2X60MW 级天然气分布式能源联合循环机组APS一键自启、停控制

该文由中电江门综合能源有限公司与艾默生过程控制有限公司联合供稿

摘要：

中电江门综合能源有限公司2X60MW 级天然气分布式能源站项目是由中国中建设计集团有限公司华南分公司总承包，联合循环采用“一拖一”配置方案，单台机组由一台燃气发电机组，一台余热锅炉及一台蒸汽轮机发电机组成，以热、电、冷三联供的方式实现能源的梯级利用，为江门国家级高新技术产业开发区发展保驾护航。采用国内首台高转速蒸汽轮机的6F.01型分布式能源站机组，蒸汽轮机额定转速达5000转/分，机组出力得到明显提高。燃气轮机燃烧温度接近1400摄氏度，配以干式低氮燃烧系统，有效减少氮氧化物排放，环保指标优于国家排放标准。该项目的DCS、DEH均采用艾默生Ovation控制系统，在艾默生、华南电力实验研究有限公司、西安热工研究院有限公司、中电江门综合能源有限公司生产技术部刘文领等及运行人员的一起协力配合下，先后数次对机组APS控制策略进行修改和实验，经过精心调试，保证了APS功能的投运，并顺利通过业主的验收。本文后续将重点介绍DEH系统APS启、停的控制方式。

项目背景

中电江门综合能源有限公司2X60MW 级天然气分布式能源站项目是由中国中建设计集团有限公司华南分公司总承包，联合循环采用“一拖一”配置方案，单台机组由一台燃气发电机组，一台余热锅炉及一台蒸汽轮机发电机组成，以热、电、冷三联供的方式实现能源的梯级利用，为江门国家级高新技术产业开发区发展保驾护航。采用国内首台高转速蒸汽轮机的6F.01型分布式能源站机组，蒸汽轮机额定转速达5000转/分，机组出力得到明显提高。燃气轮机燃烧温度接近1400摄氏度，配以干式低氮燃烧系统，有效减少氮氧化物排放，环保指标优于国家排放标准。该项目的DCS、DEH均采用艾默生Ovation控制系统，在艾默生、华南电力实验研究有限公司、西安热工研究院有限公司、中电江门综合能源有限公司生产技术部刘文领等及运行人员的一起协力配合下，先后数次对机组APS控制策略进行修改和实验，经过精心调试，保证了APS功能的投运，并顺利通过业主的验收。本文后续将重点介绍DEH系统APS启、停的控制方式。

APS控制是发电机组自动控制中的一种高层次，综合性的控制功能，其主要作用是在机组启动或停运过程中，能够自动按照热力系统流程及设备运行工况进行预订参数和进程条件调动以及控制，并通过相关的逻辑保护、连锁发出对其它功能组的控制指令，以最终实现发电机组的启动或停运，俗称一键启、停。

本项目APS控制系统控制范围

中电江门现场DCS、DEH均采用艾默生Ovation控制系统实现。APS按照功能组分为3部分：辅助系统APS、单元机组APS启动及单元机组APS停机，各系统自启停内容如下：

1.单元机组APS启动

1.1机组上水

机组上水部分包括如下断点：低压汽包上水启动、高压汽包上水启动、汽机疏水启动3个断点。

启动燃机升温升压部分包括如下断点：开锅炉出口烟囱挡板、启动燃机、燃机并网、高压主蒸汽升温、低压主蒸汽升温。

1.3启动汽机及并网

启动汽机及并网部分包括如下断点：润滑油冷却器温控调门投自动、汽机冲转暖机升速、发电机组并网、主蒸汽温度升温。

2.单元机组APS停机

2.1停机准备

停机准备部分包括如下断点：退出AVC/退出CCS、抽汽系统退出、高低压旁路投自动。

2.2机组停机

机组停机部分包括如下断点：燃机减负荷/汽机减负荷、汽机打闸、退出真空系统/盘车投入。

3. 辅助系统APS

系统准备断点包括如下断点：空压机系统启动、循环水系统启动、开式冷却水系统启动、凝结水系统启动、润滑油系统启动、轴封系统启动、抽真空系统启动、EH油系统启动。

图一：单元机组APS启动

图二：单元机组APS停机

图三：辅助系统APS

汽机岛DEH系统APS启动和停止

1.DEH系统APS启动

DEH系统启动在中电江门电厂APS控制中设计的是一键启动模式，无需对DEH系统进行特别操作，即自动挂闸、自动冲转、自动投入同期、并网、自动带负荷。启动过程分为3个阶段：汽机挂闸、汽机冲转、机组并网。

1.1汽机挂闸

当机组满足冲转条件时，DEH系统接收到机组APS启动信号后，将对ETS系统进行首出复位，对机组自动挂闸。挂闸后主汽门全开，联通阀全开。

1.2汽机冲转

机组挂闸后DEH系统自动投入ATC方式，并根据当前的调节级内上缸壁温判断当前启动方式：冷态、热态、极热态。

冷态启动时机组冲转分一下几个阶段：

以100rpm/min升速率冲转到500rpm暖机3min。

以500rpm/min升速率冲转到1500rpm暖机3min。

以750rpm/min升速率冲转到3500rpm暖机3min。

以1000rpm/min升速率冲转到4000rpm暖机3min。

以1000rpm/min升速率冲转到5023rpm。

热态及极热态启动机组将以1000rpm/min升速率直接冲转到5023rpm。

当机组转速达到5023转后DEH系统检测到同期装置请求信号后自动投入自动同期模式，已备并网。由于现场机组启动过程中遇到振动较大等特殊情况，业主要求增加自动冲转过程中操作员可以根据实际情况选择暂停冲转或继续冲转，特此增加了这部分功能，按钮和原DEH控制面板中的进行/保持是同一个按钮。系统还根据业主要求增加了DEH系统APS退出功能，当冲转过程中退出DEH将保持当前转速不变。DEH系统退出APS后将不能重新在DEH控制系统中重新投入APS, 需APS系统重新发出DEH系统APS启动信号才能使DEH系统再次进行APS启动。

1.3汽机并网

机组并网后，DEH系统会判断当前负荷是否大于最小负荷，如当前负荷小于DEH系统允许的最小负荷，DEH系统会自动升负荷到最小负荷。如当前负荷大于DEH系统设定的最小负荷，DEH系统会自动将GV1&GV2按照10%/min的速率将阀门打开，直至GV1&GV2全开。由于次机组是联合循环供热机组，所以DEH系统基本都是阀位控制且阀门全开状态，机组负荷主要由燃机控制。

2. DEH系统APS停机

DEH系统停机分为2个部分，DEH系统减负荷，ETS打闸。

当DEH系统接收到APS停机指令后且燃机负荷小于15MW、主汽压力小于7Mpa时DEH将阀门从100%开度按照30%/min的速率将阀门开度关到20%。

当燃机负荷小于5MW时且接收到APS打闸信号后，DEH系统自动进行ETS打闸。

图四：DEH系统APS控制

 项目意义

中电江门高新区2X60MW 级天然气分布式能源项目全厂APS一键启、停功能的实现，在提高机组自动化控制水平的同时，全面提高了机组长期安全、经济运行水平、减轻了运行人员的操作强度。减少了运行人员的操作失误，也是国内首个分布式能源项目实现联合循环机组APS一键自启、停控制，为其他类似分布式能源项目或其他机组进行APS一键自启、停控制提供了参考和借鉴。

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