700MW燃煤机组自动程序启停APS设计策略与原则

700MW燃煤机组自动程序启停APS设计策略与原则
珠海电厂王立地
APS要略
一键顺序控启停，联锁开关全智能。

二套纠偏皆超驰，回路自举做引擎。

三种状态两切换，模拟调节联顺控。

四级控制分工明，设备系统层次清。

五项功能归一统，步序协调齐步行。

六个断点不断线，统筹转合运用灵。

自动投后不用管，机炉协调贯全程。

袖手旁观调给水，静观其变炉火红。

油枪投退一轮回，自动程序自然停。

孤立程控无须管，温态启动见真功。

人工串行费时空，APS 并行稳快省。

信息交换是核心，DCS 助力攀高峰。

APS的定义
•APS（A utomatic P rocedure S tart-up／S hut-down）
•机组自动程序启、停系统
•依托DCS（Distributed Control System-计算机分散控制系统），能够全工况、全过程、全自动地完成机组启、停的程序控制系统，被称之为APS。

APS涵盖的控制系统
1.覆盖机组全部主要热工控制、检测功能，主要包括：
①模拟量自动调节（MCS）②顺序控制（SCS）
③锅炉燃烧器管理（BMS）④数据采集（DAS）
⑤汽轮机电液调节（DEH）⑥汽轮机旁路（BPC）
⑦给水小汽机电液调节（MEH）
2.对DCS的要求：
A.机组DCS “硬件一体化”配置
B.DPU（分布控制单元）宜按控制功能分配。

APS的应用特点
1.根据对汽轮机复速级温度的判别，机组可以在冷态（＜120℃）、温态
（120℃～300℃）、热态（300℃～380℃）和极热态（＞380℃）四种状态下启动。

2.机组冷态下，APS基本无法实施无缝启动。

这是因为，冷态机组通常是在
大修后，机组启动前要进行各项设备试验，过程不连贯、无固定次序，阶段时长无法确定，不具备APS控制的基本条件。

或者是长期停机，部分设备退出热备用，再次冷态启动要对设备健康状态重新逐一检查确认以及工作方式切换，人工操作量并未减少。

3.最能够体现APS功能效果的，应该是在机组的温态、热态和极热态或机组
停运过程，APS能够连贯的应用，利用率最高，无需人工操作。

再有就是温态、热态和极热态，机组虽然停运，但机炉电设备全部在热备用状态，工作方式开关量的在“自动”，模拟量的在“伺服”，APS程序过程无缝衔接。

机组若两班制运行，APS能够发挥最显著的作用。

如果说APS为两班制运行方式而设计似乎更为贴切。

APS的起点和控制原则
1.合理的APS起点和系统之间的配合顺序决定了APS运行的顺畅性、快速性、经
济性、方便性以及逻辑设计的难易。

2.选择APS起点的原则是其后所控制的生产系统连贯有序，根据工艺特点形成
顺序的启停阶段，每个阶段突出独立的运行特点，前后阶段体现出工艺进程的关联性和前瞻性。

3.阶段进程内设备启停次序和启停时间相对固定。

除了必须的参数验证，比如
汽轮机摩擦检查、超临界锅炉的冷、热冲洗等，设备启动衔接应保持合理的计时长度。

4.充分利用计算机控制系统可以多线程工作的能力，在APS控制下尽可能多的
运用并行启动控制，甚至逆序操作，有效地缩短机组启动时间。

5.许多具有独立运行、一次性操作特性的系统，比如冷却水系统、氢系统、发
电机定子冷却水系统等，一些设备启动前的操作如给水泵注水、除氧器上水等，无需纳入APS。

6.所以，以机组温态启动所涉及的设备作为APS的控制范围和关键路径相对合
理而且高效。

关于专业术语的定义
英文英文
缩写
直译
意译
（火电厂控制）
RUN BACK RB跑回来，快速返回辅机故障减负荷FAST CUT BACK FCB快速削减，快速切负荷锅炉快速减出力BREAK POINT BP断点，中断点（尤指计算机程序）节点
断点节点都是点，断点非截断，节点相连是阶段
1.APS按步序完成进程；
2.根据机组运行特点分段进阶，增加控制弹性和适应能力；
3.每个阶段的步序起始都设计有“节点”（BREAK POINT）；
4.节点承前启后，DCS逻辑提示节点状态，人工确认“GO”，APS阶段进程开
始。

若遇APS进程“后序先启”或“允许操作条件”非阻断性缺失，可选择“BY PASS”跳步，继续程序前行；
5.节点的多少并无一定之规，取决于工艺系统、设备质量、运行经验和控制
程序编制的主观意向；
6.按相关性强、衔接连贯、启动间隔短并兼顾运用灵活的原则选择设备组成
系统；
机组Start-up节点，6个
1 机组预启动（UNIT START PREPARATION）
2 汽机抽真空（UACUUM UP）
3 锅炉吹扫点火（FURNACE PURGE ＆LIGHT-OFF）
4 汽机冲转升速（TURBINE ROLLING）
5 发电机并网带初负荷（SYNCHRONIZING ＆INITIAL）
6 机组升负荷（LOAD UP）
机组启动APS 操作面板
APS 启动前独立运行的系统和设备1.启动闭式冷水系统
2.启动空压机
3.顺控启动循环水系统
4.先于电除尘24小时投入电除尘绝缘子加热
5.启动EH油精处理泵
6.启动主机盘车油泵（TOP）、辅助油泵（AOP）
7.启动EH油泵
8.启动发电机密封油系统
9.发电机置换H
2
10.投入辅助蒸汽系统
11.凝结水输送水泵上水至凝结器水位正常
12.启动凝结水泵上水至除氧器水位正常
13.投除氧器水位调节阀自动
14.汽泵注水排气
15.启动A及B小机辅助油泵
16.投入小机盘车运行
17.检查高、低压旁路控制油站运行正常
BP-01机组预启动许可和允许操作条件
1.仪用压缩空气压力正常，INSTRUMENT AIR PRESS NORMAL
2.杂用压缩空气压力正常，SERVICE AIR PRESS NORMAL
1.机组启动允许状态计时，UNIT START PREPARATION TIMING CONDITION
2.凝汽器水位正常，CONDENSER LEVEL NORMAL
3.凝结水系统顺控已投“自动”，FG CONDENSATE WATER AUTO MODE
4.低加系统顺控已投“自动”，FG LP EXTRACTION AUTO MODE
5.高加系统顺控已投“自动”，FG HP EXTRACTION AUTO MODE
6.给水系统顺控已投“自动”，FG FEED WATER AUTO MODE
7.锅炉疏水与排气系统顺控已投自动，FG BOILER DRAIN & WENT AUTO MODE
8.汽机透平油系统顺控已投“自动”，FG TURBINE OIL SYPPLY AUTO MODE
9.汽机盘车系统顺控已投“自动”，FG TURING AUTO MODE
10.汽机汽机疏水系统顺控已投“自动”，FG TURBINE DRAIN AUTO MODE
11.锅炉给水大旁路自动调节回路已投“自动Stand-By”，FEED WATER CV
STAND-BY
机组预启动BP-01节点启动操作
依次按下按键
1. MBC IN APS
2. APS IN
3. UNIT START
PREPARATION
4. GO
注:MBC即FSSS或BMS
组
动准备
操
面
机组Shut-down节点，6个
1.机组降负荷（LOAD DOWN）
2.机组最低负荷（MIN LOAD）
3.发电机解列（LINE OFF）
4.汽机停机（TURBINE SHUT DOWN）
5.锅炉切燃烧器（BURNER SHUT DOWN）
6.停炉与汽机真空破坏（VAC.BREAK ＆
BOILER SHUT－DOWN）
机组停运APS 操作面板
停炉
&真空破
坏操作
画面
APS阶段性应用于启、停机组
1.机组启动：
A.调用APS控制锅炉、汽轮机、发电机程序启动。

B.机组负荷到84MW、已投两台磨、汽机旁路关闭，CCS转“CC”。

C.节点LOAD UP，GO，负荷24.5MW(35％ECR)，APS“OUT”。

2.机组停运：
A.发电机负荷减至350MW(50％ECR) ，重新按下“APS IN ”，降
负荷、停机、停炉。

B.节点LINE OFF，按下GO，发电机自动解列，汽轮机转速稳定
3000rpm，旁路开启，CCS由“CC”转“BF”。

C.汽机TRIP，锅炉MFT，节点VAC.BREAK&BOILER SHUT－DOWN，按
下GO。

机组停运，APS“OUT”。

3.虽然APS仅在机组启、停过程阶段性使用，但为实现APS，顺序控制、
模拟量调节和开关量联锁的结构和功能因APS而智能化。

APS逻辑结构规划为四级控制
1.设备操作级（Drive），单一设备；
2.单元控制级（Subgroup ），机炉辅机＋关联设备；
3.系统控制级（Function group），工艺流程、专项功
能；
4.机组控制级（Unit）；信息中心、指令中枢；
5.自动控制水平由设备操作级逐级升高，最高为机组控
制级，构成APS。

6.下级设备或系统必须全部工作在“自动”方式是上一
级实现顺序自动的先决条件。

7.严格规范工作方式，绝无“自动”和“手操”的混搭。

四级控制分工明
主令控制器是APS的上层建筑
主令控制器＝运算逻辑＋操作画面
APS主令控制器总揽全局、统一调度、协同各种功能系统。

设备五百多台，启停进退有序、参数升降自如，依据机组实际工况灵活变化启停组合。

主令控制器有五个逻辑模块
1 信息汇集
2 进阶条件
3 统筹决策
4 顺控步序
5 控制指令
主令控制器是APS的指挥中枢
五（多）项功能归一统
五种专项功能的热工控制系统
接受APS的统一指挥
1 模拟量调节系统（MCS）
2 顺序控制系统（SCS）
3 汽轮机电液调节装置（DEH）
4 锅炉燃烧器管理系统（BMS）
5 锅炉电除尘系统（EP）
APS控制DEH
APS控制MBC（BMS、FSSS）
APS下，模拟量调节的特点“投后不管”的调节，三态式的切换。

模拟量、开关量互动，自举纠偏。

函数随动引导，超驰灵活应变。

CCS控制宽泛，APS启停相随相伴。

APS下的CCS非同一般
调节回路
CC BF TF
非APS APS非APS
APS
非APS APS 123
锅炉主控器自动自动自动非自动-自动非自动非自动汽机主控器自动自动非自动自动非自动非自动自动自动汽机高旁---自动自动非自动-非自动
APS启停CCS相随相伴
机组启动，APS下的CCS独有的“汽机高旁跟随方式”（BER FLW MODE MW CONT），机调功高旁调压，机组实发功率84MW（12％ECR）即可投入CC方式，更低的负荷下BF控制。

机组停运，CCS协调控制可至发电机解列，BF方式控制锅炉油枪退出后锅炉主控器转为Stand-By。

智能化逻辑构建APS全程自动
1.模拟量手动／自动／伺服三态式调节
2.开关量自动／手动两位式控制
3.冗余设备、系统缺省自动联锁
APS基础控制有别于与常规模式
系统模拟量调节开关量操作开关量联锁
分项切换
方式
切换
时机
功能
切换
方式
功能
切换
时机
功能
常规手动
自动
参数
正常
手动
调节
无
手动
顺控
设备
启动后
自动
APS 手动
自动
设备
启动前
手动
伺服
调节
手动
自动
手动
顺控
设备
启动前
自动
APS中的模拟量自动调节回路
一、两种切换
1.手动
2.自动
二、三种状态
1.手动远方操作
2.自动闭环调节
3.自动伺服纠偏
伺服控制之前设备自检，必须的
Stand-by设备自检防患于未然
工艺系统运转之前
1.M／A站“手动”投“自动”。

2.DCS逻辑自检调节回路的PV信号、执行机构以及关联设备的品质。

3.符合品质要求，M／A站切入“自动”，调节回路转Stand-by状态。

4.任一装置出现异常则无法进入Stand-by，仍维持在“手动”并发出安全警示。

Stand-By=伺服+超驰
一、等待，Stand-By伺机而动
1.工艺系统运转之前即可手动投切至“自动”
2.M／A站在“自动”，PID调节器在“跟踪”
3.调节回路既不能远方操作又不能闭环调节
二、调节，Stand-By超驰纠偏
工艺系统顺序运转后
1.开环超驰纠偏，控制PV值平滑趋近SV值
2.转入自动调节初始化超驰纠偏
三、切换，Stand-By自举“自动”
1.PID调节器入口偏差小于预定值
2.自动地切换至闭环自动调节
Stand-by是构建APS的要件
APS逻辑是程序控制＝顺序控制＋模拟量调节
开关量逻辑构成顺序控制（SCS）
模拟量运算构成PID调节（MCS）
开关量是断续的但SCS自动过程却是连续的
模拟量是连续的但MCS自动过程因“手动→自动”切换而断续SCS＋断续的MCS调节≠全程自动＝APS
Stand-by让MCS变为连续自动
SCS＋带有Stand-by功能的MCS＝全程自动＝APS
常规／APS模拟量调节回路控制对比控制功能逻辑功能常规设计APS设计
模拟量调节
工作状态
1、手动远方操作1、手动远方操作
2、自动回路调节2、自动回路调节
3、自动伺服（Stand-By）控制
PV≈SET纠偏方式
人工判定、手动操作超驰逻辑、自动纠偏
1、人工目测手动调节
1、工艺系统顺控启动过程中，Stand-By
伺机超驰开环纠偏至Δ≈0，逻辑自动投
AUTO转PID闭环控制，双侧调节自动平衡。

2、工艺系统顺控启动完成后，ST-BY即投
AUTO，闭环超驰纠偏至Δ≈0，转PID控制，
双侧调节自动平衡。

M/A切换方式
1、手动MMI切换MAN→AUTO1、手动MMI切换MAN→AUTO
2、回路自检逻辑MAN→ST-BY
3、工艺系统逻辑ST-BY→AUTO
M／A切换时机
工艺系统启动后，Δ≈0，
人工操作
工艺系统启动前，人工操作，无须考虑
Δ≈0。

自动纠偏→自动地投“自动”
1.APS要求模拟量自动调节（MCS）回路须自动地投“自动”；
2.MCS有手动远方操作和自动回路调节两种控制方式；
3.APS控制机组启停过程中要求MCS从手动远方操作切换为自动回路调节不得
人工手动干预；
4.为此，设计有专门的“自动纠偏”功能逻辑，其理论基础为超驰控制。

5.将未进入自动调节工作方式的MCS，平滑地导向AUTO方式，实现MCS自动的
投“自动”。

6.根据MCS回路不同特性，可在MCS回路伺服方式下进行开环自动纠偏或MCS
回路已经切换为自动调节工作方式的初始阶段进行闭环自动纠偏，从而确保调节回路自动的无扰手动／自动切换。

二套纠偏贯全程
•第一套
•MCS调节回路工作方式在伺服（Stand-By），顺控系统将启动对应的设备，自动纠偏功识别到工艺系统条件满足，则MCS超驰调节回路的PV值平滑趋近SV值，当PV≈SV，自动调节回路被自动地从ST-BY切换为ATUO，开始自动调节。

•第二套
•MCS调节回路工作方式在伺服（Stand-By），顺序控制系统启动工艺设备，条件满足则MCS调节回路先行切至AUTO，自动纠偏逻辑超驰控制PV值平滑趋近SV值，PID调节器开始自动调节。

锅炉送风调节自动纠偏
锅炉风烟系统图
锅炉
风
分
图
锅炉风烟系统程序控制
37台设备
8套自动联锁
4个自动调节回路
工作状态投入自动后
设备的启动、联锁、自动调节完全不需要操作人员再动手了
统
控启动
步
面。