杭州和利时自动化有限公司

    摘  要：通过对APS系统的设计原则、控制范围、控制功能、逻辑结构及与其他系统的接口关系的探讨，扼要地介绍了APS系统在大型火电机组上的设计。

    关键词：APS；CCS；FSSS；SCS；DEH；MCS；ATC；接口；设计

    Abstract：In this paper，we briefly present APS design in large power plant unit by the introduction of APS’s design principles，control scale，control function，logic structure and interface with other system.

   Key words：APS；CCS；FSSS；SCS；DEH；MCS；ATC；interface；design

    随着我国大型单机容量机组的在电力系统上的大量应用，对自动化水平和整体控制水平的要求越来越高，由于大型机组控制设备多、容量大、控制参数高、控制系统结构复杂，对运行人员提出了更高的要求。为满足解决运行人员劳动强度大、 精确操作高等问题，目前，大多数电厂的控制都采用了程序控制系统来完成系统的投入（启动）、退出（停止）、联锁、保护、闭锁等功能，来完成机组运行中对设备的启动、停止等操作。但随着自动控制系统的进步和电厂运行对控制水平进一步提高的要求，机组采用APS系统的要求越来越高。本文拟对APS系统在大型火电机组上的应用为题来介绍APS系统的结构、组成及设计情况。

    机组自启停系统（automatic plant startup and shutdown control system，简写为APS），是机组自动启动和停运的信息控制中心，其按规定好的程序向各个设备（系统）发出启动或停运命令，并由以下系统协调完成：协调控制系统（CCS）、模拟量自动调节控制系统（MCS）、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）、锅炉和汽轮机顺序控制系统（SCS）、全程给水控制系统、燃烧器负荷程控系统及其他控制系统（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。

    凡是设计有顺序控制或MCS的系统均考虑进APS，实际操作时可由APS实现，也可人为实现，增加APS运行方式的灵活性。机组启动过程APS的起点从闭冷却水系统启动开始，终点为升负荷过程中厂用电切换完成；机组停止过程APS的起点为当前时刻的负荷，终点是汽轮机停机后真空破坏，盘车投入，风烟系统停运、脱硫系统退出。

    （1）只实现对各设备系统子组顺控功能组的调度工作；

    （2）分为机组启动顺序控制和机组停止顺序控制两组；

    （3）APS控制系统状态控制；

    （4）机组APS控制系统设置为按需使用，不投入时不影响机组的正常控制；

    （5）采用断点的形式，将机组各种系统按机组启动或停止要求进行分类控制；

    （6）具有对系统子组状态的监控功能；

    （7）每个断点顺控组具有中断及恢复功能。按设备的运行情况选择执行步序；

    （8）APS上具有根据系统控制逻辑的操作画面及指导。

    3  APS系统的逻辑主体结构

    APS系统使用断点方式进行机组白启停控制，可实现从机组启动准备到带35%MRC负荷，以及由减负荷至停炉的自动控制。APs分启动模式和停止模式，分别包含6个断点程序，即启动模式断点：机组启动预准备断点；炉膛吹扫及油枪点火断点；建立真空断点；汽机升速断点；并网及带初负荷断点；升负荷断点。停止模式断点：减负荷断点；最小负荷断点；解列断点；汽机跳闸盘车断点；真空破坏及燃烧器退出断点；停炉断点。在启动模式中第6个断点，即升负荷断点中进行到由APs设定负荷指令为35%MCR（350 MW）时。APC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APC协调系统控制升至操作员的设定值或由中调（AGC）给出的设定值。

    从软件逻辑上讲，APS系统，机组白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是否投入，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。如果条件成立则使断点进行。从断点的选择逻辑上分析，可以直接选择最后一个断点（如升负荷断点），其产生的指令会判断前面的5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，即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构成的核心内容，每个断点都具有逻辑结构大致相同的步进程序，其逻辑结构如图1所示。

    第三层为各步进行时产生的指令，即产生送至各个控制系统的功能组命令。

    通过以上的控制逻辑，并设计适当的监控画面，即可完成APS系统的整体控制。

    （1）CCS系统与APS的接口关系

    在机组启动阶段，CCS系统根据机组的停炉时间和主汽压力的参数，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。

    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。

    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。

    CCS系统具有设定跟踪值、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。

    （2）FSSS系统与APS的接口关系

    FSSS系统接受APS系统的控制指令信号，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，并保证根据机组的升降负荷，自动投运燃烧设备。

    （3）SCS系统与APS的接口关系

    在各断点，SCS系统以组级、子组级的控制方式接受APS控制指令，完成设备的启停。

    （4）旁路系统与APS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；同时常规控制系统将APS所需要的信号传递给APS上层控制逻辑。

    （5）DEH系统与APS的接口关系

    DEH中的ATC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。

    机组自起停控制是一种先进的控制理念，它对目前的控制系统提出了更高的要求。对模拟量控制系统而言，只要一开机，设备一运行，就依据工艺系统的参数将有关的自动投入，目标设定值也依据不同的启动阶段自动进行调整，实现各个系统的全程控制，投自动的时间远早于DL／T 657-2006《火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程》中规定的要求。对顺序控制系统也提出了更高的要求，目前一些新投运的机组顺序控制的投入率并不高，很多系统都不投，而要实现机组自启停就要求所有有关的顺序控制都投入运行，这实际上对顺序控制系统的投入率提出了严格的要求。实现自启停还必须增加一些机组级的顺序控制，而不是仅仅局限于原来的分系统，由于顺序控制系统之间相互联系，这就对顺序控制的许可条件和反馈条件提出了较高的要求，而不像原来单个顺序控制那么简单。另外功能组控制级是常规控制系统设计中没有的部分，作为上层机组控制系统和下层功能子组顺序控制之间的衔接部分，为了减轻APS上层机组级控制系统的压力，功能组控制级必须较为完善和独立，即使在APS不投运的情况下，也能完成应有的功能，这样就可以减少和上层的接口，简化APS的设计。由于功能分散，调试起来也会较为容易。应该说APS是先进的控制系统，代表一种先进的控制理念，是目前自动控制发展的一个方向。

    APS系统在湛江奥里油电厂600MW机组上的得到了应用，目前，国华台山1000MW级机组采用了APS设计方案进行全厂自启停控制，这是国产DCS系统在大型机组上应用APS系统的初步探索，希望本文对APS系统的实际应用有一定的借鉴意义。




                                                                ——转自《自动化博览》