机组自启停控制系统 （Automatic Power PlantStartup and Shutdown，APS） 是机组自动启动和停运的信息控制中心，它按照预先设定好的逻辑和步序向各个设备/系统发出启动或停运命令，以最终实现发电机组的启动或停运。该系统由数据采集系统（DAS）、 顺序控制系统（SCS）、 模拟量调节系统（MCS） 等组成 ^[1] 。本文以某电厂具有自启停功能的350 MW超临界机组为例，对超临界机组凝结水系统功能组的控制策略及应用情况进行介绍，为同类型机组实现凝结水上水全过程的自动控制提供可参考的控制方案。

某电厂锅炉为上海锅炉厂生产的超临界变压运行直流炉，单炉膛、 一次中间再热、 四角切圆燃烧、 平衡通风、 紧身封闭、 固态排渣、 全钢构架的∏型结构。锅炉最大连续蒸发量1220 t/h，过热蒸汽出口额定压力25.4 MPa； 过热蒸汽出口温度571 ℃； 高温再热器出口蒸汽流量1011 t/h、 压力4.739 MPa，蒸汽进、 出口温度分别为332 ℃、 569 ℃。汽轮机为上海汽轮机厂生产，间接空冷抽汽凝汽、 一次中间再热、 单轴、 双缸双排汽。发电机为上海电机厂生产的350 MW水—氢—氢冷汽轮发电机，采用静态励磁方式。机组的分散控制系统采用 HOLLiASMACS V6.5无服务器结构的DCS控制系统。

凝结水系统由以下设备组成： 2台100％容量的凝结水泵，共用1台变频调速装置； 最小流量再循环管路； 凝结水精处理装置 1 套； 热网疏水换热器 2台； 5—7号低压加热器，各加热器带有旁路管道。凝结水补水直接来自化学车间补水泵。

APS是在DCS控制系统内实现控制功能，通过上层APS功能组的控制逻辑实现对机组单元设备的分散、 集中控制。在APS未投入的情况下，DCS控制系统独立于APS，可实现单台设备的正常启停； 在APS投入的情况下，DCS控制系统为APS提供技术支持和网络通信，通过对APS功能组的调用，按照系统工艺流程实现就地设备的正常启停。

APS可对火电厂生产过程进行管理和控制，该功能的组织结构采用金字塔形结构，总体上为4层机构，即机组控制级、 功能组控制级、 功能子组控制级和设备控制级。每层的任务明确，层和层之间的接口界限分明，同时各层之间联系密切可靠。按照火电机组的启停过程，APS将机组复杂的控制系统分解为若干个相对独立、 完善的功能组。功能组是整个 APS 的中间环节，也是实现机组级控制的前提。根据系统工艺流程的需要和特点，按照预定的步序和逻辑条件进行判断和运算，进而发送指令、控制设备。APS结构层次如图 1所示。

图 1(Figure 1)

图 1 APS结构层次图

实现机组自启停控制的基本步骤是步序，主要是按照系统工艺流程合理调用功能组和启停就地设备。只有功能组设计合理，才能实现机组级控制的正常启停。传统意义上的顺控是在满足系统工艺要求的前提下实现就地设备的正常启停，主要针对开关量设备。功能组则是通过调动系统内的开关量设备和模拟量设备及在线监控系统的状态信号，实现设备的平稳、 安全启停。功能组启动的允许条件要严格周密，防止被随意调用； 步序执行过程中，要注意开关量和模拟量的密切配合，保证设备平稳、 安全启停，不发生过电流、 过电压和振动大等现象； 步序完成条件要真实反映系统的投运情况和真实状态。功能组设计功能要完善、 合理，以满足系统全程启动和停运的要求 ^[2,3,4] 。

凝结水系统的主要功能是将热井中的凝结水由凝结水泵送出，依次经精处理装置、 轴封加热器、7号低压加热器、 6号低压加热器、 5号低压加热器输送至除氧器，对凝结水进行加热、 除氧、 化学处理及杂质清除，以便向给水系统提供品质合格的凝结水，同时还向各有关用户提供冷却用水、 机械密封用水、 补水等杂项用水。凝结水系统控制画面如图 2所示。

图 2(Figure 2)

图 2 凝结水系统控制画面

凝结水系统功能组主要完成2个功能： 对凝结水热井至除氧器的凝结水管道段进行注水排气控制 （通过凝补水系统注水） ； 在凝结水变频器启动后，通过凝结水泵再循环阀进行自身循环，为下一功能组进行凝结水管道冲洗做准备。在功能组执行过程中，对凝结水水质进行化验并确认水质是否合格，关闭除氧器排水门，打开除氧器启动排气门，为除氧器上水做准备。

（1）开凝结水补水箱水位调门前电动门，凝结水补水箱水位电动调节门投自动；

（2）关凝结水补水箱水位调门旁路电动门；

（3）关1、 2号凝结水补充水泵出口电动门；

（4） 开凝结水补水泵出口至凝汽器补水调门前电动门；

（5）投入凝结水补充水泵联锁，启动选择的凝补水泵；

（6）开1、 2凝结水补充水泵出口电动门；

（7）凝汽器进水排污，置凝结水补充水泵出口至凝汽器补水电动调节门30%开度，提示运行人员开手动排污门；

（8） 凝结水补充水泵出口至凝汽器补水电动调节门投自动；

（9）提示运行人员检验凝汽器凝结水水质；

（10）置凝结水补充水泵出口至凝汽器补水电动调节门设定值为正常值 （500 mm<设定值<800mm） ；

（11）将凝结水补充水泵出口至凝汽器补水电动调节门设置为自动方式。

（1）关闭1、 2号凝结水泵进口、 出口电动门；

（2）关闭凝结水精处理装置进出口电动门，开启旁路电动门；

（3）关闭7号低压加热器进水电动门、 旁路电动门及热网换热器进出水门；

（4） 关闭汽机低压缸喷水减温水调节门及汽机凝汽器水幕保护减温水调门前电动门、 旁路电动门，将汽机凝汽器水幕保护减温水调节门置于0%；关闭汽机低旁减温器减温水调门旁路电动门，将汽机低旁减温器减温水调节门置于0%； 关闭汽机低旁减温减压器减温水隔离门，将汽机低旁减温减压器减温水调节门置于0%； 关闭凝汽器疏水扩容器减温水调门旁路电动门，将凝汽器疏水扩容器减温水调节门置于0%；

（5） 关闭凝结水锅炉/汽轮机侧用户隔离阀，将汽轮机轴封减温水调节门置于0%； 磨煤机防爆用汽减温水调节门置及燃油吹扫伴热用汽减温水调节门置于0%，且提示运行人员关闭汽泵前置泵密封水手动隔离阀和真空破坏阀密封水手动隔离阀；

（6）关闭汽轮机凝结水溢流调门前电动门、 凝结水溢流调门、 旁路电动门，汽轮机凝结水溢流调节门置于0%；

（7）开启凝结水再循环调门进口电动门、 再循环调门，关闭旁路阀，凝结水再循环调节门置于95%开度；

（8）提示运行人员： 通过凝补水母管对凝结水泵和凝结水母管注水排气；

（9）开启1、 2号凝结水泵进口电动门；

（10） 根据凝结水泵设备选择，启动相应的凝结水泵；

（11）根据凝结水泵设备选择，开启1、 2号凝结水泵出口电动门；

（12） 凝结水再循环调节门投入自动方式，投入凝结水泵联锁。

（1）合1号凝结水泵6 kV高压开关；

（2）启动凝结水泵变频器；

（3）设定凝结水泵变频器最小频率为20 Hz；

（4）开1号凝结水泵出口电动门。

APS的成功应用，离不开各功能组及MCS的协调动作、 密切配合。MCS与APS的接口设计直接影响APS功能能否成功实现。因此，为了实现APS功能，必须对相应的MCS控制策略进行优化和完善，使之实现全程自动调节，与SCS共同完成机组的启动和停止控制，成为 APS 功能的一个重要组成部分。无论机组处于运行状态还是停机状态，MCS所有调节系统都在自动位，待工艺系统满足需要调节时，控制系统才进行PID调节，否则处于预置值的跟踪状态。在自动系统处于自动方式后，无论其在PID调节方式还是预置值跟踪方式，均无需人为干预，系统能够自动满足机组运行的需要。实现与APS接口后，自动系统有3种状态： 纯手动方式、 自动备用方式和自动控制方式。结合国内机组的启动情况，APS启、 停机组时，不一定要先将所有自动系统都设置为自动状态。APS顺控运行至相应的步骤时，也会发出投入自动的指令，其设计的目的是为了提高APS的适应性和灵活性 ^[5] 。图 3为APS与MCS接口示意图。

图 3(Figure 3)

图 3 APS与MCS接口

凝结水系统中一般是凝结水泵全程控制除氧器水位 （低负荷时单冲量控制，高负荷时3冲量控制） ，凝结水调节阀开度指令为机组负荷指令的折线函数，在保证凝结水用户需要的前提下，尽可能降低凝结水母管压力，以达到最佳的节能效果。这种控制方案一般是基于理想工况、 除氧器水位调阀能够全开情况下提出的； 但在低负荷、 低流量时，往往凝结水泵出口压力远远低于生产工艺的允许压力，因此必须将除氧器上水调门关小，改变凝结水管道阻力特性，从而提高凝结水母管的压力。在不同工况下对除氧器水位调阀指令函数进行整定，调试的工作量大，也容易造成凝结水母管压力波动大，因此不得不进行手动干预，自动化水平不高。

在本机组凝结水系统启动功能组设计过程中，在0～30%负荷段，除氧器水位采用单冲量调节控制方式，凝结水泵变频器采用开环控制调节凝结水母管压力； 在30%～100%负荷段，除氧器水位采用3冲量调节控制方式，凝结水泵变频器采用单回路PID调节凝结水母管压力。采用这种控制方式后，除氧器水位稳定保持在2100～2300 mm，凝结水母管压力由原来的开环控制改为闭环控制，凝结水母管压力由原来的2.3 MPa降至1.8 MPa，电流降低20A以上，节能效果显著。

在凝结水母管压力和除氧器水位调节的预设函数赋值不合适时，可能会造成凝结水压力和除氧器水位波动较大。通过在不同工况下对预设函数进行反复试验和修正，最终实现系统的平稳启动。在凝结水流量稳定、 系统具备自动调节条件后自动切换至PID调节回路，从而实现了凝结水功能组成功启停。图 4为凝结水泵变频启动、 除氧器上水过程中的启动趋势。

图 4(Figure 4)

图 4 凝结水系统启动过程中各参数变化趋势

某电厂采用基于APS的凝结水系统功能组，实现了除氧器上水、 凝结水管道冲洗排放、 除氧器水位调节阀及凝结水变频调节控制方式的全程自动控制。系统启动过程中，通过不断对MCS预置函数数值修正和优化，将被调量参数控制在能够保证机组经济、 安全运行的范围内，较好地实现了凝结水系统的自启动，减少了运行人员的操作量、 节约了操作时间。

随着火电机组自动化水平的不断提高，凝结水系统功能组发挥的作用将越来越重要，具有广泛的推广应用价值。