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張紅福 （1972-）

男，甘肅蘭州人，工學(xué)碩士，工程師，從事熱工自動(dòng)化邏輯組態(tài)、調(diào)試和試驗(yàn)工作，現(xiàn)就職于廣州粵能電力科技開發(fā)有限公司。

摘要：機(jī)組自啟停控制系統(tǒng)(APS)是實(shí)現(xiàn)和提高發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化水平的一個(gè)重要的手段，本文針對(duì)華能海門電廠東汽日立1000MW機(jī)組APS系統(tǒng)中汽機(jī)自動(dòng)沖轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn)，研究并分析了APS與DEH的接口，APS的沖轉(zhuǎn)斷點(diǎn)以及DEH中從汽機(jī)自動(dòng)掛閘至升速至3000轉(zhuǎn)的控制，對(duì)國內(nèi)同類機(jī)組APS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)具有重要的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：機(jī)組自啟停控制系統(tǒng)(APS)；接口；斷點(diǎn)；DEH；升速控制

Abstract: The application of Automatic Power Plant Startup and Shutdown System (APS) is
 a crucial method to enhance the automation standard of power plant. In view of the 
turbine turn performance of DECHITACHI 1000MW generator units, the interface between APS
 and DEH, the turn broken points of APS and the control strategy of speed-up to 3000 rpm 
from turbine latched are studied and analyzed in this paper. It is valuable to the design
 and development of APS in the similar system.

Key words: Automatic Power Plant Startup and Shutdown System (APS); Interface; broken 
point; DEH; Speed-up control

1 引 言

    機(jī)組自啟停系統(tǒng)（Automatic Plant Startup and Shutdown System，簡(jiǎn)稱APS）作為提高自動(dòng)化水平行之有效的方法，是實(shí)現(xiàn)機(jī)組啟動(dòng)和停止過程自動(dòng)化的系統(tǒng)，其優(yōu)勢(shì)在于可以減輕操作員的工作強(qiáng)度，最大限度地防止人員誤操作，通過控制系統(tǒng)合理的參數(shù)設(shè)計(jì)，向整個(gè)機(jī)組提供了可靠的、經(jīng)濟(jì)的啟停指令，通過無延時(shí)地監(jiān)視機(jī)組啟停過程中最危險(xiǎn)的階段，可以避開潛在掉閘隱患，從整體上提高機(jī)組的自動(dòng)化水平和安全性[1][2][3]。

    華能海門電廠一期工程2×1036MW超超臨界機(jī)組鍋爐由東方鍋爐（集團(tuán)）股份有限公司、日立BHK、BHDB制造的DG3000/26.25-Ⅱ1型鍋爐，為高效超超臨界參數(shù)變壓直流爐、對(duì)沖燃燒方式、固態(tài)排渣、采用單爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐；汽輪機(jī)由東方汽輪機(jī)廠、日立制造的N1000-25/600/600型超超臨界、一次中間再熱、單軸四缸四排汽、沖動(dòng)凝汽式，設(shè)計(jì)額定功率為1000MW，最大連續(xù)出力1036MW，DEH采用日立HIACS 5000M控制系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)由東方電機(jī)股份有限公司、日立公司制造的QFSN-1000-2-27型發(fā)電機(jī)，為全封閉、自通風(fēng)、強(qiáng)制潤滑、水/氫/氫冷卻、圓筒型轉(zhuǎn)子、同步交流發(fā)電機(jī)，定子繞組為直接水冷，定、轉(zhuǎn)子鐵芯及轉(zhuǎn)子繞組為氫氣冷卻。機(jī)組DCS控制系統(tǒng)采用艾默生（EMERSON）過程控制有限公司基于WINDOWS平臺(tái)的OVATION系統(tǒng)。

    本文以華能海門電廠東汽-日立1000 MW 超超臨界1、2號(hào)機(jī)組實(shí)施的APS項(xiàng)目為例，分析并研究了APS啟動(dòng)過程中自動(dòng)沖轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn)，對(duì)國內(nèi)同類機(jī)組APS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)具有重要的參考價(jià)值。

2 APS的斷點(diǎn)設(shè)置及沖轉(zhuǎn)斷點(diǎn)

    依據(jù)華能海門電廠一期1、2號(hào)機(jī)組的實(shí)際情況，APS啟動(dòng)過程共設(shè)置6個(gè)斷點(diǎn)：機(jī)組啟動(dòng)準(zhǔn)備斷點(diǎn)；冷態(tài)沖洗斷點(diǎn)；鍋爐點(diǎn)火及升溫?cái)帱c(diǎn)；汽機(jī)沖轉(zhuǎn)斷點(diǎn)；并網(wǎng)及初負(fù)荷控制斷點(diǎn)及升負(fù)荷斷點(diǎn)。汽機(jī)沖轉(zhuǎn)斷點(diǎn)控制汽機(jī)從掛閘到升速至定速3000轉(zhuǎn)暖機(jī)結(jié)束的過程，是APS啟動(dòng)過程中重要的組成部分，對(duì)APS的投入具有重要的意義。

2.1 APS汽機(jī)沖轉(zhuǎn)斷點(diǎn)中與DEH的接口信號(hào)

    機(jī)組DCS控制系統(tǒng)采用的是OVATION系統(tǒng)，而DEH采用的日立HIACS 5000M控制系統(tǒng)，在硬件上沒有一體化，所以APS與DEH之間的接口信號(hào)除掛閘、閥門開度增減指令等信號(hào)外其它信號(hào)采用通訊方式，具體信號(hào)見表1所示。

                    表1   APS汽機(jī)沖轉(zhuǎn)斷點(diǎn)中與DEH的接口信號(hào)

2.2 APS的汽機(jī)沖轉(zhuǎn)斷點(diǎn)

    汽機(jī)沖轉(zhuǎn)斷點(diǎn)的設(shè)計(jì)中主要包含有以下幾部分組成：斷點(diǎn)啟動(dòng)前的允許條件、斷點(diǎn)步序、斷點(diǎn)的完成條件、斷點(diǎn)的操作等。

2.2.1 汽機(jī)沖轉(zhuǎn)斷點(diǎn)啟動(dòng)前的允許條件

    包括汽機(jī)啟動(dòng)前必須滿足的條件和不滿足時(shí)可以超馳的條件，可以超馳的條件主要是汽機(jī)沖轉(zhuǎn)前相關(guān)系統(tǒng)中應(yīng)該投入的自動(dòng)，必須滿足的條件有：

    a)    APS投入

    b)    APS啟動(dòng)模式投入

    c)    鍋爐點(diǎn)火升溫完成

    d)    汽機(jī)沖轉(zhuǎn)斷點(diǎn)未完成

    e)    汽機(jī)沖轉(zhuǎn)斷點(diǎn)已選擇

    f)    主汽溫度滿足

    g)    主汽壓力滿足

    h)    確認(rèn)汽水品質(zhì)化驗(yàn)合格

    i)    汽機(jī)調(diào)節(jié)閥預(yù)暖完成

    j)    汽機(jī)旁路在自動(dòng)且開度大于30%

    k)    再熱器出口壓力小于0.03MPa

    l)    確認(rèn)氫氣純度大于97%，氫氣壓力0.36~0.48MPa

    m)    汽機(jī)潤滑油壓力、油溫(27℃~40℃)、油箱油位正常

    n)    EH油壓力、油溫正常

    o)    高壓主汽門金屬溫度高于300℃，高壓外缸上下缸溫差小于50℃，高壓排汽室上下缸溫差小于50℃

    p)    汽機(jī)盤車投入

    q)    轉(zhuǎn)子偏心、高壓缸差脹、中壓缸差脹、低壓缸差脹、軸向位移、汽機(jī)振動(dòng)、軸承回油溫度、推力瓦金屬溫度、軸瓦金屬溫度正常

    r)    汽機(jī)跳閘

    s)    任一真空泵功能組啟動(dòng)完成

    t)    凝汽器壓力小于-85kPa

    u)    軸加風(fēng)機(jī)A或B運(yùn)行、軸封蒸汽母管壓力正常、低壓軸封蒸汽溫度正常

    v)    任意一臺(tái)定子冷卻水泵運(yùn)行、定子冷卻水流量、壓力正常

    w)    機(jī)組未并網(wǎng)

    x)    汽機(jī)疏水閥開

2.2.2 汽機(jī)沖轉(zhuǎn)斷點(diǎn)步序共有七步（見表2）

                        表2   汽機(jī)沖轉(zhuǎn)斷點(diǎn)步序

2.2.3 汽機(jī)沖轉(zhuǎn)斷點(diǎn)的完成條件

    汽機(jī)已掛閘且升速至3000轉(zhuǎn)(2990~3010)延時(shí)60秒。

2.2.4 汽機(jī)沖轉(zhuǎn)斷點(diǎn)的操作

    汽機(jī)沖轉(zhuǎn)斷點(diǎn)的操作如圖1所示，按鈕包括自動(dòng)、手動(dòng)、啟動(dòng)、步進(jìn)、跳步、復(fù)位、確認(rèn)七個(gè)按鈕，同時(shí)在操作按鈕上方有狀態(tài)顯示，包括啟動(dòng)允許、自動(dòng)執(zhí)行、手動(dòng)執(zhí)行、斷點(diǎn)啟動(dòng)、斷點(diǎn)執(zhí)行步序、斷點(diǎn)執(zhí)行步序的監(jiān)視剩余時(shí)間、斷點(diǎn)執(zhí)行故障、斷點(diǎn)執(zhí)行成功等信息。
 

                                         圖1   斷點(diǎn)的操作

3 DEH中的升速控制

    DEH采用日立HIACS 5000M分散控制系統(tǒng)，在此硬件平臺(tái)上所提供的應(yīng)用組態(tài)工具可利用大宏命令的優(yōu)勢(shì)分層設(shè)計(jì)[4][5]，使用小模塊搭建的啟動(dòng)模式管理、步序選擇閉鎖、步序啟動(dòng)指令管理、步序控制、暖機(jī)時(shí)間計(jì)算、升速控制、報(bào)警信號(hào)處理大宏等一系列標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的大宏命令。有了這些基礎(chǔ)級(jí)的大宏，采用日立分層設(shè)計(jì)的思想，應(yīng)用組態(tài)就顯得層次分明、維護(hù)與修改非常方便。

    當(dāng)APS汽機(jī)沖轉(zhuǎn)斷點(diǎn)啟動(dòng)條件滿足后啟動(dòng)斷點(diǎn)，如表2所示，按步序依次進(jìn)行，到第七步將升速控制交給了DEH側(cè)，DEH中的升速功能分三步完成，第一步設(shè)置閥限至最大位置；第二步升速至190轉(zhuǎn)進(jìn)行摩擦檢查；第三步升速至700、1500或3000rpm并根據(jù)汽機(jī)啟動(dòng)狀態(tài)在各暖機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行暖機(jī)。在這三步的控制中運(yùn)用了上面提到的一系列大宏命令，下面就主要的宏命令功能進(jìn)行分析。

3.1 步序控制

    對(duì)步序進(jìn)行的啟動(dòng)條件、步序進(jìn)入條件、步序退出條件、步序旁路條件、步序選擇允許條件等條件的判斷，發(fā)出步序選擇、步序啟動(dòng)指令以及步序正在執(zhí)行和步序結(jié)束等狀態(tài)，具體輸入輸出如圖2所示。步序進(jìn)入和步序退出條件可見表3，步序選擇允許和步序旁路條件如表4所示。
 

                                        圖2   步序控制宏命令

    步序控制輸入共有13個(gè)，STRTUP：步序啟動(dòng)命令條件；STEPIN：步序進(jìn)入條件；STPOUT：步序退出條件；BYPASS：步序旁路條件；PERMI.：步序選擇允許條件；EXECUT：本步序之后的某一步序正在執(zhí)行；FINISH：下一步序結(jié)束；ANTHER：其它步序按鈕選擇；STEP：其它步序選擇；ORDER：本步序啟動(dòng)命令已選擇；COM：APS方式下步序選擇按鈕指令；APS：APS方式；MB：通訊方式下步序選擇按鈕指令。

    步序控制輸出共七個(gè)，SELECT：本步序已選擇；ORDER：本步序啟動(dòng)指令已選擇；EXECUT：本步序正在執(zhí)行；FINISH：本步序結(jié)束；START：本步序已啟動(dòng)；PBSEL：本步序選擇按鈕已選擇；STEP：本步序選擇指令已選擇。

                        表3   步序進(jìn)入條件和步序退出條件

                        









                        表4  步序選擇允許條件和步序旁路條件

3.2 啟動(dòng)模式管理

    根據(jù)汽機(jī)的調(diào)節(jié)級(jí)金屬溫度判斷出汽輪機(jī)的四種啟動(dòng)模式：

    a)    冷態(tài)：高壓調(diào)節(jié)級(jí)金屬溫度小于274℃；

    b)    溫態(tài)：高壓調(diào)節(jié)級(jí)金屬溫度大于274℃且小于432℃；

    c)    熱態(tài)：高壓調(diào)節(jié)級(jí)金屬溫度大于432℃且小于520℃；

    d)    極熱態(tài)：高壓調(diào)節(jié)級(jí)金屬溫度大于520℃。

3.3 暖機(jī)時(shí)間計(jì)算

    根據(jù)啟動(dòng)時(shí)高壓調(diào)節(jié)級(jí)金屬溫度計(jì)算出各暖機(jī)轉(zhuǎn)速的暖機(jī)時(shí)間，如圖3所示：
 

                              圖3   暖機(jī)時(shí)間與高壓調(diào)節(jié)級(jí)金屬溫度的關(guān)系

3.4 升降負(fù)荷率和升速率的確定

    根據(jù)熱應(yīng)力要求的升降負(fù)荷率形成實(shí)際要求的升降負(fù)荷率（0%，1%，3%，5%），熱應(yīng)力方式退出、ATC退出和機(jī)組解列都將升降負(fù)荷率置為“0”。

    熱應(yīng)力方式投入且升速步序正在進(jìn)行時(shí)，根據(jù)熱應(yīng)力要求的升速率和機(jī)組的啟動(dòng)狀態(tài)形成實(shí)際要求的升速率（0rpm/min,100rpm/min, 150rpm/min, 300rpm/min）。

    ATC方式投入且升速步序正在進(jìn)行時(shí)，實(shí)際要求的升速率為“0”、凝汽器真空低、低壓缸排汽溫度高、軸承振動(dòng)、潤滑油壓力低都將升速率置為“0rpm/min”；ATC方式投入時(shí)，實(shí)際要求的升速率為“0”、凝汽器真空低、低壓缸排汽溫度高、軸承振動(dòng)、潤滑油壓力低都將升降負(fù)荷率置為“0%”。

3.5 ATC自動(dòng)和熱應(yīng)力模式的投切

    ATC自動(dòng)投入允許條件：無網(wǎng)絡(luò)故障、熱應(yīng)力相關(guān)參數(shù)輸入無異常。

    ATC自動(dòng)切除條件：網(wǎng)絡(luò)故障、熱應(yīng)力相關(guān)參數(shù)輸入異常，手動(dòng)切除，機(jī)組解列，汽機(jī)跳閘。

    熱應(yīng)力模式投入允許條件：ATC自動(dòng)模式投入，無手動(dòng)設(shè)置升速率。

    熱應(yīng)力模式切除條件：ATC自動(dòng)模式切除，手動(dòng)設(shè)置升速率，熱應(yīng)力相關(guān)參數(shù)輸入異常。

4 實(shí)際投運(yùn)效果

    汽機(jī)沖轉(zhuǎn)斷點(diǎn)中對(duì)汽機(jī)沖轉(zhuǎn)條件作了嚴(yán)格的限制，運(yùn)行人員從畫面上可以清楚地看出哪些條件不滿足，除個(gè)別條件需要人工確認(rèn)外，當(dāng)斷點(diǎn)啟動(dòng)條件滿足后啟動(dòng)斷點(diǎn)就自動(dòng)完成了從投入潤滑油冷油器、報(bào)警復(fù)位、汽機(jī)掛閘、汽機(jī)跳閘首出復(fù)位、目標(biāo)轉(zhuǎn)速選擇、升速率選擇等一系列的操作，自動(dòng)給出暖機(jī)時(shí)間，對(duì)運(yùn)行人員的操作有一定的規(guī)范作用，可在一定程度上防止誤操作，可減輕運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行有積極作用。汽機(jī)沖轉(zhuǎn)斷點(diǎn)的成功投運(yùn)為整個(gè)APS投運(yùn)打下基礎(chǔ)。

5 結(jié) 語

    華能海門電廠1、2號(hào)機(jī)組的APS項(xiàng)目是國內(nèi)首次自行建設(shè)和實(shí)施的1000MW超臨界機(jī)組APS項(xiàng)目，其極大提升了機(jī)組控制的自動(dòng)化水平，也提高了機(jī)組的運(yùn)行管理水平，處于國內(nèi)領(lǐng)先水平，取得了非常好的效果；汽機(jī)沖轉(zhuǎn)斷點(diǎn)的成功投運(yùn)，也為我們積累了這方面的設(shè)計(jì)、組態(tài)和調(diào)試投運(yùn)經(jīng)驗(yàn)， 本文分析了DCS與DEH控制系統(tǒng)硬件非一體化情況下APS與DEH的接口、APS的沖轉(zhuǎn)斷點(diǎn)以及DEH中從汽機(jī)自動(dòng)掛閘至升速至3000轉(zhuǎn)的控制，對(duì)國內(nèi)同類機(jī)組APS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)也具有重要的參考價(jià)值。

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