基于LM2500+G4燃機的聯(lián)合循環(huán)機組APS的研究與應(yīng)用

上海華電閔行能源有限公司 周金順 華電電力科學(xué)研究院有限公司 劉 翔 張 方

1 APS概述

機組自啟?？刂葡到y(tǒng)作為火電廠的一種高級控制系統(tǒng)，能有效提升機組的自動化水平，減輕運行人員在機組啟停過程中的的工作強度，提高資源的利用效率[1-2]。

機組自啟停系統(tǒng)（Automatic Plant Start-up and Shutdown System，簡稱APS）是根據(jù)機組工藝流程在啟停過程中的需要，對機組工況全面、準(zhǔn)確、迅速的檢測，并通過對大量條件的邏輯判斷，按設(shè)計好的程序向各功能組發(fā)出啟動和停運命令，以實現(xiàn)發(fā)電機組的自動啟動或停運[3]?；痣姍C組的啟機方式按主設(shè)備所處工況分為冷態(tài)啟動、溫態(tài)啟動、熱態(tài)啟動和極熱態(tài)啟動。停機包括鍋爐、汽機的停機操作以及發(fā)電機的解列操作。APS系統(tǒng)針對不同的啟動方式及停運過程給出相應(yīng)的啟停措施。斷點的設(shè)置有效彌補現(xiàn)場設(shè)備的功能局限[4]，在APS系統(tǒng)設(shè)計中需要重點考慮。

2 APS系統(tǒng)功能設(shè)計

APS作為機組啟動的整體控制中心，主要是按照預(yù)定程序向系統(tǒng)、設(shè)備發(fā)指令，并與MCS、TCS、DEH、SCS、BP系統(tǒng)及其它控制系統(tǒng)配合來實現(xiàn)機組的一鍵啟停功能，其實現(xiàn)功能有：一鍵啟動、停止，斷點、跳步，投入、切除，操作畫面顯示，故障報警及恢復(fù)。

2.1 框架設(shè)計

上海華電閔行公司二期改造項目第一階段機組裝機規(guī)模為67.38MW，建設(shè)二臺GE公司的LM2500+G4型燃氣輪發(fā)電機組（31.247MW，ISO工況）、二臺余熱鍋爐和二臺背壓式汽輪機發(fā)電機組（2.45MW），采用“一拖一”模式。機組的APS功能由TCS系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)共同完成。

APS主要由三部分組成，一是TCS系統(tǒng)APS控制邏輯，由燃機本身具備的一鍵啟停邏輯及其與DCS系統(tǒng)的接口及相應(yīng)邏輯組成；二是DCS系統(tǒng)主網(wǎng)APS控制邏輯，主要包括APS主控邏輯、機組各子系統(tǒng)的順控邏輯，其由獨立設(shè)計的一對DPU通過網(wǎng)絡(luò)及硬接線等連接方式實現(xiàn)對各子系統(tǒng)的控制，從而實現(xiàn)APS功能。這部分邏輯是機組實現(xiàn)APS功能的主要部分；三是DCS輔網(wǎng)APS控制邏輯，實現(xiàn)空壓機、調(diào)壓站、化學(xué)制水等系統(tǒng)的自動控制，從而實現(xiàn)整體APS功能。

APS各部分的功能實現(xiàn)，具有跨控制系統(tǒng)、跨控制器、多系統(tǒng)調(diào)用的特性，各系統(tǒng)、控制器之間的信號通信接口設(shè)計對實現(xiàn)APS功能具有重要意義。根據(jù)DCS網(wǎng)絡(luò)配置，擬采用APS控制器接入DCS主網(wǎng)冗余交換機的方式，實現(xiàn)與DCS主網(wǎng)、輔網(wǎng)的數(shù)據(jù)交互，再通過DCS主網(wǎng)控制器的橋梁作用，實現(xiàn)與TCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互，從而實現(xiàn)與整個機組控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互，達到控制整個機組的目的。

2.2 斷點設(shè)置及APS邏輯設(shè)計

考慮當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)負荷控制對機組控制過程的影響以及機組安全的需要，機組APS啟動控制程序擬設(shè)置5個斷點，分別為燃機的啟動確認斷點、燃機發(fā)電機并網(wǎng)確認斷點、汽機的沖轉(zhuǎn)確認斷點、汽輪發(fā)電機并網(wǎng)確認斷點、供熱確認斷點。APS啟動指令發(fā)出后，機組按設(shè)定步驟進行條件檢查并逐步啟動相應(yīng)設(shè)備，直至滿足燃機啟動條件并點擊確認按鈕后，程序才發(fā)啟動指令啟動燃機。同理，燃機發(fā)電機并網(wǎng)前、汽機啟動前、汽輪發(fā)電機并網(wǎng)前及供熱并網(wǎng)前也同樣需要進行人工確認。

為實現(xiàn)機組APS功能，機組在APS系統(tǒng)框架設(shè)計基礎(chǔ)上對各子系統(tǒng)控制邏輯應(yīng)進行逐步細化及驗證。APS邏輯設(shè)計是在各子系統(tǒng)的順序控制以及模擬量控制邏輯準(zhǔn)確、可靠的基礎(chǔ)上進行的統(tǒng)籌及優(yōu)化。逐步細化各子系統(tǒng)順控邏輯，優(yōu)化各子系統(tǒng)模擬量控制回路參數(shù)是實現(xiàn)機組APS功能的重要環(huán)節(jié)。

3 APS啟動步序設(shè)計

APS啟動過程設(shè)置5個斷點，啟動前需人工確認以下事項：化學(xué)制水正常；開式水系統(tǒng)閥門狀態(tài)、設(shè)備送電情況等檢查完畢；閉式水系統(tǒng)閥門狀態(tài)、設(shè)備送電情況等檢查完畢；汽機油系統(tǒng)閥門狀態(tài)、設(shè)備送電情況等檢查完畢；汽機盤車系統(tǒng)設(shè)備送電情況等檢查完畢；除氧器上水系統(tǒng)閥門狀態(tài)、設(shè)備送電情況等檢查完畢；低壓、高壓汽包上水系統(tǒng)閥門狀態(tài)、設(shè)備送電情況等檢查完畢；燃機進氣冷卻水系統(tǒng)閥門狀態(tài)、設(shè)備送電情況等檢查完畢；燃機系統(tǒng)閥門狀態(tài)、設(shè)備送電情況等檢查完畢；主蒸汽管道、疏水系統(tǒng)、高、低壓旁路系統(tǒng)閥門狀態(tài)、設(shè)備送電情況等檢查完畢；汽機本體檢查完畢；盤車手動嚙合，確認盤車在嚙合狀態(tài)。

APS啟動后機組自動檢查確認條件：檢查鍋爐、汽機側(cè)蒸汽管道閥門都在關(guān)閉狀態(tài)，若不是則進行關(guān)閉；檢測鍋爐、汽機側(cè)主要疏水門，若不在打開狀態(tài)則打開疏水門。機組自動檢查確認后、燃機點火確認前，機組運行依次進行以下過程：啟動開式水系統(tǒng)；啟動閉式水系統(tǒng)；啟動汽機油系統(tǒng)；啟動盤車系統(tǒng)(手動嚙合，遠方啟動)；啟動減溫水泵系統(tǒng)；除氧器上水；啟動鍋爐給水泵；低壓汽包上水、高壓汽包上水；啟動燃機進氣冷卻水系統(tǒng)。

燃機點火確認后、并網(wǎng)確認前機組運行過程為：啟動燃機點火、投軸封系統(tǒng)、主蒸汽升溫升壓、啟動汽機旁路系統(tǒng)；燃機并網(wǎng)確認后，進行燃機發(fā)電機并網(wǎng)操作及發(fā)電機升負荷（帶初負荷），汽輪機進行掛閘操作；汽機掛閘后等待汽機沖轉(zhuǎn)確認，待條件滿足并人工確認后汽機按照預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速值進行沖轉(zhuǎn)；汽機定速并達到并網(wǎng)條件，待人工確認后汽輪發(fā)電機進行并網(wǎng)操作，汽機發(fā)電機升負荷；待機組穩(wěn)定運行后，可確認投供熱進入供熱模式。至此機組的APS啟動過程完畢。

4 APS啟動系統(tǒng)實施要點及實施效果

APS控制方案需反復(fù)驗證及優(yōu)化，在實現(xiàn)APS啟動功能時應(yīng)注重以下要點：

模擬量控制回路優(yōu)化。為實現(xiàn)APS對各子系統(tǒng)的有機協(xié)調(diào)調(diào)用和控制，必須對包括高壓汽包水位控制、低壓汽包水位控制、除氧器水位控制、機組負荷控制、主蒸汽壓力及溫度控制、供熱蒸汽壓力及溫度控制等與APS相關(guān)的模擬量控制回路控制進行控制參數(shù)和切入條件的優(yōu)化，并充分考慮控制策略在整個控制過程中適用性，使其符合APS控制要求，實現(xiàn)APS功能。

整體控制策略優(yōu)化。APS控制對象為整個機組，APS功能在設(shè)計、調(diào)試、應(yīng)用階段均需不斷優(yōu)化其控制策略，針對每一子系統(tǒng)控制應(yīng)逐步細化、不斷驗證，使其具有更好的魯棒性，使其APS控制策略在常規(guī)工況及特殊工況中均能滿足機組啟停機控制要求，使機組整體APS功能更加完善。

通過APS的實施優(yōu)化了機組啟動過程中的系統(tǒng)運行工況，提高了機組運行效率，機組每次啟機時間平均減少30分鐘。同時通過APS邏輯程序化控制，大幅度提高了機組自動化水平，降低了在機組啟停時的操作量和人員操作失誤的可能性。