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大型火力发电厂APS设计及其工程实践

来源:仪表网

2011/2/23 15:05:09 3489
  概述
  
  APS(AutomotlcPiontStortupondShutdownControlsyste叫是火力发电厂机组在启动或停运过程中使用的自动控制系统,能够按照热力流程及设备运行工况,进行预定参数和进程条件调动控制系统中的顺序控制系统(sequencecontrolsystem,SCS)、锅炉燃烧器管理控制系统(burnermonogementsystem,BMS)、并通过调节过程参数来协调模拟量控制系统(modulotingcontrolsystem,MCS)、汽轮机数字电液控制系统(digltalelectric一hydroulicSystem,DEH)、给水泵汽轮机电液控制系统(micro一electro一hydroullCsystem,MEH)、旁路控制系统(byposscontrolsystem,BPS)、以及电气控制系统(electrlccontrolsystem,ECS)适时参与机组的整体设备的启动或停运。
  
  一、APS系统设计思路
  
  APS对电厂的控制是应用电厂常规控制系统与上层控制逻辑共同实现的。常规控制系统是指:闭环控制系统(MCS/CCS)、锅炉炉膛安全监视系统(FSSS)、顺序控制系统(SCS)、数据采集系统(OAS)、给水全程控制系统、汽轮机数字电液控制系统DEH)及电气控制部分(ECS)等。在没有投入APS的情况下,常规控制系统独立于APS实现对电厂的控制;在APS投入时,常规控制系统给APS提供支持,实现对电厂的自动启/停控制。APS控制系统,根据机组的不同工况(冷态、热态、温态、极热态)采用相应的上层控制逻辑,通过XDPS的数据高速公路,发控制指令至SCS各组级(子组级)顺控、MCS各相关调节回路、BMS油层(煤层)启停逻辑、DEH控制回路、ECS控制逻辑。
  
  在具体的逻辑设计时,采用了模块化、阶段化、结构化等组态方式。一方面更为清晰有效地实现了控制策略;另一方面也便于调试和修改,不至于出现一处逻辑修改而引起多处连锁反应的情况,提高了系统安全性。总体设计思想为:
  
  1.1逻辑模块化。根据阶段单元、步骤单元、信号单元、状态显示等各种完成特定功能的控制逻辑设计成模块化,APS系统设计过程中,尽量使用STEP、MSFT、ESM/A等模块进行设计。
  
  1.2谬步骤阶段化。根据机组启、停过程各断点的设置情况,APS系统能将各工况步骤阶段化,使其具有相对独立的操作特性,以便操作员根据实际情况及时进行人工干预,但不影响其他步骤的执行,如APS断点设计过程中的断点设备选择有效地将系统设备投运阶段化。
  
  1.3判据条理有序化。一次判据、二次判据、反向判据、指令时间、允许时间、等待时间、判据在有效区及其对程序重定位的影响,都是APS充分考虑的因素,尤其在一个设备位置作为判据去影响几个功能组执行时的应用。
  
  1.4程序试验和顺控装置投自动所引发的程序重定位功能,可使顺控装置跟踪机组的实际工况,使控制装置在任何工况下投自动均能适应机组当前状态,不会误发指令。如磨组启动是否投油根据系统在不同工况执行相应步序跳步。
  
  1.5规定MCS、CCS、SCS、FSSS、DEH、ECS等系统均根据APS系统的程序进行设计,并能与APS系统进行良好的接口,接口标准统一、切换无扰,有利于APS上层逻辑与下层功能块、设备控制独立调试、修改。在APS系统的协调控制下,上述各系统能实现必要的相互协调功能。
  
  1.6APS系统对各阶段及断点的结束完成判据与启动允许条件必须全面、充分,根据设备各种工况进行判断,代表设备的真实工况,杜绝错误判据。
  
  1.7APS系统除遵循下层所有的保护、联锁逻辑功能外,还应有一定的事故处理能力及报警提示、人工干预手段,确保机组在安全可靠的方式下运行。
  
  二、APS程序结构
  
  程序结构分为两层:
  
  *层为:操作与逻辑管理,其作用为选择和判断APS是否投入,是选择启动模式还是停止模式,以及显示冷态、温态、热态还是极热态启动方式。选择哪个断点及判断该断点允许进行条件是否成立,使用不同的状态颜色显示断点所处状态。
  
  断点操作为一个操作面板,其逻辑设计具有输入信号和输出信号。
  
  输入信号有:断点启动允许条件、断点设备选择、断点启动/哲停/复位等。
  
  输出信号有:断点未运行、断点运行步序、断点顺控结束、断点完成状态、断点计时、APS指令输出信息框、APS系统报警信息框等。在进行逻辑设计时,应先考虑到APS的操作方式及设计典型逻辑功能图。
  
  第二层为:步进程序,是APS构成的核心内容,即按照预定的操作顺序逐一实现设备的启停和控制。每步控制指令可以发送给一个或多个设备,该步操作全部完成后若相庙状态反惴满足该步完成要求,则转到下一步执行;若该步完成要求在上步完成时就已满足,则不发送该步指令而直接跳到下一步。步序的自动执行过程可以由运行人员暂停。执行过程中,功能组显示操作顺序、设备状态、当前步号、执行时间、功能组控制方式等信息,便于运行人员监视执行情况。
  
  APS指令送到各个顺序控制功能组实现各个功能组的启动/停止,各个组启动/停止完毕后,均返回一完毕信号(完成条件判据)送到APS。
  
  APS功能构架确定了APS启动的运行管理模式,APS功能构架确定后,热控系统的其它各系统根据这个架构进行设计工作,确保热控系统的各个逻辑功能满足APS的启动/停止要求。
  
  三、利港电厂#4机组APS系统应用情况
  
  利港电厂介号机组原OCS控制系统为美国西屋过程控制公司(现已更名为艾默生过程控制有限公司公用事业部)的WDPF一Ⅱ分散控制系统;汽机调节系统为数字电液调节系统DEH、MEH,DCS与DEH为一体化设计。此次OCS改造,采用新华控制工程有限公司的只。XDPS-400e控制系统,APS为这次改造OCS的一个重头戏。
  
  依据利港电厂的实际情况,APS的设计考虑冷态、温态启动各设置7个断点,停止设置3个断点。只有在前一断点完成的条件下,通过所提供的按钮确认启动下一断点,APS才会开始下一断点,在每一断点的执行过程中,均设计“启动/暂停/复位”逻辑以及超驰逻辑。
  
  启动的7个断点分别为:
  
  凝器上水、除氧器加热
  
  锅炉上水
  
  吹扫点火及升温升压
  
  汽机冲转
  
  并网及初负荷
  
  升负荷l(目标100MW)
  
  升负荷2(目标180MW)
  
  第7个断点完成后,此时机组的启动已完成,机组负荷由CCS系统控制,APS退出。APS热态、极热态启动直接从第四个断点一汽机冲转开始,到第七个断点升负荷2(目标180MW)结束。
  
  机组负荷升至操作员的设定值或由中调(AGC)给出的设定值方式。为了适应随后整个生产过程的全程自动控制,CCS可根据负荷指令要求自动地投切制粉系统,适应不同的负荷要求。
  
  机组自动停止程序设3个断点,这3个断点分别为:
  
  从180MW降负荷到100MW
  
  降负荷至10MW后手动打闸汽机,发电机联跳(逆功率)
  
  汽机投盘
  
  针对APS系统运行过程中,工艺过程、控制系统出现的各种异常,设计APS故障处理程序如下:
  
  整个利港和机组APS工程进展及里程碑如下;
  




  2009.3.24成立利港电厂#4机DCS一体化改造小组
  
  2009.4.17一4.18APS启动开工会议
  
  2009.4.20一4.303编写APS系统设计功能表
  
  2009.6.2一6.5利港电厂#4机APS二联会
  
  2009.6.15一6.19讨论和审核APS系统设计功能表印
  
  2009.6.22一11.6APS系统设计组态及仿真调试
  
  2009.11.1PS仿真验收印
  
  2009.11.16一12.6APS系统现场调试及投运
  
  四、功能及其意义
  
  APS是一个电站单元机组高度自动化的控制系统,它是基于单元机组整机自动启停控制思想,建立在单元机组协调控制系统(CCS)、汽机电液调节系统(DEH)、锅炉燃烧管理系统(BMS)和锅炉、汽机及相应辅机顺序控制系统(SCS)等系统之上的机组启停管理系统,是机组启停调度、信息管理与指令控制中心。ApS根据机组启停曲线、按规定好的程序发出各个系统、子系统、设备的启停指令,从而实现单元机组的自动启动或停止。其功能相当于一个智能运行班组,在机组启停阶段承担着运行值长、司炉、司机及司电的协同工作与运行操作任务,达到的运行机长水平。
  
  APS是单元机组zui自动控制技术,具有高度的复杂性,是OCS控制系统中所有常规子系统的统领。要实现APS,必然要求机炉侧SCS、MCS、DEH、DEH、FSSS、CCS、BYASS,以及电气侧ECS等所有子系统的正确与完善,对系统设备提出更高的要求,对系统的重要测点如汽包水位信号要求全程可靠、测量正确,确保启用APS满足机组安全运行的要求。
  
  实现机组APs功能在提高机组自动化控制水平的同时,全面提高机组的运行水平,主要体现在:
  
  完善联锁保护逻辑,提高机组长期安全运行水平;
  
  提高自动调节品质,实现主要调节回路的全程控制,缩短启停时间,提高机组长期经济运行水平;
  
  规范应对启停过程中的故障工况,提高机组设备故障处理的正确率;
  
  操作规范,减少运行人员的操作失误;
  
  除机组正常启停采用断点控制外,可以灵活实现阶段操作,减轻运行人员的操作强度。
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