NT6000机组自启停功能（APS）在超临界机组中的应用

机组自启停控制系统APS（Automatic Power PlantStart-Up and Shutdown ）是机组自动启动和停运的信息控制中心，自启停控制系统按规定好的程序向各个设备/系统发出启动或停运命令，最终实现发电机组的自动启动或自动停运。APS通过控制最佳的设定参数，能安全、快速、经济的启动或停止机组，在机组的启动和停止过程中，通过监视整个机组工况，使机组始终处在安全的状态。

舟山电厂#4机组350MW超临界机组锅炉为上海锅炉厂有限公司生产的1146t/h超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉；单炉膛、一次中间再热、四角切圆燃烧方式、平衡通风、Π型露天布置、固态排渣、全悬吊结构塔式布置。锅炉的主要参数：过热蒸汽流量1146t/h，过热蒸汽出口压力25.40MPa，过热蒸汽出口温度571℃ ，再热蒸汽流量964t/h，再热蒸汽进口压力4.75MPa，再热蒸汽出口压力4.56MPa，再热蒸汽进口温度327℃，再热蒸汽出口温度569℃，给水温度286℃。汽轮机为上海汽轮机有限公司生产的超临界、单轴、一次中间再热、两缸两排汽抽汽、凝汽式汽轮机。额定功率350MW，汽轮机进汽压力24.2MPa，主汽温度566℃，再热蒸汽温度 566℃。发电机采用上海汽轮发电机有限公司的QFS2-350-2型发电机。机组DCS采用我公司的NT6000分散控制系统，APS功能纳入DCS范围。

项目经过近两年的建设周期，已于2014年初成功投入运行。DCS控制子系统划分为锅炉FSS、制粉系统及燃油系统、风烟系统、锅炉汽水系统、机组协调、汽机闭环及旁路系统、凝结水及加热系统、润滑油系统、真空及开闭式水系统、电气系统等常规系统，并单独配置一对控制器用于实现APS功能。DCS控制网络采用双环形冗余网络拓扑架构，具体配置如下图所示：

机组自启停APS的设计架构采用的了金字塔形的结构，总体上分四层，包括机组控制级、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管理过程中的中心，它根据系统及各个设备的运行情况，向底层的功能组、功能子组发出启动指令和退出指令，保证机组的安全运行。完善的功能组及功能子组的设计和充分的调试试验是实现APS的一个基本保障，对于单个设备控制级采用的是接受功能组或功能子组控制级发来的指令，并且与直接生产过程相联系。采用该分层的控制方式，每层的任务明确，各层与各层之间的接口界限分明，同时，层与层之间的联系密切可靠。这样的分层结构将整个机组的控制化大为小，并且将复杂的控制系统分成若干个功能组，且这些功能组相对独立和功能完善，大大的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。而机组控制级的主要任务是完成各功能组和系统的衔接，减少和具体设备的连接，方便了各系统的设计及调试。其结构图如图所示：

该项目APS总画面包括APS启动总画面和APS停止总画面，分别用于操作机组的启动和停运，画面布置风格基本一致，以APS启动总画面设计为例，横向以机组启动节点进行划分，分为启动准备、点火至冲转、并网至CCS三部分，竖向按照机组启动每个节点中所需启动的分系统划分，以调用执行功能组来完成各分系统的启动，画面横向布置启动准备、点火至冲转、并网至CCS，分别代表机组APS启动时的三节点，每个节点名称矩形框不可操作，通过颜色变化表示其对应节点所含功能组执行情况：是否有节点内功能组在执行、节点下功能组是否全部执行完毕、是否已经完成了节点的启动内容且满足执行下一个节点条件；节点框右下方布置了启动、暂停、复位、跳步、故障重启五个按钮，作为一个上层的功能组来完成启动准备节点所包含功能组的顺序调用执行，同时亦可以再执行期间进行暂停、跳出调用、跳步调用、执行过程中出现故障后的重新调用发生过故障的功能组。画面节点下面竖向串联布置了功能组按钮，此按钮可以操作，点击后可进入本功能组操作画面，另外，根据按钮上颜色的改变及闪烁可判断本功能组的执行情况，各功能组按钮左边矩形框加圆形灯按钮可以操作并显示，点击可以选择/取消本功能组旁路（即直接默认为本功能组已经满足其完成条件，不再需要调用本功能组），在调用执行本功能组时，如本功能组执行过程中故障时，圆形灯亦会变成相应的故障标识（黄色闪烁），功能组按钮后面设有一个带显示/隐藏功能的OFF方框，用来表征改功能组是否可以手动操作或APS调用（可通过该功能组画面中选择按钮进行设置），如果该功能组设置为不可手动操作或调用时，该方框显示，否则该方框隐藏，代表该功能组不可调用及手动操作，以闭锁器功能，防止机组启动后运行人员的误操作，导致相关的系统功能组的执行调用。如下图APS启动总画面所示：

APS启停功能组、功能子组逻辑设计框架如下图所示，功能组、功能子组中所有步序统一由步序管理模块SFCM管理控制，此步序管理模块对整个功能组执行的启动、暂停/继续、跳步、复位、故障重启等指令进行管理控制，无论步序执行在哪一步(通过对STEP步序模块的管理)，管理模块都可以发送暂停/继续、跳步、复位指令，执行其相应的功能，无论功能组执行至哪一步序发生故障，待故障消除都可以通过执行该管理控制块上故障重启指令，执行从该步序重新继续启动功能组及功能子组后面步序。对于功能组、功能子组的步序块而言，只要其反馈条件成立，则跳过该步序的执行，故功能组、功能子组跳步条件可以与其完成条件相或，来降低其组态复杂性，简单实现该功能组跳步指令。

该项目APS启动控制功能组、功能子组设计近50套，以完成机组各系统、子系统的启动，其中机组的启动准备阶段设计了包括了启动前的开闭式水系统、凝结水系统、主机及小机油系统、真空系统、冷却系统、冲洗、底渣等各分系统22套功能组；点火至冲转阶段设计了风烟系统、点火吹扫系统、FSSS系统、旁路系统、加热系统、冲转系统等24套功能组；另外设计了并网升负荷至投入CCS的功能组，顶层设计了各个启动阶段的功能子组调用的功能组：启动准备、点火至冲转等上层功能组，完成整个机组的顺利启动。

APS系统对每个功能组及功能子组都做了相应的操作画面，为了操作方便，每个功能组及功能子组的操作画面的布置原则统一设计，按照功能组操作区、功能组条件监控区、步序执行监控区以及系统完成情况显示区。如下图所示：功能组操作区可以完成功能组及功能子组的投/切、启动、复位、跳步、暂停/继续、故障重启等,条件监控、步序执行情况监控以及功能组系统完成情况显示区可以让运行人员方便快捷的了解系统的启动过程及启动状况。

如上图（以凝结水系统气动功能组为例）所示：在APS操作画面中设置了快速切换至相应机组子系统（凝结水系统）及相关功能组（凝汽器上水、凝结水冲洗）的按钮，可以方便的进行机组系统与功能组，功能组与相关功能组操作画面的快速切换，方便对机组相关参数监控，通过操作画面的各种颜色的显示、闪烁等功能表征系统功能组执行情况，使运行人员一目了然的掌握机组运行情况，为机组安全快速启停运行提供帮助。对应的NT6000（启动、步序）逻辑组态如下图所示：

实现APS全程自动控制最重要的就是APS与常规闭环接口问题的解决，其合理设计对实现APS全程控制起着至关重要的作用，直接影响APS投运的效果，在常规MCS的设计中必须考虑与APS的无缝对接，APS投入自动时尽可能实现无扰切换，一起完成机组可靠、稳定的启停控制；为了合理实现APS与常规闭环的接口，必须对常规MCS进行优化设计，投入切除控制逻辑的自动都可以通过APS指令实现，也可以由操作人员在上位机完成，项目设计对于APS的自动投入的设定值回路做了相应的合理化处理，在投入自动的同时置设定值给调节回路，设定值可以是一定值也可以为变量或函数，为了灵活应用APS，在组态时设计成APS投自动以脉冲的形式触发，并且设计为当APS投入自动时设定值回路同时设置完成，指令结束后可以通过手动调整设定值或设定值偏置进行修改MCS设定值。此外，对于闭环接口中设计的APS超驰及联锁保护超驰的逻辑置于手操器出口，并且联锁保护超驰的优先级更高,实现无论手操器在自动位或是手动位都可以超驰输出，起到保护作用，同时在有APS超驰条件成立时PID调节器跟踪手操器指令，手操器自动跟踪其执行机构控制输出指令，待APS超驰条件结束无扰的切入自动状态，联锁保护超驰条件成立时，PID调节器切跟踪，跟踪手操器输出指令，手操器切手动，可通过画面直接置值进行操作输出。如下图所示APS与常规闭环接口逻辑组态设计。

APS控制逻辑设计中最常用的除了APS与常规闭环调节的接口外，还包含了启动设备预选、自动投自动、自动投联锁/保护、APS超驰、设定值生成、变参数调节等回路的设计，NT6000系统配备有为APS专门开发的相关模块很好的解决了这些回路设计的问题，比如：功能组执行的顺序控制模块可以通过SFCM、STEP、JOIN、BRCH等特殊模块来实现；为设定值生成回路及自动投入自动设计了SWHA、MSA、TRAK等模块，以及其他诸如TPO（周期脉冲触发模块，用于实现电动门可调的功能）、STBY(自动投备用模块，实现除手动投切联锁保护亦可自动投入联锁保护)等可以方便的实现APS组态中的相关的特殊回路的设计。

该350MW超临界机组APS功能组投入使用后在提高机组自动化控制水平的同时，全面提高机组的运行水平和管理水平：缩短机组启停时间，提高自动调节品质，提高机组长期经济运行水平、规范应对机组启停过程中的故障工况，提高机组异常处理能力、规范运行人员的操作，减少操作失误、完善联锁保护逻辑，提高机组长期安全运行水平、可以灵活实现阶段操作，减轻运行人员的操作强度。

超临界火电机组的自启停控制，一直以来都是火电厂控制功能设计的一个难点，多年来，很多电厂对这项技术进行了尝试，但始终无法取得满意的效果。因此在舟山电厂APS功能是体现机组在运行过程中高自动化水平的一个重要标志，也成了未来电厂自动化的一个发展趋势。