智慧电厂干货｜火电燃煤机组APS启动步序设计管窥

APS启动概述

机组程序自动启停（Automatic Procedure Start-up／Shut-down，APS）作为机组启停的热控标准功能配置和例行应用的操作方式，总共分为12个阶段，机组启动和停止各由6个分布式主控器串联组成，每个APS分布式主控器控制机组启、停过程中的一个阶段，每个阶段进程都是从节点（BREAK POINT）开始，完成阶段任务后结束（BP COMPLETE），前序阶段的完成状态作为后序阶段的许可条件。

机组启动6个阶段（参阅图1）：

1.机炉辅助系统启动（UNIT START PREPARATION）；

2.汽轮机抽真空（VACUUM UP）；

3.炉膛吹扫＆点火（FURNACE PURGE & LIGHT-OFF）；

4.汽轮机冲转（TURBINE ROLLING）；

5.发电机并网＆初负荷（SYNCHRO. & INIT. LOAD）；

6.机组升负荷（LOAD UP）。

图1 APS系统START-UP架构框图

从APS启动的6个阶段中我们可以看到，第一阶段主要以启动汽轮机和锅炉的辅助系统为主，第二阶段启动汽轮机的主要辅机，第三阶段启动锅炉本体，第四阶段启动汽轮机，第五阶段以发电机并网为主，第六阶段是升负荷，机、炉、电全体参与。整个过程遵循机组启动的内在规律，首先启动主机外围的辅助系统，然后启动主要辅机，最后启动主机。

图2是APS机组启动操作画面，操作画面设计简洁，但每个按键下面都蕴含着大量的操作过程或实时信息，按照星型拓扑层层传递指令、回馈状态。冰山露出一角，巨大的山体都在看不见的水面下，APS也是如此。

6个分布式主控器串联成APS启动程序，直接管控系统28套，总共执行步序35步，发出46条指令，机组并网带初负荷前执行步序25步，指令34条，管控系统23套，并网后执行步序10步，指令12条，管控系统5套，并网前后指令占比分别为74%和26%，步序占比分别为71.4%和28.6%，设备系统占比82.1%和17.9%。机组启动时，APS绝大部分的控制发生在机组未带负荷的工况下。

图2APS机组启动操作画面

一、机炉辅助系统启动阶段（UNIT START PREPARATION）

1.机炉辅助系统阶段起步许可条件：仪用压缩空气压力与杂用压缩空气压力均正常；

2.机炉辅助系统运行运行准备条件：同时满足，（1）机炉辅助系统启动允许时机条件；（2）凝汽器水位正常；（3）凝结水系统顺控已投“自动”；（4）低加抽汽顺控已投“自动”；（5）高加抽汽顺控已投“自动”；（6）给水系统顺控已投“自动”；（7）锅炉疏水与排气系统顺控已投“自动”；（8）汽机透平油系统顺控已投“自动”；（9）汽机盘车系统顺控已投“自动”；（10）汽机疏水系统顺控已投“自动”；（11）锅炉给水大旁路自动调节回路已投“自动伺服”（STAND-BY）。

3.辅助系统启动逻辑步序

机炉辅助系统启动分4个步序完成（参阅图3）。

顺序按下按键，① “MBC IN APS”；② “APS IN”；③ “BREAK POINT START-UP”。

按键选择“UNIT START PREPARATION”，并触发按键“GO”（参阅图2）。

第一步 APS接到“机炉辅助系统启动开始”信号，向汽轮机顺序控制系统（T-SCS）和锅炉电除尘（EP）PLC系统发出指令启动：① 锅炉电除尘绝缘加热；② 低压加热器抽汽系统；③ 汽轮机疏水系统。

第二步 确认自汽机顺序控制系统（T-SCS）的全部状态，① 汽轮机循环水系统已经运行；② 发电机辅机系统（氢、油、水）已经运行；③ 汽轮机疏水系统已经投入；④ 低压加热器抽汽系统已经投入；⑤ 自EP-PLC，锅炉电除尘绝缘子加热器已经投入，或者，自BMS，第一台煤粉燃烧器已经启动。则向T-SCS发出指令，启动：① 汽轮机凝结水系统；② 汽轮机透平油系统；③ 汽轮机盘车系统。

第三步 确认自T-SCS的全部状态：① 汽轮机凝结水系统已经运行；② 汽轮机透平油系统已经投入；③ 汽轮机盘车系统已经投入。则向T-SCS发出指令启动：高压加热器抽汽系统。

第四步 确认自T-SCS高压加热器抽汽系统已经投入。向锅炉顺序控制系统（B-SCS）发出指令，启动：① 电动给水泵单元；② 锅炉疏水排气系统。

图3 机炉辅助系统启动阶段逻辑步序

4.设计刍议

APS启动机组，首先从机炉辅助系统开始。按设备在工艺系统中的作用划分，锅炉、汽轮机和发电机为主机，送风、引风、一次风机和给水泵被认为是锅炉的主要辅机，真空、凝结水、循环水泵等是汽轮机的主要辅机，发电机的主要辅机包括定子冷却水和密封油泵等。机组还有相应配套的辅助系统，比如锅炉的疏水、排空气，汽轮机的回热和疏水等系统。机组按“先挖渠、后放水”的规则进行启动，先启动外围设备再逐次到核心主机，“水到渠成”，APS第一阶段“UNIT START PREPARATION”，之所以定义为“机组辅助系统启动”是根据这一过程中被控对象的特点确定的。

这一阶段APS主要导引的是T-SCS 、B-SCS和（EP）PLC。从启动允许、准备和自动条件中可以看到，压缩空气系统已经先行独立启动，9套顺序控制系统（SCS）和1套模拟量调节（MCS）回路全部投入自动工作方式，MCS因设备尚未启动，所以处在自动伺服（Stand-By）状态。这就是APS控制的明显特征，控制对象为“复合变量”，是开关量和模拟量无缝连接的控制系统。

APS还要首先确认独立控制的汽轮机循环水和发电机辅机系统（氢、油、水）已经运行。这说明，APS虽然控制众多热工控制系统，但也不是“包打天下”，选择是有原则的，有些辅助系统在机组一个检修周期运行期间只启停一次，APS不会也没有必要纳入导引范围。

二、汽轮机抽真空阶段（VACUUM UP）

1.汽轮机抽真空节点起步许可条件：机炉辅助系统启动节点已完成。

2.汽轮机抽真空节点运行准备条件：同时满足，① 抽真空时机条件；② 辅助蒸汽已投入；③ 汽轮机真空系统顺控自动；④ A汽泵小汽机蒸汽单元顺控自动；⑤ B汽泵小汽机蒸汽单元顺控自动；⑥ A汽泵小汽机透平油单元顺控自动；⑦ B汽泵小汽机透平油单元顺控自动。

3.汽轮机抽真空逻辑步序

汽轮机抽真空阶段一步完成（参阅图4）。

按键选择“VACUUM UP”，并触发按键“GO”（参阅图2）。

APS接到“汽轮机抽真空开始”信号，向T-SCS发出指令：①投汽轮机真空系统；② 投A给水泵小汽机蒸汽单元；③ 投B给水泵小汽机蒸汽单元；④ 投A给水泵小汽机透平油单元；⑤ 投B给水泵小汽机透平油单元。

图4汽轮机抽真空阶段逻辑步序

4.设计刍议

本阶段一步到位，指令单一，但有特点。发出一道指令，驱动五套系统。这就是DCS的能力体现和APS的特色，多线程控制，若是人工操作无论如何也办不到的。汽机真空和给水泵小汽机油、汽等设备安装位置虽然都在汽机厂房内，但控制分属T-SCS和B-SCS，小汽机的油、汽单元为汽动给水泵专属设备，给水系统划归B-SCS，小汽机的油、汽单元自然也归属了锅炉顺序控制。这有别于通常控制区域的划分方法，但运用起来信号传递确实更为便捷合理。

三、炉膛吹扫＆点火阶段（FURNA.PG & LIGHT-OFF）

1.炉膛吹扫＆点火节点起步许可条件：机炉辅助系统启动已完成。

2.炉膛吹扫＆点火节点运行准备条件：同时满足，① 炉膛吹扫与点火时机条件；② 辅助蒸汽已运行；③ 锅炉风烟系统顺控自动；④ A送风调节自动伺服；⑤ B送风调节自动伺服；⑥ A引风调节自动伺服；⑦ B引风调节自动伺服；⑧ 锅炉燃烧器顺控主控器自动；⑨ 锅炉炉水循环泵系统顺控自动；⑩ 锅炉轻油系统顺控自动；⑾ 给水大旁路调节自动伺服；⑿ 锅炉轻油调节自动伺服。

3.炉膛吹扫＆点火逻辑步序

炉膛吹扫＆点火阶段分8个步序完成（参阅图5）。

按键选择“FURNA.PG & LIGHT-OFF”，并触发按键“GO”（参阅图2）。

第一步 APS接到“炉膛吹扫＆点火开始”信号，向B-SCS发出指令：启动炉水循环泵系统。

第二步 确认自B-SCS炉水循环泵系统已经运行。向MCS发出指令：锅炉汽包水位定值在－100mm。

第三步 确认全部状态，① 自B-SCS，炉水循环泵系统已经运行；② 自MCS，锅炉汽包水位定值已在－100mm。向B-SCS发出指令：启动轻油系统。

第四步 确认自B-SCS轻油系统已经运行，并且锅炉汽包压力＜1.0MPa或凝汽器真空＞－80kPa。向B-SCS发出指令：启动锅炉风烟系统。

第五步 确认自B-SCS的全部状态：① 锅炉风烟系统已经运行；② 锅炉主燃料跳闸（MFT）已复位，或者燃油泄漏试验和炉膛吹扫已准备好。向锅炉燃烧器管理系统（BMS）发出指令：开始炉膛吹扫。

提示：锅炉风量≥30%，炉膛负压正常，炉膛吹扫条件满足，炉膛吹扫及燃油泄漏试验开始。

第六步 确认自B-SCS的燃油调节阀开度在一对油枪供油阀位，并且油枪可以点火。向BMS发出指令：投AB层1、3号油枪。

第七步 确认自B-SCS轻油自动调节在压力控制方式，同时AB层1、3号油枪角阀已经打开，延时1分钟。向BMS发出指令：投AB层2、4号油枪。

第八步 确认自B-SCS任一油层已经运行。向BMS发出指令：油枪负荷程序投自动。

提示：① 锅炉点火后，凝汽器真空＞－80kPa，则汽轮机旁路调节由伺服（STAND－BY）转为调节（AUTO）；② DEH 投转子应力控制。

图5炉膛吹扫＆点火阶段逻辑步序

4.设计刍议

所有的控制都围绕着锅炉（强制循环炉）展开，要给炉子点火就要先向锅里添水，但要注意一个背景，此时是DSS方式下闷炉的热态锅炉，锅炉水冷壁有水有温度有压力，并非空锅上水，因此先启动炉水循环泵再给锅炉上水至水位-100mm。其后启动轻油系统、炉膛吹扫、锅炉点火直至投两对油枪。特点有四，第一，从轻油系统启动到投两对油枪， BMS有全套的顺序控制，APS在这个阶段实际上是接管了BMS的控制权，直接出手控制，这和前两个阶段有所不同，前两个阶段都是“导引”，说白了就是把指令发给相应的热工控制系统APS就放手了，而本阶段，APS亲力亲为控制轻油系统。第二，这个阶段APS还主导了轻油系统压力和流量的调节，比如，① 将燃油调节阀开至“一对油枪点火位”，② 燃油自动调节回路自举至“压力自动控制方式”，③ 油枪负荷程序投自动。并根据点火进程，给出轻油MCS调节回路的定值，轻油泄漏试验和炉膛吹扫都由APS全部包下了。第三， APS在这个阶段，还关照到汽轮机真空值、投入汽机转子应力控制以及把汽机旁路调节回路由“伺服”转为“调节”。当然了，APS投了两对油枪以后，把控制权重新交还给了BMS、MCS、和DEH。第四，这个阶段汇集了6个MCS回路和5个SCS控制，模拟量与开关量的指令、信号交互引用，典型的复合变量系统，经典的程序自动控制，APS的特点一览无遗。