[摘 要]火电机组对运行人员的操作和管理水平提出了更高要求，在机组运行特别是机组启动和停运过程中，如果靠运行人员进行大量的手动操作，不仅容易发生误操作事故，而且也极大地影响了机组运行的安全性和经济性。因此对发电机组特别是大容量、高参数机组自启停控制技术进行研究和应用，提高机组的运行效率和经济性，成为近年电厂热工自动化和自动控制技术的研究热点之一。
　　[关键词]火电机组 自启停控制
　　中图分类号：F56 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）16-0047-02
　　1 机组自启停（APS）技术应用的意义
　　机组自启停（APS）控制系统（即：机组自启停控制系统（Automatic Power Plant Start Up And Shutdown System，APS），以下简称APS系统）可以使机组按照规定的程序进行设备的启停操作，不仅大大简化了操作人员的工作，减少了出现误操作的可能，提高了机组运行的安全可靠性，同时也缩短了机组启动时间，提高了机组的经济效益。
　　它的应用保证了机组主、辅机设备的启停过程严格遵守运行规程，减少运行人员的误操作，增强设备运行的安全性，达到节能环保的目的。
　　APS系统的研发过程，既是对主设备运行规范优化的过程，也是对控制系统优化的过程。APS系统的设计和应用不但要求自动控制策略要更加完善和成熟，机组运行参数及工艺准确详实，而且对设备的管理水平也提出了更高的要求。快速准确的机组启动缩短了机组启、停设备时间，优化的控制策略降低了启停过程中的煤耗和油耗，提高了机组运行经济效益。
　　2 机组自启停结构及断点设置
　　2.1 机组自启停（APS）结构
　　本文以1000MW机组为例
　　APS系统可分为三层：
　　第一层为操作管理逻辑，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，选择哪个断点及判断该断点允许进行条件是否成立。如果条件成立则产生一信号使断点进行。可以直接选择最后一断点（如升负荷断点），其产生的指令会判断前面的五个断点是否已完成，如没有完成则先启动最前面的未完成断点，具有判断选择断点功能，从而实现机组的整机启动。
　　断点操作为一个操作面板，其逻辑设计应有输入信号和输出信号。输入信号至少应有：自动启动、操作允许条件（要设计一个预操作允许条件和一个执行条件，当两个条件都满足时，才能开始执行断点操作，在断点开始执行后，预操作条件不需要一定满足，但执行条件在整个断点执行过程中一直都需要满足，否则就会出现断点执行中断报警）、断点开始执行、断点执行完成、断点GO/HOLD等，输出信号至少有：断点执行过程中断（报警）、断点执行允许、断点执行过程中、断点开始执行、断点执行完成等。在进行逻辑设计时，应先考虑到APS的操作方式及功能设计几个典型逻辑功能图。
　　第二层为步进程序，是APS的构成核心内容，每个断点都具有逻辑结构大致相同的步进程序，步进程序结构分为允许条件判断（与门），步复位条件产生（或门）及步进计时。当该断点启动命令发出而且该断点无结束信号，则步进程序开始进行，每一步需确认条件是否成立，当该步开始进行时同时使上一步复位。如果发生步进时间超时，则发出该断点不正常的报警。
　　第三层为各步进产生的指令。指令送到各個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，均返回完毕信号到APS。
　　APS的整体结构采用金字塔形结构，总体上分4层，即机组控制级、功能组控制级、功能子组控制级和单个设备控制级。机组控制级是整个机组启停底层功能组、功能子组发出启动和退出的指令，保证机组的安全运行。完善的功能组和功能子组设计和调试是实现APS的基本保障。单个设备控制级接受功能组或功能子组控制级来的命令，与生产过程直接联系。
　　采用上述分层控制方式，每层的任务明确，层与层之间接口界限分明，同时，4层之间的联系密切可靠。这种分层的结构将整个机组控制化大为小，将复杂的控制系统分成若干个功能相对独立和完善的功能组，减轻了机组控制级统筹全厂控制的压力，简化了控制系统的设计。机组控制级主要完成各功能组和系统的衔接，减少了和具体设备的连接，方便了各系统的设计和调试，但对底层功能组的设计提出了较高要求。
　　2.2 机组自启停（APS）断点设置
　　实现机组机组自启停（APS）多采用断点控制方式。断点方式就是将APS启动和停止这个大顺控分为若干个顺控来完成，每个断点的执行均需人为确认才能开始。采用断点控制方式，各断点既相互联系又相互独立，只要条件满足，各断点均可独立执行，适合火电机组多种多样的运行方式，符合电厂生产过程的工艺要求。
　　APS分启动模式和停止模式，其中启动模式有冷态、温态、热态和极热态4种启动方式，有关APS断点的设置，应根据现场设备的实际情况，满足各常规控制系统的运行要求，既可给APS提供支持，实现机组的自启停控制，也可满足对各单独运行工况及过程的操作要求。
　　（1）APS启动模式
　　包括以下4个断点：1）机组启动准备（含冷态冲洗及真空建立）断点；2）锅炉点火升温断点；3）汽轮机冲转断点；4）机组并网升负荷断点。如下图所示：
　　（2）APS停机模式
　　包括以下3个断点：l）降负荷断点；2）机组解列断点；3）机组停运断点。如图1所示：
　　3 冷态启动过程各断点检查项目自动执行的可行性
　　根据现有系统配置逐项确认了冷态启动过程4个断点的各项检查内容属于下列何种情况：
　　-必须人工完成或人工确认；
　　-可以自动完成或自动确认；
　　-按现有系统配置需人工完成或人工确认，但通过新增或调整设备功能可实现自动完成或自动确认。 　　3.1 机组启动准备断点检查项目情况分析
　　本断点区间从机组启动前进行的各项检查工作开始，主要任务是检查确认机组启动应具备的条件，完成机组启动前的准备工作，启动并完成凝结水系统清洗，完成锅炉上水，进行锅炉冷态清洗直到储水罐下部出口水质达到规定要求为止。
　　（1）新增或调整设备功能后可以自动完成的工作内容
　　*确认所有锅炉阀门、烟道和风道挡板的位置正确：所有阀门应有限位开关信号进DCS；手动门需加装限位开关或改为远操门
　　*检查机组蒸汽、给水、减温水、循环水、凝结水、凝结水精处理、补给水系统，抽汽回热系统，真空系统，疏水系统，化学加药系统等汽水系统正常，系统阀门调整到启动状态：所有阀门应有限位开关信号进DCS；手动门需加装限位开关或改为远操门
　　*检查确认凝结水系统各阀门状态正确：相关阀门应有限位开关信号进DCS。
　　*所有锅炉疏放水门（除再热器）均处于关闭状态：锅炉疏放水门应改为远操门
　　*所有锅炉排气阀处于开启状态，充氮阀关闭：所有锅炉排气阀、充氮阀应改为远操门
　　*确认BCP泵体注水完毕：加装微差压开关用于判断“见水”（注水门和放气门需改为远操门，锅炉厂供）
　　*省煤器出口集箱放空气门、螺旋水冷壁及垂直水冷壁出口混合集箱放空气门见水后依次关闭：加装微差压开关用于判断“见水”，数量同放空气门（需改为远操门，锅炉厂供）
　　3.2 锅炉点火升温断点检查项目情况分析
　　本断点区间从启动锅炉风烟系统开始，完成燃油泄漏试验、炉膛吹扫、锅炉点火、发变组投入热备用、锅炉升温/升压，启动并完成高压缸预暖为止。
　　3.3 汽轮机冲转断点检查项目情况分析
　　本断点区间从确认各项冲转必备条件开始，完成盘车、冲转、暖机升速同时投低加、达到额定转速为止。
　　3.4 机组并网升负荷断点检查项目情况分析
　　本断点区间从确认发电机并网必备条件开始，完成发电机并网带负荷、暖机升负荷、投运制粉系统、锅炉由湿态转干态、升温、升压、达到额定负荷为止。
　　（1）必须人工完成或人工确认的主要工作内容
　　*合上发电机灭磁开关
　　*发出励磁系统建压指令
　　*启动同期装置电源
　　*启动同期装置
　　*并网成功后断开同期装置直流电源开关
　　（2）新增或调整设备功能后可以自动完成的工作内容
　　*投运氢冷器时氢冷却器进出口关断门改为电动；各氢冷器排空门改为电动；设压差开关检测“见水”
　　*暖风器供汽手动门改为电动
　　（3）影响本断点区间检查项目自动完成的主要原因及处理方案
　　*电气励磁及同期装置的相关操作，需人工完成；
　　下阶段（招标确定调试单位及设备厂家后），根据调试、运行经验讨论这些项目，确定是否可将此项目改为自动完成。
　　3.5 实现无断点机组自启停（APS）的可能性
　　根据前文的分析，本工程若要实现无断点的机组自启停（APS），必须具备以下所有条件：
　　（1）所有必须人工完成的操作均在APS啟动前完成
　　在尽可能新增或调整设备功能以实现检查或操作项目的自动化以后，仍必须由人工完成的操作如投入电气系统的各种刀闸开关等，均须在APS启动前完成。
　　（2）能够选用可靠的在线监测仪表取代人工检查工作
　　根据目前的了解，难以选用可靠的在线监测仪表取代人工检查的工作内容主要有：启动各阶段的油质分析、水质（Fe）分析；汽机盘车及冲转升速过程中的摩擦检查。此外，确认锅炉上水完毕的检测手段也还需要进一步确认其有效性。
　　（3）必须突破部分现有安全规程规定
　　发电机厂要求在投入发电机氢气系统时，氢纯度须经仪表和人工两种方式确认，是否可改为不经人工确认；汽机厂要求在冲转前人工完成蒸汽品质确认，是否可改为自动确认；MFT复置、OFT复位、汽轮机跳闸复位等按现行操作规程要求必须人工确认的操作，是否可以不经人工确认自动执行？这些问题必须得到确定的答复。