徐振華，徐麗梅

（1.中國華電工程（集團）有限公司，北京 100160；2.中國電力工程顧問集團東北電力設計院有限公司，長春 130021）

電廠實現(xiàn)自動啟?？刂葡到y(tǒng)（APS）可以提高自動化和運行管理水平。隨著近些年馬來西亞沙巴州經(jīng)濟的發(fā)展，電力缺乏問題日益突出，為緩解當?shù)仉娏θ狈Φ拿?，決定投資建設190 MW 聯(lián)合循環(huán)電站。本工程APS的應用極大地提高了電廠的自動化水平，大大降低了運行操作人員的勞動強度。

1 工程概況

電站位于馬來西亞沙巴州亞庇市工業(yè)園內。本工程系新建工程，建設規(guī)模為一套190 MW 級“二拖一”、“6FA”系列燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組。本套機組包括2臺PG6111FA 型燃氣輪機、2臺余熱鍋爐和相關的輔助設備、1臺蒸汽輪機發(fā)電機組和相關的輔助設備，組成2＋2＋1聯(lián)合循環(huán)機組，機組凈出力為190 MW。

燃氣輪機是室外布置，燃燒天然氣，輕柴油作為備用燃料；余熱鍋爐是露天布置、雙壓、自除氧、自然循環(huán)臥式；蒸汽輪機是室內布置，功率為75 MW，雙壓、空冷式。

根據(jù)設計、采購、施工（EPC）合同要求機組可以實現(xiàn)9種運行工況（見表1），包括任意1臺燃氣輪機發(fā)電機組的單循環(huán)、單臺機組的聯(lián)合循環(huán)和2臺機組的聯(lián)合循環(huán)等。

表1 機組運行工況

2 APS設計原則

本工程機組控制系統(tǒng)由1套800XA 分散控制系統(tǒng)（DCS）和2套MARK VI控制系統(tǒng)組成。燃機發(fā)電機組及其輔助系統(tǒng)主要由MARK VI控制系統(tǒng)監(jiān)控，并將主要控制功能集成到DCS中，余熱鍋爐、汽輪機、發(fā)電機及相關輔機納入DCS 監(jiān)控。通過DCS實現(xiàn)燃機、余熱鍋爐、汽輪機、發(fā)電機整個聯(lián)合循環(huán)電廠的集中監(jiān)控，進而實現(xiàn)整個聯(lián)合循環(huán)電廠的APS功能。

DCS主要功能包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）、順序控制系統(tǒng)（SCS）、開環(huán)控制系統(tǒng)（OLCS）、閉環(huán)控制系統(tǒng)（CLCS）、電氣控制系統(tǒng)（ECS）、汽機數(shù)字電液控制（DEH）系統(tǒng)及其他輔助控制系統(tǒng)。

機組的9種運行工況（見表1）：3種工況為單循環(huán)，5種工況為聯(lián)合循環(huán)，1種工況為停機狀態(tài)。單循環(huán)工況可通過MARK VI控制系統(tǒng)對燃氣輪機發(fā)電機組進行自動啟?？刂?，本工程APS設計主要針對聯(lián)合循環(huán)運行工況進行設計。

為了減少APS設計的復雜性和機組運行的安全隱患，僅考慮聯(lián)合循環(huán)工況下余熱鍋爐及汽輪發(fā)電機組的自動啟停，將燃氣輪機發(fā)電機組運行狀態(tài)作為APS投入/切除條件，設計中針對各個主機設備考慮如下控制原則：燃氣輪機發(fā)電機組采用MARK VI控制系統(tǒng)進行監(jiān)控，實現(xiàn)燃氣輪機發(fā)電機組的自動啟?？刂?；余熱鍋爐采用DCS 進行監(jiān)控，通過控制旁路煙囪擋板門的開關來實現(xiàn)余熱鍋爐的啟停控制；汽輪發(fā)電機組采用DCS進行監(jiān)控，實現(xiàn)汽輪發(fā)電機組啟停控制。

本工程APS的整體結構采用金字塔形結構，總體上分4層，即機組控制級、功能組控制級、功能子組控制級和單個設備驅動控制級。通過對機組工況全面、準確、迅速的檢測，和大量的條件與時間等方面的邏輯判斷，按規(guī)定好的程序向各功能組、子功能組或驅動級發(fā)出啟動或停運命令，確保機組安全、穩(wěn)定運行，最終實現(xiàn)整個聯(lián)合循環(huán)機組的自動啟停，提高全廠自動控制水平。

本工程APS設置的投入條件和斷點如下：機組自動啟動設置8個斷點，機組啟動準備斷點、余熱鍋爐升溫斷點、高壓旁路投入斷點、低壓旁路投入斷點、軸封系統(tǒng)投入斷點、高壓啟動油系統(tǒng)投入斷點、沖轉斷點、并網(wǎng)升負荷斷點；機組自動停機設置5個斷點，首臺余熱降負荷及停爐斷點、第2臺余熱降負荷及停爐斷點、汽機跳閘斷點、輔機停運斷點、空冷系統(tǒng)停運斷點。每個斷點的執(zhí)行均需人為確認才能開始，采用斷點控制方式，各斷點既相互聯(lián)系又相互獨立，只要條件滿足，各斷點均可獨立執(zhí)行。

3 APS設計方案

3.1 APS的投入條件

APS投入條件：燃氣輪機運行正常；除鹽水箱水位正常；壓縮空氣系統(tǒng)正常投入；閉式冷卻水系統(tǒng)能夠正常投入；潤滑油系統(tǒng)正常；頂軸油系統(tǒng)正常；EH 油系統(tǒng)正常；盤車系統(tǒng)正常；凝汽器水位正常；抽真空系統(tǒng)正常；空冷系統(tǒng)正常；除氧器水位正常；高低壓汽包水位正常；高低壓給水系統(tǒng)正常；疏水系統(tǒng)正常。

因為上述APS投入條件各自間均相互獨立，可在各自功能組內完成，且相互之間互不影響，所以在APS設計中，將其設置為APS 投入條件。在APS投入之前，運行人員可根據(jù)平時的運行習慣操作各個系統(tǒng)，滿足APS投入即可，減少了APS對運行人員的運行習慣的影響，增強了APS的可用性。

3.2 APS機組自動啟動

當上述APS投入條件均滿足時，機組就具備了APS自動啟動的條件。運行人員可以根據(jù)機組狀態(tài)選擇機組的啟動方式，包括冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)或極熱態(tài)。機組APS自動啟動控制程序如圖1所示。

圖1 APS機組自動啟動順序控制程序

a.機組啟動準備。此階段完成后，運行人員需到現(xiàn)場查看，檢驗各泵組、管道等運行是否穩(wěn)定，是否存在漏點，各系統(tǒng)閥門狀態(tài)是否正確，確認均無問題后，方可啟動下一步程序。

b.余熱鍋爐升溫過程。APS自動開啟旁路煙囪擋板門到適當開度，平穩(wěn)進行余熱鍋爐升溫，當過熱蒸汽出口主汽溫度達到一定數(shù)值時，旁路煙囪擋板門將全部打開。

c.旁路投入。當旁路門前溫度、壓力超過一定值時，自動開啟旁路門，并自動調節(jié)旁路閥后蒸汽溫度、壓力為規(guī)定值。

d.汽機軸封系統(tǒng)投入。當均壓箱溫度、壓力達到一定值時，自動投入軸封系統(tǒng)。

e.高壓啟動油系統(tǒng)投入。啟動高壓啟動油泵，并啟動1臺EH 油泵。

f.汽機沖轉。當主蒸汽溫度和壓力到達規(guī)定值時，汽機就具備沖轉條件，提示運行人員檢查主機及輔助系統(tǒng)狀態(tài)，并ETS復位，汽機自動掛閘，并按照工藝要求進行自動沖轉，當達到額定轉速后提示運行人員檢查主機及輔助系統(tǒng)系統(tǒng)等工作是否正常，而后停止交流油泵，并自動投入連鎖。

g.并網(wǎng)升負荷。檢查汽機發(fā)電機組主機及輔助系統(tǒng)工作一切正常后，合汽輪發(fā)電機滅磁開關，并自動起勵，增磁，當發(fā)電機電壓滿足要求后，發(fā)出同期請求，自動合閘并網(wǎng)。

3.3 APS機組自動停機

機組APS停機順序控制相對啟動過程要簡單許多，如圖2所示。

a.余熱鍋爐降負荷及停爐。通過自動調節(jié)旁路煙囪擋板門和主汽旁路門開度平穩(wěn)降低汽輪發(fā)電機組負荷。當負荷下降到30 MW 后，完全關閉旁路煙囪擋板門，至此，余熱鍋爐降負荷及停爐完成。

b.汽輪發(fā)電機組主機停機。當負荷降至3 MW時，提示運行人員按汽機停機按鈕，發(fā)電機程控逆功率保護動作，發(fā)電機出口斷路器跳閘同時勵磁退出，滅磁開關斷開，機組轉速逐步降低，先后連鎖啟動交流潤滑油泵和頂軸油泵，當機組轉速為零時自動啟動盤車裝置，至此汽輪發(fā)電機組主機停機完成。

c.輔機系統(tǒng)及空冷系統(tǒng)停機。在汽機跳閘斷點處，提示運行人員是否進行后續(xù)輔機及空冷系統(tǒng)停機（是否需要鍋爐保溫、保壓和保持真空度），程序繼續(xù)執(zhí)行將通過判斷主汽溫度、壓力、汽包水位、汽輪機汽缸溫度等條件，自動停止相應設備，此過程需要時間比較長，運行人員可以根據(jù)實際情況對各個輔機設備自行進行啟停操作；若不需要進行后續(xù)輔機及空冷系統(tǒng)停機，運行人員可直接選擇跳過相關步驟，完成APS自動停機流程，而后根據(jù)實際情況手動啟停相應的輔機設備。

圖2 APS機組自動停機順序控制程序

4 APS設計存在的問題及解決辦法

工藝設備不能完全滿足APS設計要求。電廠初步投運后，由于個別設備招標時未考慮APS設計的控制功能，造成邏輯設計復雜及斷點增加。如余熱鍋爐旁路煙囪擋板門選型時，未考慮可長時間工作在高溫煙氣的環(huán)境下的工況，所以余熱鍋爐升溫過程中，擋板門每開啟10min后就要關閉5min，用擋板門密封風機進行冷卻，增加了余熱鍋爐的升溫時間和擋板門的控制風險。

邏輯設計、調試均未考慮APS設計的要求，因此造成了后續(xù)修改邏輯、調試等量的增加。本工程APS的設計基于功能組級和子功能組級順控邏輯功能的實現(xiàn)，機組自動啟動設置了余熱鍋爐升溫、高壓旁路投入、低壓旁路投入、汽機軸封系統(tǒng)投入、汽機高壓啟動油系統(tǒng)投入、汽機沖轉、并網(wǎng)升負荷共7個功能組；機組自動停機設置了第1臺選定的余熱鍋爐降負荷及停爐、第2臺余熱鍋爐降負荷及停爐、停汽輪發(fā)電機組、停輔機系統(tǒng)、停空冷系統(tǒng)共5個功能組。每個功能組均采用步進程序自動執(zhí)行，每一步均自動確認條件是否成立，當該步開始進行時同時使上一步復位，當某一步執(zhí)行異常，系統(tǒng)將自動暫停步進程序執(zhí)行，并報警提示運行人員檢查處理相關系統(tǒng)設備故障，待故障排除后，運行人員在APS操作畫面點擊程序繼續(xù)執(zhí)行，以確保機組在安全可靠的方式下運行。

因本工程所在地區(qū)電力缺乏相當嚴重，作為當?shù)刂攸c電力工程要求必須長時間提供穩(wěn)定的電力供應，所以機組的運行工況特別復雜。機組主蒸汽系統(tǒng)為母管制，在APS設計中僅考慮用1臺余熱鍋爐帶汽輪機組并網(wǎng)完成APS機組自動啟動，而后再將另1臺余熱鍋爐主蒸汽并入進行機組的升負荷操作，用以簡化APS自動啟動程序，保證機組運行安全。

5 結束語

APS是一機組級復雜的、綜合性的、多專業(yè)結合的自動化監(jiān)控系統(tǒng)，不但要求設備可控性好，調試時間充足，還要求設計、組態(tài)、安裝、調試、運行等協(xié)調配合。要保證APS成功投運，需在電廠整個設計周期直至調試運行過程中各個環(huán)節(jié)把好關，做好各個專業(yè)、各個部門的協(xié)調工作。

a.設備、系統(tǒng)的選擇、采購必須合理。從設備招標、訂貨、技術協(xié)議等工作抓起，各個設備、系統(tǒng)滿足控制要求，選擇可靠性高、重復性好、經(jīng)久耐用產品。

b.在控制系統(tǒng)的邏輯設計及組態(tài)過程中，充分考慮實現(xiàn)APS所需的接口，將運行人員積累的豐富運行經(jīng)驗、運行規(guī)程變成計算機語言，形成APS的功能邏輯塊，APS的實現(xiàn)才有實際意義。

c.在工程調試階段預留足夠的時間用于完成APS調試，做好設計人員、安裝人員、調試人員、組態(tài)人員和運行人員的協(xié)調工作。對工程設計深度，調試深度，運行水平以及工程管理等方面要提出更高的要求。

聯(lián)合循環(huán)電廠APS是未來自動化設計的必然趨勢，不僅可以提高機組自動化水平，而且可以實現(xiàn)節(jié)能減排，減員增效，提高運行的經(jīng)濟性，增強電力企業(yè)的市場競爭能力。