马来西亚Balchngian电厂APS解决方案

1、马来西亚 Balchngian 电厂 2*300MW项目 APS 解决方案西北电力调试施工研究所2012-1-9马来西亚 Balchngian 电厂 2*300MW 项目 APS 解决方案注:由于贵公司提供的资料有限,我们只能尽最大努力从设计、组态 和调试等方面根据我们的经验提出一些指导性的意见和建议,有不妥 之处还希望多多指正, 若果有机会在资料齐全的情况下我们在做优化, 加强合作。一、 机组 APS 控制系统的总体设计方案机组 自启停控制系统(APS 根据机组工艺流程在启停过程中不同阶段的 需要和对机组工况全面、准确、迅速的检测,通过大量的条件与时间等方面的逻 辑判断,按规定好的程序向各功

2、能组、子功能组驱动级或驱动级、协调控制系统 (CCS 、模拟量自动控制系统(MCS 、炉膛安全监控系统、汽轮机数字电 液控制系统(DEH 、给水泵汽轮机调节系统 (MEH 、汽轮机旁路控制系统 等发出启动或停运命令, 以最终实现发电机组的自动启动或停运。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控制 的管理中心,它根据系统和设备的运行情况,向底层功能组、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

3、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。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

4、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。实现机组自启停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。只有 在上一断点启动完成后,运行人员才能通过操作启停控制画面上的按钮启动下一 断点。 机组启动过程建议包括以下 6 个断点:(1 机组启动准备断点 ; (2 冷态冲洗及真空建立断点 ; (3锅炉点火升温断点 ;

5、(4汽轮机冲转断点 ; (5机组并网断点 ; (6升负荷断点。投入 APS 前,必须投入 相关的外 围系统,发电机充氢等已准备好。机组启动准备断点:APS 顺序投入以下功能组:凝结水补给水(以下简称凝 补水系统、闭式循环冷却水(以下简称闭冷水系统、循环水系统,启动磨煤 机油站和旁路油站,投入汽轮机油系统、机组辅汽系统、炉底水封及渣水系统。 冷态冲洗及真空建立断点:APS 顺序完成以下操作:启动凝结水系统,用 凝结水上水功能组清洗凝结水系统,凝结水水质合格后除氧器上水,炉水泵注水, 投辅汽系统,开汽轮机疏水门, 开锅炉疏水门和排气门, 锅炉上水管道静态注 水,投轴封, 抽真空,除氧器加热,锅炉上

6、水,锅炉冷态循换清洗。锅炉点火升温断点:APS 投入锅炉风烟系统,启动火检冷却风机,进行燃油 泄漏试验,炉膛吹扫,开始高压缸预暖,采用油枪点火,投汽轮机旁路系统,启 动高压抗燃油(EH 油泵,投定子冷却水系统,当汽包壁温达到规定后开始热态 清洗, 直至水质合格锅炉继续升温升压,直至调门室预暖完成,主蒸汽参数和再 热蒸汽参数达到冲转参数。汽轮机冲转断点:采用汽轮机自动控制(ATC 功能冲转, 汽轮机转速要 求转速后将低压加热器(以下简称低加随机投入。机组并网断点:APS 投入电气同期装置,并网及带初始负荷暖机。升负荷断点:APS 以一定速率升负荷,投入高压加热器(以下简称高加; 负荷过程中旁路逐

7、渐自动退出,投入第 2套制粉系统;同时启动其它给水泵组,启 动磨煤机加负荷,完成机组启动过程,退出 APS 。 机组启动模式框架如图 1 所 示。机组停运前的各项试验由运行人员手动操作完成。 停运过程设计有以下 3 个断点。降负荷断点:设定目标负荷 135 MW 降荷,降负荷至 135MW 时第 1 台汽泵退出并停运, 降负荷至 120 MW 若低层制粉系统运行, 否则投入最后停运的第 二套制粉系统的油枪助燃; 停运倒数第 3 套制粉系统, 退出协调控制, 投入汽 轮 机跟随(TF 控制方式 ,降负荷至 75MW 过程中启动电泵将第 2 台汽泵退出, 停运倒数第 2 套制粉系统,减少最后一台给

8、煤机出力,将最后一套制粉系统退出 运行,启动汽轮机主油泵和顶轴油泵,检查油泵运行正常。机组解列断点:完成汽轮机跳闸、发电机解列。机组停运断点:停运燃烧器,停运锅炉风烟系统,停运真空系统,停运轴封 系统。机组停运模式框架如图 2 所示。 二、 机组 APS 系统应用策略1. 火力发电厂 APS 结构分级根据火力发电厂工艺系统的结构特点 , 按设备控制范围和复杂程度划分:由基 本到全面、有简至繁的顺序, APS 可以分为 3个控制层级,单元级控制,系统级控 制和机组级控制,结构如图 1所示。单元控制级是以锅炉或汽轮机辅机 ( 如锅炉送风机、引风机、空气预热器、 给水泵等设备 为核心 , 组合与之运

9、行关联的阀门、 挡板、 泵或风机等附属设备 , 就 构成了顺序控制的最小系统 , 如引风机单元就包括引风机、引风机润滑 ( 控制 油 泵、引风机冷却风机、出入口风门挡板等设备以及引风机动叶自动调节回路。 系统控制级通常按工艺流程划分 , 如锅炉的风烟系统、给水系统、制粉系统 , 汽轮机的 真空系统、疏水系统 , 等等。以锅炉风烟系统为例 , 就包括送风机、空 气预热器、引风机等单元控制和送风量、炉膛压力、空气预热器冷端温度等模拟 量自动调节。机组控制级是设备启停进程的信息、 调度和指挥中心 , 亦即 APS, 汇集了全部 系统级 SC S 和专用功能调节装置 , DEH 、 M EH、 CCS

10、 等的标志性进程识别信 息 , 经过逻辑运算分阶段向系统控制级和功能调节装置发出目标指令 , 有序地完 成机组的启停或实施超驰控制。 图 3:APS 结构原理图2. 构建 APS 的基础控制逻辑要实现从设备的单元控制到工艺流程的系统控制再到综合功能的机组控制全 自动,也就是通常所说的一键式启停,就必须在顺序控制逻辑设计上解决单台设 备操控自动、并列设备自动联锁、模拟量调节回路的自举投自动等问题。3. APS 逻辑组态范围APS 组态所 包括的范围是:APS 的起点从凝结水系统启动开始, 终点是升 负荷过程中 2 台汽泵并泵完成, 负荷 50% ; 机组停止过程 APS 的起点为当前时 刻的负荷

11、, 终点是汽机停机后真空破坏, 盘车投入, 风烟系统停运。3.1 APS 启动组态范围启动过程的组态范围包括以下内容:机组启动准 备阶段: APS投入凝结水系 统、锅炉给水系统、锅炉疏水及排汽系统、汽机疏水系统、小汽轮机润滑油系统、 真空系统。锅炉吹扫点火阶段: APS 投 入锅炉风烟系统、轻油系统、燃烧器管理系统、 旁路系统、DEH 油系统等。汽轮机冲转阶段: APS 投入供油系统, 汽机挂闸, 冲转、摩擦检查、暖机、 升速, 阀切换、定速。发电机并网 阶段: APS 投入电气同期判断,并网及带初始负荷。升负荷阶段: APS 投入低加系统、 高加系统,油枪自动投入及轻油枪自动退出, 小汽轮机

12、启动, 给水泵切换, 厂用电切换, 投入 CCS 控制方式3.2 APS 停机组态范围停止过程的组态范围应包括以下内容:CCS 控制机组减负荷, 继续将负荷减到设定的最低负荷( 切除 CCS, 给水泵切换, 小汽轮机停运,油枪退出,供油系统解列, 厂用电切换。机组解列阶段: 锅炉停炉, 汽机跳闸, 发电机解列。主机惰走阶段: APS 投入真空泵停 运子组,打开真空破坏门, 锅炉风烟系统停运。4. APS 断点的设置原则和数量4.1 APS 启动断点设置一般情况, APS 启动设置 5 个断点: 机组启动准备断点; 吹扫点火及升温升压断 点; 汽机冲转断点; 并网及初负荷控制断点。升负荷断点。当

13、选择 APS 启动时, 相应的断 点条件满足, 点击调出操作面板, 即可执行相应 的断点。各断点执行的内容均在面板上显示出来, 通过点击还可进入到相应的功能子组 画面。APS 启动操 作画面不仅是一个运行操作画面, 还是一个运行操作指导的画面, APS 操作执行的过程及相应的子功能组执行过程一目了然。 当 APS 执行过程中遇到故障 时, 操作画面能直观地显示故障出现的子功能组及相应的执行步骤, 就能立即找到故障 所在的部位, 以便消除故障使 APS 继续执行下去。4.2 APS 停止断点设置机组自动停止设 3 个断点, 这 3 个断点分别为:降负荷到最小负荷断点; 锅炉 MFT、汽机跳闸、发

14、电机解列断点; 停机断点。也设计有 GO/ HOLD 逻辑。三、 APS 与其它系统接口APS 与 MCS、BMS、SCS、DEH、MEH、ECS 等系统的接口信号全部采用环路通 信。 APS 作为基于MCS、BMS、SCS、DEH、MEH、ECS、BPS 之上的机组级指令管理、调度系统, 实现与这些底层系统的无缝连接是实现其自启停的关键。1 APS 与 MCS 的接口MCS 将根据机组各工况、各系统设备的投切情况、运行状态, 与取自工艺系统的温 度、压力、 流量、 负荷等过程参数做综合判断, 实现自动调节系统的自举( 手自动切换 功能; 根据主设备厂商提供的资料、曲线和以往的经验曲线等参数进

15、行自动调节2 APS 与 BMS 的接 口在风烟系 统启动与 锅炉点火阶段, BMS接受APS来的指令,自动完成炉膛吹扫、油 系统检漏、锅炉点火工作;在升温升压阶段, BMS 根据锅炉升温升压曲线自动完成油枪投入数量的负荷计算, 并完成相应的油枪投入, 配合汽机旁路系统完成锅炉升温升压; 在升负荷阶段, BMS 根据 APS和CCS的负荷请求, 根据锅油枪投入数量与机组负荷曲线 及油流量、油母管压力、油枪投入数量负荷曲线来计算油枪投入数量, 自动完成相应油 枪的投入。3 APS 与 DEH 的接口在APS自动起机过程, DEH 将在APS的调度下自动完成汽机复位、挂闸、冲转、低速 检查、中速暖

16、机、阀切换、3000 转定速、并网带初始负荷、升负荷到 55% , 然后投入 协调; 在 APS 停机过程, DEH 将配合 APS 和 CCS 完成机组减负荷、解列、汽机遮断等 工作。4 APS 与旁路系统的接口旁路系统在APS自启停过程中也起着十分重要的作用, 在锅炉点火后、汽机冲转前, 旁路系统根据启动方式( 冷态、温态、热态、极热态 自动给定主汽压力, 配合锅炉完 成升温升压。汽机冲转时旁路关闭;机组并网后, 当OPC 动作时, 低旁打开;当汽机跳 闸时高、低旁路同时打开。5 APS 与 MEH 的接口MEH 与 APS 的接口主要在 MEH 与汽泵功能组、M EH 与 MCS 中实现

17、。汽泵功能组接 收 APS来的启动指令后, 发出汽泵前置泵启动及进、出口阀开、关指令, 然后复位小汽 机,小汽机冲转暖机,直到小汽机冲转完成, 交付 MCS 遥控。MCS 自动完成并泵功能。四、 APS 调试与对策APS 的调试和其它系统的调试不同, 它是一个整体的宏观系统, 从控制系统上讲, 它和下面的各子系统有着诸多联系, 在整个系统调试前应首先审查APS 组态逻辑, 并整 理出相应的试验单, 交由汽机、锅炉和热工专业人员一起审查逻辑的合理性, 讨论出适 合工艺流程的方案, 并修改逻辑组态, 修改画面。在酸洗、吹管、冲转和整组启动及机组 168 h 试运中, 调试组和项目部、运行部 密切配

18、合, 逐步地进行各个断点的动态调试, 发现问题 及时进行沟通。APS 调试中的技术难题及解决措施。 在调试过程中我们也遇到了一些难题, 现把我 们对这些难题的解决情况介绍如下:首先是风烟系统的自动问题。 风机是按如下的顺序启动的, 启动引风机A、 送风机A; 引风机B送风机 B, 风机启动后相应的动叶投自动。 运行间才启动下一台风机, 这样单边 风机运行起来,依照以前的惯例, 启动一台风机后都要检查一段时定风量后另一边才启动, 就造成另一侧风机启动阻力大, 负压波动比较大, 有几次因为喘振信号及负压低跳 机。和机务专业相关人员讨论后, 决定当送风机A启动时动叶暂不投自动, 待送风机B开 起来后

19、, 才和送风机B动叶一起投自动, 这样就避免了上述问题的发生。燃烧器管理也是我们在 APS 设计和调试过程中碰到的一大难题。在锅炉升温升压 和升负荷过程中, 不容易确定投哪一层哪一支油枪, 才能保证炉膛火焰不烧偏。我们只 能按照锅炉厂的要求制定每支油枪的启动许可条件、交叉原则、禁增原则, 规定每支油 枪的启动顺序。 尤其是 AGC 自动升降负荷过程中, 没有有效的燃烧器管理功能, 要实现 AGC和APS功能将是一句空话。燃料控制是我们在调试过程中遇到的棘手问题。油枪数量的增减取决于油跳闸阀前 的压力, 当压力高于一定值时增油枪; 当压力低于一定值时减油枪。升负荷时没什么问 题,升负荷的曲线跟设

20、定值的曲线跟得很紧; 降负荷时,由于油泵的控制, 当压力低于某 值时禁减, 减油枪的设定值又离禁减值很近, 很容易就出禁减信号,因而常常导致 7, 8 支油枪同时在炉膛内吹扫,这样负荷不仅没有降下来, 反而有增加的现象。全程给水问题。汽泵并电泵设计是用两个动态的函数来平衡汽泵和电泵的出力, 中 间的变化过程是动态的, 仿真时我们还是很难摸清其变化的规律。对条件判断、信号检 测、正常启动、正常工况判断、异常工况判断等逻辑进行合理设计。五、 APS 的人机接口界面设计人机接口界面是进行生产过程管理和控制的不可缺少的手段,运行人员可通过显示 器界面和键盘或鼠标对分散在现场的各种设备进行控制, 各种灵

21、活的动态彩色设备及参 数画面可以快速有效地把各设备状态、工艺过程状态信息显示在 C RT 显示器上,有报警 时将显示设备的故障信息。同时, APS 的人机接口界面对运行人员的操作起到了规范性 的作用。CRT 显示器作为运行人员的视觉直接作用对象, 其画面的合理设计影响着运行人 员的反应速度。APS 的人机接口界面 与一般计算机软件画面的不同之处在于: 一方面, 运行人员需长时间监视屏幕上的动态信息, 因此画面布局必须清晰简洁;另一方面, 画 面要显示足够多的控制信息, 而且要美观新颖。1. APS 人机接口界面的层次结构APS 人机接口界面的层次结构与 APS 组织结构有着必然的联系。机组控制

22、级的操 作和控制信息设计在总画面中, 包括启动模式总画面和停止模式总画面; 功能组级的操作和控制信息设计在断点详细画面和功能组、 功能子组、 子回路控制画面中;单个设备控 制级主要是在功能组、功能子组步序相联系的层次中。2. APS 的总画面机组的控制一般分为启动过程和停止过程, 因此, APS 的总画面分为 APS 启动总 画面和 APS 停止总画面, 其中包括: APS 启动条件的确认; APS 的投入 和退出管理; APS 启动、停止模式选择; 断点的选择; 断点的状态; 断点各步序的状态。3. 画面左上角的可操作按钮画面左上角有 4 个可操作按钮: APS 启动允许条件的确认; APS

23、 投入和退出; APS 启动、停止模式选择; APS 启动、停止目标断点选择。4. APS 启动允许条件的确认APS 启动允许条件的确认包括对 APS 启动前一些系统的运行正常确认, 特别是对 不在 APS 控制范围内的系统运行情况的确认。5. APS 投入和退出这是 APS 的总开关, 要投入 APS 必须将此开关操作投入, 否则 APS 的所有操作 都是无效的。6. APS 启动、停止模式选择APS 包括启动和停 止两种模式, 启动模式是管理和操作机组从凝结水补水箱上 水开始到机组负荷升至 300 MW 的启动过程, 停止模式是管理和操作机组从 60% 负荷 开始降负 荷至机组停运、真空破

24、坏的停止 过程。APS退出会复位 APS启动、停止模式。 7. 画面中只显示状态而不能操作的模块包括机组启动状 态显示 ( 冷态、 温态、 热态、 极热态 , 锅炉湿态和干态运行, 机 组协调控制方式和汽轮机跟随方式的显示。断点状态显示断点按钮颜色的定义: 绿色平光表示允许断点启动; 绿色闪光表示 断点手动执行; 红色平光表示断点已完成; 红色闪光表示断点自动执行; 黄色表示步序 超时故障。断点步序状态断点步序状态有 2 种情况: 第一种是步序调用功能组, 用按钮来表 示, 其颜色的定义和断点按钮颜色的定义相同; 第二种是步序不调用功能组, 当执行本 步序时为红色闪光, 步序完成为红色平光。8. APS 断点画面APS 的断点画面中包括断 点的启动条件 和完成条件、 各个步序的指令和反馈条件。 启动条件包括: a 在断点执行中必须满足的条件, 这种条件如果不满足,