大型火力發電廠APS設計及其工程實踐

　　概述
　　
　　APS（AutomotlcPiontStortupondShutdownControlsyste叫是火力發電廠機組在啟動或停運過程中使用的自動控制系統，能夠按照熱力流程及設備運行工況，進行預定參數和進程條件調動控制系統中的順序控制系統（sequencecontrolsystem,SCS）、鍋爐燃燒器管理控制系統（burnermonogementsystem,BMS）、并通過調節過程參數來協調模擬量控制系統（modulotingcontrolsystem,MCS）、汽輪機數字電液控制系統（digltalelectric一hydroulicSystem,DEH）、給水泵汽輪機電液控制系統（micro一electro一hydroullCsystem,MEH）、旁路控制系統（byposscontrolsystem,BPS）、以及電氣控制系統（electrlccontrolsystem,ECS）適時參與機組的整體設備的啟動或停運。
　　
　　一、APS系統設計思路
　　
　　APS對電廠的控制是應用電廠常規控制系統與上層控制邏輯共同實現的。常規控制系統是指：閉環控制系統（MCS/CCS）、鍋爐爐膛安全監視系統（FSSS）、順序控制系統（SCS）、數據采集系統（OAS）、給水全程控制系統、汽輪機數字電液控制系統DEH）及電氣控制部分（ECS）等。在沒有投入APS的情況下，常規控制系統獨立于APS實現對電廠的控制；在APS投入時，常規控制系統給APS提供支持，實現對電廠的自動啟／停控制。APS控制系統，根據機組的不同工況（冷態、熱態、溫態、極熱態）采用相應的上層控制邏輯，通過XDPS的數據高速公路，發控制指令至SCS各組級（子組級）順控、MCS各相關調節回路、BMS油層（煤層）啟停邏輯、DEH控制回路、ECS控制邏輯。
　　
　　在具體的邏輯設計時，采用了模塊化、階段化、結構化等組態方式。一方面更為清晰有效地實現了控制策略；另一方面也便于調試和修改，不至于出現一處邏輯修改而引起多處連鎖反應的情況，提高了系統安全性?？傮w設計思想為：
　　
　　1.1邏輯模塊化。根據階段單元、步驟單元、信號單元、狀態顯示等各種完成特定功能的控制邏輯設計成模塊化，APS系統設計過程中，盡量使用STEP、MSFT、ESM／A等模塊進行設計。
　　
　　1.2謬步驟階段化。根據機組啟、停過程各斷點的設置情況，APS系統能將各工況步驟階段化，使其具有相對獨立的操作特性，以便操作員根據實際情況及時進行人工干預，但不影響其他步驟的執行，如APS斷點設計過程中的斷點設備選擇有效地將系統設備投運階段化。
　　
　　1.3判據條理有序化。一次判據、二次判據、反向判據、指令時間、允許時間、等待時間、判據在有效區及其對程序重定位的影響，都是APS充分考慮的因素，尤其在一個設備位置作為判據去影響幾個功能組執行時的應用。
　　
　　1.4程序試驗和順控裝置投自動所引發的程序重定位功能，可使順控裝置跟蹤機組的實際工況，使控制裝置在任何工況下投自動均能適應機組當前狀態，不會誤發指令。如磨組啟動是否投油根據系統在不同工況執行相應步序跳步。
　　
　　1.5規定MCS、CCS、SCS、FSSS、DEH、ECS等系統均根據APS系統的程序進行設計，并能與APS系統進行良好的接口，接口標準統一、切換無擾，有利于APS上層邏輯與下層功能塊、設備控制獨立調試、修改。在APS系統的協調控制下，上述各系統能實現必要的相互協調功能。
　　
　　1.6APS系統對各階段及斷點的結束完成判據與啟動允許條件必須全面、充分，根據設備各種工況進行判斷，代表設備的真實工況，杜絕錯誤判據。
　　
　　1.7APS系統除遵循下層所有的保護、聯鎖邏輯功能外，還應有一定的事故處理能力及報警提示、人工干預手段，確保機組在安全可靠的方式下運行。
　　
　　二、APS程序結構
　　
　　程序結構分為兩層：
　　
　　*層為：操作與邏輯管理，其作用為選擇和判斷APS是否投入，是選擇啟動模式還是停止模式，以及顯示冷態、溫態、熱態還是極熱態啟動方式。選擇哪個斷點及判斷該斷點允許進行條件是否成立，使用不同的狀態顏色顯示斷點所處狀態。
　　
　　斷點操作為一個操作面板，其邏輯設計具有輸入信號和輸出信號。
　　
　　輸入信號有：斷點啟動允許條件、斷點設備選擇、斷點啟動／哲停／復位等。
　　
　　輸出信號有：斷點未運行、斷點運行步序、斷點順控結束、斷點完成狀態、斷點計時、APS指令輸出信息框、APS系統報警信息框等。在進行邏輯設計時，應先考慮到APS的操作方式及設計典型邏輯功能圖。
　　
　　第二層為：步進程序，是APS構成的核心內容，即按照預定的操作順序逐一實現設備的啟停和控制。每步控制指令可以發送給一個或多個設備，該步操作全部完成后若相廟狀態反惴滿足該步完成要求，則轉到下一步執行；若該步完成要求在上步完成時就已滿足，則不發送該步指令而直接跳到下一步。步序的自動執行過程可以由運行人員暫停。執行過程中，功能組顯示操作順序、設備狀態、當前步號、執行時間、功能組控制方式等信息，便于運行人員監視執行情況。
　　
　　APS指令送到各個順序控制功能組實現各個功能組的啟動／停止，各個組啟動／停止完畢后，均返回一完畢信號（完成條件判據）送到APS。
　　
　　APS功能構架確定了APS啟動的運行管理模式，APS功能構架確定后，熱控系統的其它各系統根據這個架構進行設計工作，確保熱控系統的各個邏輯功能滿足APS的啟動／停止要求。
　　
　　三、利港電廠＃4機組APS系統應用情況
　　
　　利港電廠介號機組原OCS控制系統為美國西屋過程控制公司（現已更名為艾默生過程控制有限公司公用事業部）的WDPF一Ⅱ分散控制系統；汽機調節系統為數字電液調節系統DEH、MEH,DCS與DEH為一體化設計。此次OCS改造，采用新華控制工程有限公司的只。XDPS-400e控制系統，APS為這次改造OCS的一個重頭戲。
　　
　　依據利港電廠的實際情況，APS的設計考慮冷態、溫態啟動各設置7個斷點，停止設置3個斷點。只有在前一斷點完成的條件下，通過所提供的按鈕確認啟動下一斷點，APS才會開始下一斷點，在每一斷點的執行過程中，均設計“啟動／暫停／復位”邏輯以及超馳邏輯。
　　
　　啟動的7個斷點分別為：
　　
　　凝器上水、除氧器加熱
　　
　　鍋爐上水
　　
　　吹掃點火及升溫升壓
　　
　　汽機沖轉
　　
　　并網及初負荷
　　
　　升負荷l（目標100MW）
　　
　　升負荷2（目標180MW）
　　
　　第7個斷點完成后，此時機組的啟動已完成，機組負荷由CCS系統控制，APS退出。APS熱態、極熱態啟動直接從第四個斷點一汽機沖轉開始，到第七個斷點升負荷2（目標180MW）結束。
　　
　　機組負荷升至操作員的設定值或由中調（AGC）給出的設定值方式。為了適應隨后整個生產過程的全程自動控制，CCS可根據負荷指令要求自動地投切制粉系統，適應不同的負荷要求。
　　
　　機組自動停止程序設3個斷點，這3個斷點分別為：
　　
　　從180MW降負荷到100MW
　　
　　降負荷至10MW后手動打閘汽機，發電機聯跳（逆功率）
　　
　　汽機投盤
　　
　　針對APS系統運行過程中，工藝過程、控制系統出現的各種異常，設計APS故障處理程序如下：
　　
　　整個利港和機組APS工程進展及里程碑如下；
　　




　　2009.3.24成立利港電廠＃4機DCS一體化改造小組
　　
　　2009.4.17一4.18APS啟動開工會議
　　
　　2009.4.20一4.303編寫APS系統設計功能表
　　
　　2009.6.2一6.5利港電廠＃4機APS二聯會
　　
　　2009.6.15一6.19討論和審核APS系統設計功能表印
　　
　　2009.6.22一11.6APS系統設計組態及仿真調試
　　
　　2009.11.1PS仿真驗收印
　　
　　2009.11.16一12.6APS系統現場調試及投運
　　
　　四、功能及其意義
　　
　　APS是一個電站單元機組高度自動化的控制系統，它是基于單元機組整機自動啟?？刂扑枷?，建立在單元機組協調控制系統（CCS）、汽機電液調節系統（DEH）、鍋爐燃燒管理系統（BMS）和鍋爐、汽機及相應輔機順序控制系統（SCS）等系統之上的機組啟停管理系統，是機組啟停調度、信息管理與指令控制中心。ApS根據機組啟停曲線、按規定好的程序發出各個系統、子系統、設備的啟停指令，從而實現單元機組的自動啟動或停止。其功能相當于一個智能運行班組，在機組啟停階段承擔著運行值長、司爐、司機及司電的協同工作與運行操作任務，達到的運行機長水平。
　　
　　APS是單元機組zui自動控制技術，具有高度的復雜性，是OCS控制系統中所有常規子系統的統領。要實現APS，必然要求機爐側SCS、MCS、DEH、DEH、FSSS、CCS、BYASS，以及電氣側ECS等所有子系統的正確與完善，對系統設備提出更高的要求，對系統的重要測點如汽包水位信號要求全程可靠、測量正確，確保啟用APS滿足機組安全運行的要求。
　　
　　實現機組APs功能在提高機組自動化控制水平的同時，全面提高機組的運行水平，主要體現在：
　　
　　完善聯鎖保護邏輯，提高機組長期安全運行水平；
　　
　　提高自動調節品質，實現主要調節回路的全程控制，縮短啟停時間，提高機組長期經濟運行水平；
　　
　　規范應對啟停過程中的故障工況，提高機組設備故障處理的正確率；
　　
　　操作規范，減少運行人員的操作失誤；
　　
　　除機組正常啟停采用斷點控制外，可以靈活實現階段操作，減輕運行人員的操作強度。