门切换BP.8升负荷1BP.9升负荷2、九个断点（BP）的功能介绍如下：BP.1 机组启动准备阶段APS向SCS4的低压抽汽组级、高压抽汽组级以及SCS3的凝结水组级发送启动指令。APS启动指令发到SCS4低压抽汽组级时，低压抽汽组级的自动条件成立，而且NO.7或8低加水位没有达到高高值，然后该组级向低压抽汽系统的部分驱动设备发自动指令，使其开关；SCS4高压抽汽组级接到APS发来的指令时，高压抽汽组级的自动条件成立，而且NO.1、2、3高加水位没有达到高高值，然后该组级向高压抽汽系统的部分驱动设备发自动指令，使其开关；SCS3的凝结水组接受的APS发来的启动指令时，凝结水组的自动条件成立，并且冷却水启动完成，凝结水组则向相关的驱动设备发出启动指令。当以上三个组级都进行完后，则向断点2发出允许启动。BP.2 锅炉启动准备：BP.1完成后，APS向SCS4的BFP组级发出启动指令，当电动给水泵子组级的自动条件满足，并且除氧器水位高于低值、电动给水泵的最小流量阀已开、冷却水已完成这三个允许条件也成立，BFP子组启动电动给水泵系统；同时APS向锅炉疏水组发出自动指令，使组级给组内相关的驱动级发出开关命令。APS接到电动给水泵系统以及锅炉疏水组级启动完成后，向CCS1发出汽包水位正常+100mm的指令，CCS1将根据给定值正常100mm与实际汽包水位的差值，给出一个100mm/min的变化率的给水指令，使汽包水位达到正常100mm。APS接到反馈回来的汽包信号后，则要求炉水循环组(SCS2)启动，如果三台炉水泵子组都在自动方式、并且汽包水位高于低值与闭式冷却水已启动完成的条件全部满足，炉水泵组级将启动A、C炉水泵子组。APS接受到炉水泵组级启动完成的指令后，随即向CCS1发送一汽包水位正常100mm的指令，同样，CCS1将根据给定值正常100mm与实际汽包水位的差值，给出一个100mm/min的变化率的给水指令，使汽包水位达到正常100mm。APS接到CCS1反馈回来的汽包信号后，就向锅炉风烟组发启动指令，风烟组自动条件满足，并且冷却水启动完成、A、B送风机油箱的油位不低，则组级第一步先启动交流冷却风机；第二步启动空预器子组；第三步启动引风机子组；第四步启动送风机子组。这四步进行完成将信号反馈给APS,APS向BMS1发出炉膛吹扫/泄漏试验指令，BMS1组级发出炉膛吹扫指令，在炉膛吹扫的过程中，进行泄漏试验对燃油系统的阀门严密性进行验证性试验，试验成功后进行炉膛吹扫。至此断点2完成并为断点3做好启动的准备。BP.3 锅炉点火：APS接到断点2完成的指令后，则向SCS2的锅炉辅助蒸汽组级发“AUTO”指令，该指令将低再蒸汽截止阀、NO.4抽汽截止阀关闭。SCS2的锅炉辅助蒸汽组级执行完成后，APS向BMS1发出燃油回油阀处在点火位置，如果回油阀开度小于55则让其开，回油阀开度大于65则让其关，使回油阀的开度在5565之间，并将该信号反馈给APS。这时APS则发出锅炉点火指令，并且向油燃烧器的“LOAD PROGRAM”发出自动指令，BMS1则先点AB层的1、3号油抢，5秒后点AB层的2、4号油抢，在此过程中，“LOAD PROGRAM”自动控制燃油压力。BP.4 汽机启动准备阶段APS向SCS3的汽机供油组级发出自动指令，汽机供油组级发出盘车油泵启动命令，建立汽机油压；APS向主机盘车组级发出自动启动盘车电机以及盘车捏合电磁阀励磁投入主机盘车；APS向汽机疏水组级发出自动指令，使汽机疏水组级打开和关闭相关的驱动设备；这时APS发指令给A、B汽动给水泵的供油组级，改组级向ASL2发出指令启动被选的设备；APS对汽机真空组级发出启动指令，第一步将凝汽器真空破坏门打开；第二步启动轴加风机；第三步将汽动给水泵的轴封蒸汽入口门、轴封蒸汽截止阀打开；第四步启动真空泵子组；第五步关闭凝汽器真空破坏门。以上组级完成后APS则向DEH发出汽机复位指令，DEH接受到该指令后，关闭主汽门及中压调门，打开高压调门及中压主汽门。BP.5 升速：APS在断点4完成后向DEH发出升速-1的指令，这时如果锅炉点火完成，机前蒸汽参数符合主汽轮机启动热状态的要求、汽机准备断点完成、汽机复位、汽轮发电机升速允许的条件都满足，并且MTDEH APS方式、MTDEH ATS方式投入， DEH接到APS升速1的指令，在将转速设定在500转。在升速过程中，根据不同的启动方式（冷态、暖态、热态、极热态）选择不同的转速变化率，冷态时升速率为150rpm/min，而其它三种状态下升速率为300rpm/min。当主汽轮机转速达到499转时，5分钟后确定汽轮发电机升速到500转。APS接收的DEH升速到500转完成的信号后，则向DEH发出磨擦（Rub-check）请求指令，DEH则关闭所有主汽轮机进汽阀，对汽机进行磨擦检查。磨擦检查完成并退出后，汽机再次设定500转，升速至500转。APS则向DEH发出升速2的指令，DEH则将汽轮发电机转速设定为1900转，在升速时同样根据不同的启动方式设定不同的转速变化率（需要注意的是在升速过程中，当汽机转速在临界转速范围内时，不允许保持汽机转速。河津电厂主汽轮发电机组轴系的临界转速范围是：8001000、11601800、20002820）。在汽轮发电机升速至1900转时，如果冷态启机则需要保持3小时的暖机时间；如果暖态启动则要保持30分钟的暖机时间；而热态或极热态则不需要在1900转时暖机。当暖机完成后，APS向DEH发出升速3的指令，DEH接到APS的指令后，将汽轮发电机的转速设定为3000转。BP.6 同期与初始负荷：汽轮发电机转速升至3000转时，APS向DEH发出初始负荷设定的指令，若机组允许正常且并网条件具备，在投入“ASS”自动同期装置自动后，由ASS向AVR装置和DEH系统发出命令，调整发电机出口电压和汽机转速，待发电机出口电压的大小、频率、相位达到并网要求后，ASS立即发出“52G ON”命令，机组并网运行。机组初始负荷时，根据不同的启动方式所带的负荷及维持的时间不一样（冷态为20MW,10分钟；暖态为35MW,5分钟；热态和极热态35MW，3分钟）。在机组并网后，APS向SCS2发出启动一次风组级命令，这样一次风机子组将一次风系统启动。BP.7 阀切换汽机初始负荷下运行时，由主汽门对转速及初始负荷进行控制，该方式为全周进汽方式，以消减热应力。当DEH接到APS的发切换命令后，GV/MSV进行控制切换，首先GV的开度偏差以一定的速率下降，达到一定的值后，MSV的开度偏差增加最终实现阀门切换。其目的是：避免MSV控制造成的节流损失。BP.8 升负荷1APS向CCS1发送目标负荷1设定指令；当负荷升向目标负荷1的过程中，APS向BMS2发送1-ST煤燃烧器启动命令；向SCS4发出启动1ST汽动给水泵命令；并向CCS1发出电动给水泵与汽动给水泵切换命令；APS向CCS1发送设定目标负荷-2（45满负荷）；并同时发出停电动给水泵及启动2ND煤燃烧器命令。BP.9 升负荷2APS向SCS4发送启动第二台汽动给水泵；并将第二台汽动给水泵投入运行。APS将负荷设定为满负荷，并分别依次投入第三、第四煤燃烧器。至此机组汽动并带满负荷完成。、APS停机由于篇幅有限在此不再详述，下面以表格形式作简单介绍：3.2 机组操作指导：机组状态、参数及各断点的条件成立后，按下断点启动按钮，将根据断点顺序依次进行。如果预检条件已经建立，无需运行人员干预，断点将按顺序自动执行至预先设定好的目标断点。在机组启、停过程中，若APS投入自动，则不需要进行手动确认。正常的增、减负荷操作时，若APS退出运行，将在CCS方式下自动控制发电机输出功率、燃料量、给水流量、以及其它参数。辅机设备的启、停，包括在升负荷（2）、升负荷（3）或降负荷时的磨煤机控制，也将由APS执行。机组启动前，应根据机组状态，选择启动方式，机、炉的启动断点顺序将根据所选择的启动方式执行。3.3 操作员信息：机组有大量的信息提供给运行人员以及检修维护人员，机组各种运行及性能数据以简单的方式传送给机组运行人员，便于监视机组起停控制的进展情况和设备、系统异常状态。CRT上会显示下列状态及报警数据：APS过程监视：I、各断点的进展及相关子回路。II、各断点的完成条件及相关子回路。III、各断点的超时报警信息。IV、子回路的异常报警。控制逻辑IDOL图监视：I、各断点的预操作条件和相关子回路。II、各断点的允许条件和相关子回路。III、各断点的自动条件和相关子回路。3.4 组级(Group Level)操作：本系统可分为三级，分别是APS、组级、驱动级基于下列