智慧电厂干货｜火电燃煤机组APS的“一指联锁”-北极星火力发电网

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发电机组出于运行安全需求，部分辅机按相同容量双重或多重配置，正常工作时至少有1台设备运行，余者处于备用状态，应急时采用“自动联锁”启动备份。联锁启动备用设备原因有两种，一是在运设备故障跳闸，二是工艺系统欠出力，前者称为“电气联锁”，后者叫做“热工联锁”。运行设备启、停和备用设备联锁投、切过程以及备用设备联锁启动是一种受时间和状态双重制约的 “条件控制”。即备用设备若要投入联锁，运行设备必须先行启动，备用设备自动联锁启动则须在运设备已跳闸或欠出力，在运设备停运必须先解除备用设备联锁。设备联锁人工投入时，① 手动启动第一台设备，② 待工艺参数稳定，再手动合闸联锁开关，第二台设备投入联锁备用。切除时，③ 停止在运设备前，人工先行手动断开联锁开关，切除备用设备联锁，④ 手动操作停止在运设备。

当前，绝大多电厂联锁设备的运行、备用和联锁开关的投、切以及状态监测、判定等相互关联的一系列操作都由人工完成。如果要实现顺序控制的“一键启停”，设备联锁投、切必须全自动，DCS要具备算联锁设备状态监测、判定的“思维”能力和“联锁开关投、切” 的自动操作，上述①～④的监测、确认与操作由逻辑来完成，还不止这些，还应具备在运设备记忆、电气联锁、热工联锁、异常自检等功能。人工操作也简化成一次完成，如同操作一部“傻瓜相机”。我们把具有这种能力的自动联锁定义为“一指联锁”。

1 、智能自动选择器

(1)自动选择器（AUTO SELECTOR）

APS“全自动”意味着参与APS的系统或设备接到指令后执行过程顺畅、连贯，操作人员在向顺序控制系统发出启动命令后，顺序控制逻辑应当在设备管辖范围内自动完成所有控制功能，不能再出现任何额外的对被控设备改变状态或功能的人为操作。为了实现顺序控制全过程自动，应当杜绝设备联锁的人工切投，顺序控制当中的联锁投、切一定要自动完成。这就要求联锁投、切时机必须脱离设备状态的约束，联锁设备运行之前联锁开关就应该有选择的自动投入，联锁设备停止之前联锁开关可以适时的自主解除。这是一种无须人工监视、判断、操作的自动联锁工作模式，即所谓智能化的“缺省自动联锁”，也就是前面定义的通俗说法“一指联锁”。

为APS控制而专门设计的“自动联锁控制逻辑”（自动选择器），能够在顺序控制自动进程中实现联锁自动投、切。自动选择器置于并列设备操作开关之上，按1拖N的星型结构连接。实现两种功能，第一是转发上级控制器自动指令，经由逻辑运算后传至操作开关去控制设备。第二就是自动投、切联锁设备，确保顺控进程的连续顺畅。联锁投、切完全由逻辑算法自动完成，把联锁设备工作的过程要素交由自动选择器去识别判断，通过对关联设备包括操作开关和MCC（电动机控制中心）运行状态、工作方式、启停进程的综合逻辑运算，自主决定联锁的控制方式和设备的启停顺序，一旦检测到运行中的设备故障跳闸即时启动电气联锁或工艺参数超限马上连动热工联锁。

自动选择器是缺省式自动联锁的核心逻辑。设计规定“手动”方式（OUT）为自动联锁“工作异常”（ABNORMAL）， “自动”（IN）才是自动联锁的正常工作方式。自动选择器“自动”的条件是互为联锁关系的设备操作开关必须全部投入“自动”（AUTO）。自动选择器能够不受时序限制，正确区分出自动联锁设备的正常启停和事故跳闸，备用设备投入联锁不需要在选定的运行设备启动之后，备用设备切除联锁也不必在已运行设备停运之前，因此联锁的投入或切除不再受设备工作状态的制约。自动选择器标准工作方式为“无需人工投、切的自动联锁”，如果有A、B两台设备的联锁，首次启动设备默认为A，备用为B。联锁设备运行中正常轮换为A备用、B运行，自动选择器会自动记忆，下次正常启动则首先启动设备B，A备用。若因需要重新选择运行设备，则先要在操作面板上退出（OUT）选择器自动，再手动选择确定的设备，尔后恢复（IN）选择器自动。无论何种原因只要退出选择器自动，系统会立刻报警提示“ABNORMAL”，人工确认后才会消除，如果发生在顺序控制自动执行过程中，就会马上中断自动进程。所以，运行设备的选择应该在顺序自动控制系统启动之前完成，也就是设备还在静止状态，联锁可以先行投入，这一点，常规设计的设备联锁无法做到。至于机组正常运行中，顺序控制已经退出，设备定期轮换不涉及影响自动进程的问题。自动选择器能够实时监测下级设备运行状态，自动选择控制的设备，自动判别设备联锁方式，自动检测内部逻辑故障，联锁投、切也不再受设备运行状态和时序先后的限制，完全代替人工实现了自动联锁，已经具备了智能化的控制特性。

图2 自动选择器原理框图

(2)自动选择器功能特点

1)工作方式默认为自动，正常工作一定是自动的，手动即异常（ABNORMAL）报警；

2)首台启动设备自动默认或手动选择；

3)自动记忆前次运行设备，再次启动缺省选择；

4)转发上级控制指令；

5)监测下级设备状态和品质；

6)热工联锁，参数偏离定值、自动增减设备；

7)电气联锁，在运设备跳闸、自动启动备用设备；

8)故障自动检测、报警。

2 、缺省自动联锁

图3是双选自动选择器（AUTO SELCETOR）和设备操作开关（PUMP/FAN MACRO FUNCTION）构成的“缺省自动联锁”逻辑,采用一拖二的连接方式。在“设备静止”状态下投入（IN）后，有关与电气联锁、热工联锁的所有监测、判定、切换、执行、记忆等功能均由自动联锁逻辑完成，通俗的讲法就是“投后不管”，这是一个智能化的逻辑组合。两台100%容量的设备，可能是润滑油泵、也可能是风机，互为联锁、备用，两台设备的两个操作开关挂在同一个双选自动选择器（AUTO SELELCTOR-2 SEQUENCE）上。

自动选择器和设备操作开关的连接和操作：

(1)自动选择器输出合闸或分闸指令连接到设备操作开关的“AUTOMATIC COMMAND”输入端；

(2)自动选择器在“AUTO COMMAND”输入端接收上级逻辑发来的自动命令；

(3)自动选择器不设“手动远方操作”，但提供选择运行设备的界面，人工在DCS操作员站的操作面板上按键确认。

(4)自动选择器在“LOWER LEVEL STATUS”的输入端全面监测两台设备和操作开关的I/O状态，包括MCC工作状态反馈信号、操作开关的工作方式（A/M）和输出控制指令；

(5)工艺系统、设备状态或运行参数连接至操作开关的许可条件端口（PERMISSIVE CONDITIONS），形成许可条件。

(6)自动选择器根据操作开关的工作方式、控制指令和保护报警这三种状态经逻辑判断形成电气联锁指令。

(7)自动选择器根据“ADDITIONAL CONDITION”端口输入的设备状态和参数经逻辑判定后形成热工联锁指令，自动加、减设备。

图3 智能化“一指联锁”原理图

3 、智能选择器的多种用途

自动选择器除了用于单元级冗余设备联锁控制，例如类似引风机冗余配置的控制油泵和冷却风机。也用在系统级对单元顺序控制进行调度，比如，给水系统中两套汽动给水泵的全程启动和退出，还有像汽机凝结水系统3台并列凝结水泵的控制（采用三选自动选择器），用以适应机组负荷变化自动启停凝结水泵的运行台数，实际上参与了设备的出力调控。所以说，自动选择器的应用还是很广泛的，绝非冗余设备自动联锁专享，APS启停过程和机组正常运行中的设备、单元控制同样发挥智能选择的作用。

二、结语

APS中使用的自动选择器或者“一指联锁”，在与本安型操作开关或顺控主控器构成的自动联锁逻辑，已经是一款智能化的逻辑构件，它的智能化体现在选择器只要投入自动，就再也不需要人工干预而能够完成自动联锁的全部功能。运行设备选择、许可条件识别、现场设备驱动、内部逻辑自检、联锁投切都由选择器自主决策。而常规的设备联锁，除了在DCS中增加了动作许可条件，算是控制策略方面有所提升，联锁投、切过程和原始的硬手操没有区别，无法适应APS全自动控制。因此，要想实现APS，智能的“一指联锁”是必须选项。

《火电燃煤机组程序自动启停系统（APS）与智能控制》作者：王立地

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