火电机组自启停系统(APS)功能与设计方案分析

火电机组自启停系统(APS)功能与设计方案分析

孟国玉

（中电投电力工程有限公司上海市201100）

摘要：机组自启停控制系统（AutomaticPowerPlantStartupandShutdownSystem）简称“APS”。作为有效提高火力发电厂自动化控制水平的方法，受到越来越多的关注。当前火力发电厂为适应选址越来越偏远和保证各种不同水平的操作人员都能平稳、安全的操作，应当配备机组级的APS功能，此功能的设置提高了机组的自动化水平、可以有效的减少机组的误操作率。从目前来看，火力发电厂自启停功能的配置不仅成为了火电机组提高自动化水平的发展趋势，也成为发电企业控制成本、提高效率的有效手段之一。

关键词：火电机组；自启停(APS)结构设计；方案优化

在现阶段的电力生产体系中，尽管新能源和核能大军正在突起，但是就整个电力体系构架中，火力发电以其稳定的输出和相对便捷的的调节仍占据着电力系统的主导地位。自启停系统的建立在提高了火力发电机组自动化控制水平的同时有效的降低了火力发电厂的人工成本，提高了整体效益，能够有效解决目前火力发电厂的选址偏远，人员流动性大的问题。APS系统事机组顺控系统中最高一级的顺序控制。它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、迅速的监测情况，通过大量的条件和逻辑判断，向个功能（子）组或现场设备发出控制指令，使机组在冷态、温态、热态和极热态方式下进行启停。

一、自启停系统（APS）的结构设计

现阶段APS的整体结构均采用金字塔形结构，总体上分为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停止的指令，保证机组的安全运行。完善的功能（子）组的设计是实现APS的基本保障。单个设备控制级接受功能（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功能的设计有的电厂要求全系统的实现，即将配合主机系统的外围系统也纳入到APS功能组中来，但是火力发电厂整个生产流程中系统众多，一套流程的启动或停止需要的时间很长，有的工况还不需要启动或停止某些外围系统，所以可以将一些外围系统不纳入机组APS功能组中。火力发电厂生产流程中的一般外围系统有：工业水系统、压缩空气系统、化学凝补水系统、灰处理系统等。

APS启动过程：投入APS前，必须先投入相关的外围系统。从机组冷态（温态、热态）至机组带基本负荷协调投入。锅炉：从吹扫、点火、升温升压，直至带基本负荷。汽轮机：从凝补水系统、闭式水系统、循环水系统、开式水系统、辅汽系统、抽真空系统、汽机油系统、旁路系统、加热器系统等的自动投入至汽机盘车、冲转、升速和并网。发电机：同期及带初负荷。

停机过程：从当前负荷减负荷至零，机组解列、锅炉熄火及停止相关的辅助系统。锅炉：从锅炉的当前负荷到停炉以及相关的辅助系统。汽机：从汽机的当前负荷到汽机打闸以及相关的辅助系统。发电机：解列控制。

图为APS的基本结构

二、优化设计方案

火电机组采用APS自启停功能来进行全面控制，能够显著缩短机组的启停时间，同时也省略了繁杂的机组启停操作。近些年来，很多火电机组都配备了APS功能，从而杜绝了多种多样的人为启停操作故障，全面保持机组运行能够达到的可靠性与安全度。如果要让自启停系统完美实现的话，应从火力发电厂设计、采购、施工、调试等各阶段进行相应的设计优化、设备升级、提高施工标准和调试要求来优化APS功能：

（一）优化设计方案

自启停功能的设计要从项目初设阶段在明确了设计深度后，随机组各系统一同设计，在DCS顺控中一般要求单独设置APS控制器。

根据目前的国情，火电机组的整体控制水平、运行管理水平和控制设备还未真正达到APS要求的程度，所以对于火电机组，设计机组APS方案时，目前均采用断点控制的方式来实现，断点下相应设计了相关的控制功能（子）组，通过模块化的设计提高APS设计和调试效率。

目前国内600MW级以上机组一般采用6个启动断点和3个停止断点的设计。

启动断点设计：

停止断点设计：

在不同的断点下包含了大量的功能（子）组来实现断点功能的一键启停，目前阶段断点与断点的衔接还需要人为来进行确认，只有上一断点完成确认无误后才能进行下一断点功能的顺控。

如何才能真正做到机组全系统的自启停呢？要想真正做到机组全系统的自启停，就要将控制断点的设计逐步减少直至最终实现真正的一键启停，相应的控制断点减少了，相应断点下的功能（子）组级就增加了，通过对各功能（子）组的合理组合和优化顺控可以保证断点功能的实现，考虑所有采用顺控方式控制的环节或涉及MCS系统的功能（子）组都可以考虑纳入APS设计范围，在实际操作过程中，可在APS和人为实现之间自由切换。

（二）优化设备选型和提高施工标准

作为APS系统功能结构的最底层控制级，设备的设计和选型能保证各功能（子）组的顺控顺利完成。设备设计和选型优化，主要从设备的自控水平、制造水平、智能化水平等本身功能特点出发，只有自控和智能化水平高，且制造水平优良的设备才能保证APS指令的有效执行和安全执行。

提高现场设备的安装标准和调试标准，可以有效的保障各设备处于高标准的工作状态，提高对顺控指令的响应速度。

（三）优化调试方案设计

火力发电厂生产流程中涉及大大小小近百个系统和上千个控制设备，要想真正了解和熟悉各系统、各设备的操作顺序和特性，必需要经过大量的调试和操作过程，所以在机组顺控最顶级的APS系统更要经过大量的、反复的调试过程，在调试过程中收集和整理各系统或功能（子）组的控制特性和交互关系，以逻辑编译的形式储存在APS专用控制器中。在基建周期很紧张的项目中，优化调试方案尤为重要。

优化调试方案可以从优化各控制功能（子）组的顺控顺序和合理分配各控制功能（子）组的组合着手，各控制功能（子）组可以选择顺序进行，也可以选择平行进行。为了保证各控制功能（子）组的顺控顺序和组合的安全有效可以在机组真正进入APS调试期前在仿真机中进行实践，收集资料。

结束语

火力发电厂自启停系统受当下社会高度发展的自动化和智能水平的影响应运而生，火力发电厂运用APS系统可以有效、简洁的调控机组启停，避免因操作人员水平不同而造成不必要的误操作和损失的发生，从而为发电企业创造更高的效益，也能为电网的平稳调度起到一定的保障作用。截至目前，很多火电企业都在引进APS的自启停系统，以此来优化机组的综合效能并且显著提升了机组效能。因此在火电机组的全过程运行中，发电企业还需全面明确自启停系统涉及到的各项关键功能，同时也要密切结合火电机组的真实运行状况来选择适当的自启停模式。

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