张红福 （1972-）

男，甘肃兰州人，工学硕士，工程师，从事热工自动化逻辑组态、调试和试验工作，现就职于广州粤能电力科技开发有限公司。

摘要：机组自启停控制系统(APS)是实现和提高发电机组自动化水平的一个重要的手段，本文针对华能海门电厂东汽日立1000MW机组APS系统中汽机自动冲转的实现，研究并分析了APS与DEH的接口，APS的冲转断点以及DEH中从汽机自动挂闸至升速至3000转的控制，对国内同类机组APS系统的设计和开发具有重要的参考价值。

关键词：机组自启停控制系统(APS)；接口；断点；DEH；升速控制

Abstract: The application of Automatic Power Plant Startup and Shutdown System (APS) is
 a crucial method to enhance the automation standard of power plant. In view of the 
turbine turn performance of DECHITACHI 1000MW generator units, the interface between APS
 and DEH, the turn broken points of APS and the control strategy of speed-up to 3000 rpm 
from turbine latched are studied and analyzed in this paper. It is valuable to the design
 and development of APS in the similar system.

Key words: Automatic Power Plant Startup and Shutdown System (APS); Interface; broken 
point; DEH; Speed-up control

1 引 言

    机组自启停系统（Automatic Plant Startup and Shutdown System，简称APS）作为提高自动化水平行之有效的方法，是实现机组启动和停止过程自动化的系统，其优势在于可以减轻操作员的工作强度，最大限度地防止人员误操作，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，通过无延时地监视机组启停过程中最危险的阶段，可以避开潜在掉闸隐患，从整体上提高机组的自动化水平和安全性[1][2][3]。

    华能海门电厂一期工程2×1036MW超超临界机组锅炉由东方锅炉（集团）股份有限公司、日立BHK、BHDB制造的DG3000/26.25-Ⅱ1型锅炉，为高效超超临界参数变压直流炉、对冲燃烧方式、固态排渣、采用单炉膛、一次中间再热、平衡通风、露天布置、全钢构架、全悬吊结构Π型锅炉；汽轮机由东方汽轮机厂、日立制造的N1000-25/600/600型超超临界、一次中间再热、单轴四缸四排汽、冲动凝汽式，设计额定功率为1000MW，最大连续出力1036MW，DEH采用日立HIACS 5000M控制系统。发电机由东方电机股份有限公司、日立公司制造的QFSN-1000-2-27型发电机，为全封闭、自通风、强制润滑、水/氢/氢冷却、圆筒型转子、同步交流发电机，定子绕组为直接水冷，定、转子铁芯及转子绕组为氢气冷却。机组DCS控制系统采用艾默生（EMERSON）过程控制有限公司基于WINDOWS平台的OVATION系统。

    本文以华能海门电厂东汽-日立1000 MW 超超临界1、2号机组实施的APS项目为例，分析并研究了APS启动过程中自动冲转的实现，对国内同类机组APS系统的设计和开发具有重要的参考价值。

2 APS的断点设置及冲转断点

    依据华能海门电厂一期1、2号机组的实际情况，APS启动过程共设置6个断点：机组启动准备断点；冷态冲洗断点；锅炉点火及升温断点；汽机冲转断点；并网及初负荷控制断点及升负荷断点。汽机冲转断点控制汽机从挂闸到升速至定速3000转暖机结束的过程，是APS启动过程中重要的组成部分，对APS的投入具有重要的意义。

2.1 APS汽机冲转断点中与DEH的接口信号

    机组DCS控制系统采用的是OVATION系统，而DEH采用的日立HIACS 5000M控制系统，在硬件上没有一体化，所以APS与DEH之间的接口信号除挂闸、阀门开度增减指令等信号外其它信号采用通讯方式，具体信号见表1所示。

                    表1   APS汽机冲转断点中与DEH的接口信号

2.2 APS的汽机冲转断点

    汽机冲转断点的设计中主要包含有以下几部分组成：断点启动前的允许条件、断点步序、断点的完成条件、断点的操作等。

2.2.1 汽机冲转断点启动前的允许条件

    包括汽机启动前必须满足的条件和不满足时可以超驰的条件，可以超驰的条件主要是汽机冲转前相关系统中应该投入的自动，必须满足的条件有：

    a)    APS投入

    b)    APS启动模式投入

    c)    锅炉点火升温完成

    d)    汽机冲转断点未完成

    e)    汽机冲转断点已选择

    f)    主汽温度满足

    g)    主汽压力满足

    h)    确认汽水品质化验合格

    i)    汽机调节阀预暖完成

    j)    汽机旁路在自动且开度大于30%

    k)    再热器出口压力小于0.03MPa

    l)    确认氢气纯度大于97%，氢气压力0.36~0.48MPa

    m)    汽机润滑油压力、油温(27℃~40℃)、油箱油位正常

    n)    EH油压力、油温正常

    o)    高压主汽门金属温度高于300℃，高压外缸上下缸温差小于50℃，高压排汽室上下缸温差小于50℃

    p)    汽机盘车投入

    q)    转子偏心、高压缸差胀、中压缸差胀、低压缸差胀、轴向位移、汽机振动、轴承回油温度、推力瓦金属温度、轴瓦金属温度正常

    r)    汽机跳闸

    s)    任一真空泵功能组启动完成

    t)    凝汽器压力小于-85kPa

    u)    轴加风机A或B运行、轴封蒸汽母管压力正常、低压轴封蒸汽温度正常

    v)    任意一台定子冷却水泵运行、定子冷却水流量、压力正常

    w)    机组未并网

    x)    汽机疏水阀开

2.2.2 汽机冲转断点步序共有七步（见表2）

                        表2   汽机冲转断点步序

2.2.3 汽机冲转断点的完成条件

    汽机已挂闸且升速至3000转(2990~3010)延时60秒。

2.2.4 汽机冲转断点的操作

    汽机冲转断点的操作如图1所示，按钮包括自动、手动、启动、步进、跳步、复位、确认七个按钮，同时在操作按钮上方有状态显示，包括启动允许、自动执行、手动执行、断点启动、断点执行步序、断点执行步序的监视剩余时间、断点执行故障、断点执行成功等信息。
 

                                         图1   断点的操作

3 DEH中的升速控制

    DEH采用日立HIACS 5000M分散控制系统，在此硬件平台上所提供的应用组态工具可利用大宏命令的优势分层设计[4][5]，使用小模块搭建的启动模式管理、步序选择闭锁、步序启动指令管理、步序控制、暖机时间计算、升速控制、报警信号处理大宏等一系列标准化、模块化的大宏命令。有了这些基础级的大宏，采用日立分层设计的思想，应用组态就显得层次分明、维护与修改非常方便。

    当APS汽机冲转断点启动条件满足后启动断点，如表2所示，按步序依次进行，到第七步将升速控制交给了DEH侧，DEH中的升速功能分三步完成，第一步设置阀限至最大位置；第二步升速至190转进行摩擦检查；第三步升速至700、1500或3000rpm并根据汽机启动状态在各暖机转速进行暖机。在这三步的控制中运用了上面提到的一系列大宏命令，下面就主要的宏命令功能进行分析。

3.1 步序控制

    对步序进行的启动条件、步序进入条件、步序退出条件、步序旁路条件、步序选择允许条件等条件的判断，发出步序选择、步序启动指令以及步序正在执行和步序结束等状态，具体输入输出如图2所示。步序进入和步序退出条件可见表3，步序选择允许和步序旁路条件如表4所示。
 

                                        图2   步序控制宏命令

    步序控制输入共有13个，STRTUP：步序启动命令条件；STEPIN：步序进入条件；STPOUT：步序退出条件；BYPASS：步序旁路条件；PERMI.：步序选择允许条件；EXECUT：本步序之后的某一步序正在执行；FINISH：下一步序结束；ANTHER：其它步序按钮选择；STEP：其它步序选择；ORDER：本步序启动命令已选择；COM：APS方式下步序选择按钮指令；APS：APS方式；MB：通讯方式下步序选择按钮指令。

    步序控制输出共七个，SELECT：本步序已选择；ORDER：本步序启动指令已选择；EXECUT：本步序正在执行；FINISH：本步序结束；START：本步序已启动；PBSEL：本步序选择按钮已选择；STEP：本步序选择指令已选择。

                        表3   步序进入条件和步序退出条件

                        









                        表4  步序选择允许条件和步序旁路条件

3.2 启动模式管理

    根据汽机的调节级金属温度判断出汽轮机的四种启动模式：

    a)    冷态：高压调节级金属温度小于274℃；

    b)    温态：高压调节级金属温度大于274℃且小于432℃；

    c)    热态：高压调节级金属温度大于432℃且小于520℃；

    d)    极热态：高压调节级金属温度大于520℃。

3.3 暖机时间计算

    根据启动时高压调节级金属温度计算出各暖机转速的暖机时间，如图3所示：
 

                              图3   暖机时间与高压调节级金属温度的关系

3.4 升降负荷率和升速率的确定

    根据热应力要求的升降负荷率形成实际要求的升降负荷率（0%，1%，3%，5%），热应力方式退出、ATC退出和机组解列都将升降负荷率置为“0”。

    热应力方式投入且升速步序正在进行时，根据热应力要求的升速率和机组的启动状态形成实际要求的升速率（0rpm/min,100rpm/min, 150rpm/min, 300rpm/min）。

    ATC方式投入且升速步序正在进行时，实际要求的升速率为“0”、凝汽器真空低、低压缸排汽温度高、轴承振动、润滑油压力低都将升速率置为“0rpm/min”；ATC方式投入时，实际要求的升速率为“0”、凝汽器真空低、低压缸排汽温度高、轴承振动、润滑油压力低都将升降负荷率置为“0%”。

3.5 ATC自动和热应力模式的投切

    ATC自动投入允许条件：无网络故障、热应力相关参数输入无异常。

    ATC自动切除条件：网络故障、热应力相关参数输入异常，手动切除，机组解列，汽机跳闸。

    热应力模式投入允许条件：ATC自动模式投入，无手动设置升速率。

    热应力模式切除条件：ATC自动模式切除，手动设置升速率，热应力相关参数输入异常。

4 实际投运效果

    汽机冲转断点中对汽机冲转条件作了严格的限制，运行人员从画面上可以清楚地看出哪些条件不满足，除个别条件需要人工确认外，当断点启动条件满足后启动断点就自动完成了从投入润滑油冷油器、报警复位、汽机挂闸、汽机跳闸首出复位、目标转速选择、升速率选择等一系列的操作，自动给出暖机时间，对运行人员的操作有一定的规范作用，可在一定程度上防止误操作，可减轻运行人员的劳动强度，对机组的安全运行有积极作用。汽机冲转断点的成功投运为整个APS投运打下基础。

5 结 语

    华能海门电厂1、2号机组的APS项目是国内首次自行建设和实施的1000MW超临界机组APS项目，其极大提升了机组控制的自动化水平，也提高了机组的运行管理水平，处于国内领先水平，取得了非常好的效果；汽机冲转断点的成功投运，也为我们积累了这方面的设计、组态和调试投运经验， 本文分析了DCS与DEH控制系统硬件非一体化情况下APS与DEH的接口、APS的冲转断点以及DEH中从汽机自动挂闸至升速至3000转的控制，对国内同类机组APS系统的设计和开发也具有重要的参考价值。

参考文献

[1] 冯连根，周国强.  APS控制系统在河津发电厂的应用 [J]. 山西电力，2005，(126): 54-57.

[2] 潘凤萍，陈世和. 自启停控制系统在600MW 国产机组上的应用[J]. 广东电力，2008，21(12): 56-58.

[3] 归一数，沈丛奇，胡静.  APS技术在机组DCS改造中的应用[J] . 华东电力，2006，34(2): 51-53

[4] 王青，曹大安. 日立250MW 机组DEH系统改造中机组自启动APS功能的实现[J]. 华北电力技术，2005，NO.9: 43-47.

[5] 姚峻. 日立HIACS 5000M DCS系统在大型机组的应用[J]. 华东电力，2002，(4): 51-53.