1 000 MW超超臨界直流機(jī)組自啟?？刂葡到y(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及調(diào)試

陸 梁 上海電力建設(shè)啟動(dòng)調(diào)整試驗(yàn)所

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1 000 MW超超臨界直流機(jī)組自啟?？刂葡到y(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及調(diào)試

陸 梁 上海電力建設(shè)啟動(dòng)調(diào)整試驗(yàn)所

摘要：介紹了國(guó)內(nèi)超（超）臨界直流機(jī)組自啟停控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)及解決方案，通過(guò)合理設(shè)計(jì)的自啟停控制系統(tǒng)程序，實(shí)現(xiàn)機(jī)組自動(dòng)啟動(dòng)與停止的功能。超（超）臨界機(jī)組自啟?？刂葡到y(tǒng)的調(diào)試是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要各參建方的密切配合，為此提出了調(diào)試中應(yīng)關(guān)注的重點(diǎn)，確保自啟?？刂葡到y(tǒng)的調(diào)試的順利實(shí)施與機(jī)組自動(dòng)啟動(dòng)與停止的功能的實(shí)現(xiàn)，為今后基建階段超（超）臨界機(jī)組的APS功能試驗(yàn)提供設(shè)計(jì)與調(diào)試經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：超臨界機(jī)組；自啟?？刂葡到y(tǒng)；調(diào)試方法

隨著我國(guó)越來(lái)越多的高參數(shù)、大容量百萬(wàn)千瓦超超臨界機(jī)組的投運(yùn)，能耗降低，百萬(wàn)千瓦超超臨界機(jī)組已逐步成為國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)的主導(dǎo)機(jī)組。新建機(jī)組為保證機(jī)組主、輔機(jī)設(shè)備的啟停過(guò)程中嚴(yán)格遵守運(yùn)行規(guī)程，減少運(yùn)行人員的誤操作，需要增強(qiáng)主、輔機(jī)設(shè)備啟停及運(yùn)行的全程自動(dòng)化水平，APS啟停也越來(lái)越成為追求的目標(biāo)，也是工程創(chuàng)造亮點(diǎn)的方向之一，因此，單元機(jī)組自動(dòng)啟、?？刂疲ˋPS）技術(shù)作為提高自動(dòng)化水平的重要方案，也成為了火電廠自動(dòng)化控制技術(shù)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。這些新技術(shù)的運(yùn)用將保障機(jī)組投產(chǎn)之后安全、可靠、長(zhǎng)周期的運(yùn)行，同時(shí)在百萬(wàn)千瓦超超臨界機(jī)組自啟停控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試中積累的經(jīng)驗(yàn)，豐富了熱工自動(dòng)控制的內(nèi)容，對(duì)其他類型機(jī)組自啟停控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試具有重要的參考價(jià)值。

1　機(jī)組自啟停控制 （APS）的內(nèi)涵

單元機(jī)組自啟?？刂?（APS）是根據(jù)單元機(jī)組啟停過(guò)程中不同階段的需要對(duì)鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、輔機(jī)等系統(tǒng)和設(shè)備工況進(jìn)行檢測(cè)和邏輯判斷，并按預(yù)定好的程序（帶有若干斷點(diǎn)）向順序控制系統(tǒng)各功能組、子功能組、驅(qū)動(dòng)級(jí)以及模擬量控制系統(tǒng)（MCS）、汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）等各控制子系統(tǒng)發(fā)出啟動(dòng)或停止命令，從而實(shí)現(xiàn)單元機(jī)組的自動(dòng)啟動(dòng)或停止。同時(shí)，相關(guān)的保護(hù)聯(lián)鎖邏輯能使主輔機(jī)在各種運(yùn)行工況和狀態(tài)下，自動(dòng)完成各種事故處理。

2　機(jī)組自啟停控制 （APS）的關(guān)鍵技術(shù)

2.1APS啟停過(guò)程

APS的機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程一般分為6個(gè)階段：輔助系統(tǒng)啟動(dòng)階段（機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)前準(zhǔn)備）、冷態(tài)沖洗及鍋爐上水階段（鍋爐點(diǎn)火前準(zhǔn)備）、鍋爐點(diǎn)火階段、鍋爐升溫升壓階段、汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)、機(jī)組并網(wǎng)及帶初負(fù)荷機(jī)組階段 、升負(fù)荷階段。

APS停止程序的階段一般分為3個(gè)階段：降負(fù)荷階段、機(jī)組解列階段、機(jī)組停運(yùn)階段

2.2APS的關(guān)鍵技術(shù)與解決方案

2.2.1各控制系統(tǒng)間的接口信號(hào)

為實(shí)現(xiàn)機(jī)組自動(dòng)程序啟停的要求，要對(duì)整個(gè)熱力、電氣系統(tǒng)的設(shè)備配置、鍋爐、汽輪機(jī)等主要設(shè)備的特性等進(jìn)行研究，同時(shí)對(duì)模擬量控制系統(tǒng)（MCS）、燃燒控制系統(tǒng)（FSSS）、順序控制系統(tǒng)（SCS）、汽機(jī)控制系統(tǒng)（DEH）、汽泵控制系統(tǒng)（MEH）、高低旁路控制系統(tǒng)（BPS）、電氣控制系統(tǒng)（ECS）等控制系統(tǒng)的相關(guān)控制方案進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，解決各子系統(tǒng)程序控制及控制系統(tǒng)間聯(lián)絡(luò)信號(hào)等接口問(wèn)題，并在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行調(diào)整。

2.2.2磨煤機(jī)全程啟停控制

磨煤機(jī)程序控制的研究主要解決啟動(dòng)時(shí)的暖磨、停運(yùn)時(shí)的吹掃等問(wèn)題，確保磨煤機(jī)自動(dòng)全程啟停。

常規(guī)的模擬量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為：熱風(fēng)門(mén)控制一次風(fēng)流量，冷風(fēng)門(mén)控制磨煤機(jī)出口溫度。為實(shí)現(xiàn)磨煤機(jī)自動(dòng)暖磨啟動(dòng)的問(wèn)題，需要采用磨煤機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中冷風(fēng)門(mén)控制一次風(fēng)量，熱風(fēng)門(mén)控制磨出口溫度模式；當(dāng)給煤機(jī)啟動(dòng)后，再切換到冷風(fēng)門(mén)控制磨出口溫度，熱風(fēng)門(mén)控制一次風(fēng)量的正?？刂颇Ｊ?/p>

2.2.3風(fēng)煙系統(tǒng)的全程控制

風(fēng)煙程控自動(dòng)主要解決并風(fēng)機(jī)時(shí)的控制、全程自動(dòng)調(diào)節(jié)的設(shè)定值等。

可采用先將送引風(fēng)機(jī)全部啟動(dòng)，再開(kāi)始拉升引風(fēng)靜葉到爐膛壓力達(dá)一范圍后投自動(dòng)，然后再拉升送風(fēng)動(dòng)葉到總風(fēng)量達(dá)30%～35%后投自動(dòng)，隨后總風(fēng)量設(shè)定值跟隨鍋爐主控，這樣避免了自動(dòng)并風(fēng)機(jī)難點(diǎn)，解決了并風(fēng)機(jī)時(shí)的控制，實(shí)現(xiàn)送引風(fēng)機(jī)全程自動(dòng)調(diào)節(jié)。同理，在制粉系統(tǒng)準(zhǔn)備組級(jí)程控中的一次風(fēng)機(jī)啟動(dòng)也可采用同樣的辦法。

2.2.4給水系統(tǒng)的全程控制

給水控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)控制主要解決汽動(dòng)給水泵程控啟動(dòng)、鍋爐上水、自動(dòng)并泵、給水旁路閥控制與汽泵轉(zhuǎn)速控制的配合和切換，以及干濕態(tài)切換等問(wèn)題。

（1）汽動(dòng)給水泵程控啟動(dòng)可采用模擬人工啟動(dòng)時(shí)在汽泵控制系統(tǒng)（MEH）上的操作，通過(guò)程控步序發(fā)指令給MEH執(zhí)行，當(dāng)MEH與分散控制系統(tǒng)（DCS）采用一體化設(shè)計(jì)時(shí)，事情比較簡(jiǎn)單，否則DCS與MEH的采用的通信設(shè)備必須具有讀寫(xiě)雙向功能，便于DCS進(jìn)行程控編程，同時(shí)DCS 與MEH的通信設(shè)備應(yīng)盡早調(diào)試。

（2）為解決鍋爐上水、干濕態(tài)切換等問(wèn)題，應(yīng)設(shè)計(jì)采用增加給水主控回路的整體架構(gòu)，給水流量的設(shè)定值由給水主控回路給出，干濕態(tài)設(shè)定值由不同的回路產(chǎn)生，啟動(dòng)時(shí)給水流量設(shè)定值賦予給水旁路閥，主給水閥切換后賦予給水泵。采用啟動(dòng)時(shí)給水旁路閥控制給水流量，給泵控制給水壓力，在滿足一定條件下（如給水旁路閥開(kāi)度大于85%、差壓小于3 MPa、主閥離開(kāi)關(guān)位，給水流量大于850 t/h等），自動(dòng)開(kāi)啟主給水電動(dòng)門(mén)，切換到給泵控制給水流量的正常模式這種方法，在調(diào)試過(guò)程調(diào)整給水旁路閥與給水泵流量控制切換點(diǎn)，這樣就能完全實(shí)現(xiàn)給水全程控制的無(wú)擾自動(dòng)切換。

（3）可采用程控方式進(jìn)行給水泵的自動(dòng)并泵，當(dāng)機(jī)組啟動(dòng)到需要啟動(dòng)第二臺(tái)給水泵時(shí)，進(jìn)行并泵時(shí)執(zhí)行自動(dòng)并泵子程序，先保持投用給泵自動(dòng)，先拉升需要并入給泵轉(zhuǎn)速到給水母管壓力，然后開(kāi)給泵出口門(mén)，投入并入給泵自動(dòng)，然后自動(dòng)消除兩臺(tái)給泵轉(zhuǎn)速偏置，完成自動(dòng)并泵。這種程控方式的控制本質(zhì)上模擬了人工并泵與解列 ，不需要加裝給水泵再循環(huán)流量裝置，實(shí)際上由于給水泵出口壓力與除氧器壓力有巨大的壓力差（30 MPa），即使加裝給水泵再循環(huán)流量裝置也無(wú)法測(cè)量準(zhǔn)確。

2.2.5模擬量自動(dòng)控制的全程投用

為解決設(shè)備模擬量自動(dòng)控制的全程投用，采用在啟用過(guò)程中，通過(guò)相應(yīng)的程控步序，切換到設(shè)備操作模塊的跟蹤回路，跟蹤回路中使用重新設(shè)計(jì)的PID回路控制被調(diào)對(duì)象，因?yàn)椴煌碾A段設(shè)備控制的對(duì)象、目標(biāo)、精確度都有可能不同，這樣做既能控制設(shè)備動(dòng)作的幅度與速率以及被控對(duì)象的目標(biāo)位（設(shè)定值），又不影響自動(dòng)回路的正常模式下的使用（不執(zhí)行程控時(shí)不會(huì)跟蹤到增加的控制回路）。如凝汽器補(bǔ)水、除氧器上水、鍋爐上水、風(fēng)煙程控中的風(fēng)機(jī)動(dòng)葉拉升、磨煤機(jī)子程控磨煤機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中冷風(fēng)門(mén)控制拉升到一次風(fēng)量，熱風(fēng)門(mén)控制磨出口溫度、給泵自動(dòng)并泵程控中的拉升給泵轉(zhuǎn)速到給水母管壓力、自動(dòng)消除二臺(tái)給泵轉(zhuǎn)速偏置等都采用了此方式。

2.2.6燃料控制的全程自動(dòng)控制

燃料控制全程自動(dòng)控制主要解決鍋爐啟動(dòng)初期升溫速率控制問(wèn)題等，使燃料控制能夠盡早投入，因?yàn)闄C(jī)組負(fù)荷到達(dá)40%后，機(jī)組負(fù)荷由協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)控制，可不再由APS系統(tǒng)控制。

可采用燃料量控制的指針管理，設(shè)置一定的條件，如分離器溫度，爐膛煙溫、主汽溫度壓力、給水溫度等，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定的條件，燃料以一定的速率增減到某個(gè)目標(biāo)，其增減速率也由定義的條件決定，這些條件往往根據(jù)機(jī)組的不同配置決定。

2.2.7高低壓加熱器自動(dòng)投入

加熱器的啟動(dòng)往往隨汽機(jī)啟動(dòng)而投運(yùn)，自動(dòng)投運(yùn)的難點(diǎn)在于剛啟動(dòng)時(shí)加熱器液位難以建立，因此加熱器的抽汽電動(dòng)門(mén)最好可改為調(diào)節(jié)門(mén)，可控制其開(kāi)度及開(kāi)關(guān)速率。

2.2.8主汽溫、再熱汽溫全程自動(dòng)控制

主汽溫、再熱汽溫常規(guī)采用減溫水串級(jí)控制方式，這種方式控制精度較高，調(diào)試方便，但低負(fù)荷時(shí)往往控制不好，可采用SMITH預(yù)估的動(dòng)態(tài)前饋等先進(jìn)控制方案

2.2.9輔汽系統(tǒng)中老廠、四抽、冷再等汽源的自動(dòng)切換，解決備用汽源的暖管問(wèn)題等。

輔汽壓力的穩(wěn)定也是機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定的關(guān)鍵之一，輔汽系統(tǒng)的供汽對(duì)象有給水泵、除氧器加熱、等離子磨煤機(jī)暖風(fēng)加熱等，控制輔汽壓力的設(shè)備有老廠（或其它機(jī)組）、四抽、冷再等，這些輔汽汽源的控制要綜合考慮才能保障輔汽壓力的穩(wěn)定。

2.2.10汽輪機(jī)的自動(dòng)啟動(dòng)（ATC）要實(shí)現(xiàn)機(jī)組的APS啟動(dòng)，汽輪機(jī)控制系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)的自動(dòng)啟停尤為關(guān)鍵，我國(guó)目前的汽輪機(jī)控制系統(tǒng)控制方案往往由汽輪機(jī)廠家實(shí)施，因此在設(shè)備招標(biāo)中應(yīng)重點(diǎn)考慮汽輪機(jī)ATC的功能及其業(yè)績(jī)。

2.3APS總體設(shè)計(jì)思路

APS總體設(shè)計(jì)思路一般以主程控、組級(jí)程控、子程控進(jìn)行三級(jí)設(shè)計(jì)，每級(jí)每個(gè)控制都應(yīng)設(shè)有程控手自動(dòng)切換按鈕，程控切為手動(dòng)時(shí)，能單獨(dú)執(zhí)行本程控，程控切為自動(dòng)時(shí)，本程控由上級(jí)程控調(diào)用。因此分合自如才能提高機(jī)組程控使用的實(shí)用性與安全性。

3　機(jī)組自啟?？刂?（APS）的調(diào)試技術(shù)

超（超）臨界機(jī)組自啟?？刂葡到y(tǒng)的調(diào)試是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，機(jī)組自動(dòng)啟?？刂频膶?shí)施，既是對(duì)主輔設(shè)備運(yùn)行操作的規(guī)范化，也是控制系統(tǒng)優(yōu)化的過(guò)程，需要各參建方業(yè)主、設(shè)備制造商、設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試的密切配合，才能確保自啟?？刂葡到y(tǒng)的調(diào)試的順利實(shí)施與機(jī)組自動(dòng)啟動(dòng)與停止的功能的實(shí)現(xiàn)。

3.1準(zhǔn)備階段

（1）業(yè)主應(yīng)成立采取組織措施，依靠組織架構(gòu)領(lǐng)導(dǎo)牽頭，解決設(shè)計(jì)、設(shè)備、安裝、調(diào)試、生產(chǎn)各階段出現(xiàn)的問(wèn)題，同時(shí)APS調(diào)試會(huì)經(jīng)常啟停以驗(yàn)證程序的正確性、合理性，因此要為APS調(diào)整試驗(yàn)準(zhǔn)備合理的工期、費(fèi)用

（2）設(shè)計(jì)單位應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況盡早組織有關(guān)參建方共同優(yōu)化APS啟停程序，合理設(shè)置斷點(diǎn)，使程序設(shè)計(jì)符合實(shí)際運(yùn)行要求，縮短啟停時(shí)間，降低啟動(dòng)成本。

（3）必須事先完成編寫(xiě)按APS啟停方式的相關(guān)分系統(tǒng)的啟動(dòng)檢查卡，以及安全注意事項(xiàng)或危險(xiǎn)源辨識(shí)等文件，并在APS相關(guān)的組級(jí)程控、子程控調(diào)試時(shí)不斷完善這些文件。

（4）調(diào)試單位應(yīng)全面了解鍋爐、汽輪機(jī)以及各輔助熱力設(shè)備的設(shè)計(jì)、運(yùn)行及控制要求，編制至少組一級(jí)程控的試驗(yàn)方案或措施，并組織建設(shè)、運(yùn)行、設(shè)計(jì)、施工等有關(guān)單位進(jìn)行審查，經(jīng)批準(zhǔn)實(shí)施。

3.2實(shí)施階段

（1）在調(diào)試過(guò)程中堅(jiān)持執(zhí)行“單體操作必須在DCS上進(jìn)行且相關(guān)保護(hù)系統(tǒng)投入，系統(tǒng)啟動(dòng)必須使用程控啟動(dòng)，試運(yùn)過(guò)程中根據(jù)機(jī)組實(shí)際調(diào)試情況盡早投入自動(dòng)，優(yōu)化調(diào)節(jié)品質(zhì)，提高自動(dòng)化水平”的原則 。

（2）在APS調(diào)試期間，每日組織召開(kāi)APS協(xié)調(diào)工作會(huì)議，每日通報(bào)調(diào)試進(jìn)展，交底當(dāng)日工作要求、安裝單位重點(diǎn)消缺項(xiàng)目與安全注意事項(xiàng)，計(jì)劃下一工作日調(diào)試工作，以APS調(diào)試為龍頭，能提高整個(gè)工程的管理水平，使各參建單位協(xié)同工作，使整個(gè)工程高水平、高質(zhì)量的完成。

（3）自動(dòng)控制邏輯不僅考慮穩(wěn)態(tài)投用時(shí)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，也要考慮啟動(dòng)停止過(guò)程的調(diào)節(jié)功能，優(yōu)化自動(dòng)控制在各種工況下的調(diào)節(jié)品質(zhì)，保障自動(dòng)控制符合APS的要求

（4）APS啟停程序調(diào)試應(yīng)分為靜態(tài)啟停試驗(yàn)與動(dòng)態(tài)啟停試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程必須進(jìn)行驗(yàn)收，最大程度滿足實(shí)際運(yùn)行

（5） 調(diào)試過(guò)程嚴(yán)格執(zhí)行安全管理制度，所有設(shè)備試運(yùn)均必須在保護(hù)校驗(yàn)完畢的情況下在DCS上啟動(dòng)；分系統(tǒng)調(diào)試程序必須進(jìn)行安全技術(shù)交底簽字，完成程控模擬試驗(yàn)；堅(jiān)持分系統(tǒng)啟動(dòng)前按程序啟動(dòng)方式進(jìn)行，但事先必須組織人員進(jìn)行危險(xiǎn)源辨識(shí)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，程序啟停時(shí)組織人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)護(hù)，保障人員與設(shè)備安全。

4　結(jié)論

（1）機(jī)組自動(dòng)啟、?？刂疲ˋPS）技術(shù)是火電廠自動(dòng)化控制技術(shù)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)，本文例舉了自動(dòng)啟、?？刂疲ˋPS）技術(shù)在設(shè)計(jì)中主要的技術(shù)難點(diǎn)，介紹的解決方案能基本解決這些關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)，良好的程序設(shè)計(jì)是試驗(yàn)成功的關(guān)鍵。

（2）APS的調(diào)試過(guò)程能促進(jìn)了工程管理與安裝消缺管理。以APS調(diào)試為龍頭，提高了整個(gè)工程的管理水平，使整個(gè)工程高水平、高質(zhì)量的完成。

（3）促進(jìn)了運(yùn)行管理與培訓(xùn)，完成的APS相關(guān)分系統(tǒng)的啟動(dòng)檢查卡以及安全注意事項(xiàng)等所形成的文件為機(jī)組投產(chǎn)后運(yùn)行提供指導(dǎo)，為運(yùn)行管理、培訓(xùn)提供了依據(jù)。

Key Technologies and Commissioning of Automatic Plant Startup and Shutdown Control System for 1 000 MW Ultra Ultra Critical DC Unit

Lu Liang Shanghai Electric Power Construction Starting and Adjusting Testing Institute

Abstract：The article introduces key technologies and solutions of automatic plant startup and shutdown control system for domestic ultra ultra critical DC unit.Through rational designed automatic plant startup and shutdown control system program，it realizes automatic plant startup and shutdown function.Besides commissioning of automatic plant startup and shutdown control system for ultra ultra critical DC unit is a systemic project，which needs all parties to cooperate closely.To achieve automatic plant startup and shutdown control system commissioning implementation and ultra ultra critical DC unit automatic startup and shutdown function operation，commissioning team puts forward some key points，which should be focused on during commissioning period.These designs and experiences are useful as reference to future infrastructure period ultra （ultra） critical unit APS function testing and commissioning.

Key words：Ultra Critical DC Unit，Automatic Plant Startup and Shutdown Control System，Commissioning Method

［作者簡(jiǎn)介］

陸梁：（1968-），男，本科，高級(jí)工程師，從事電廠熱控調(diào)試與研究。

DOI：10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2016.04.008