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1、燃机电站一键启动交流材料,2012年8月,目 录,三、余姚电厂一键启动项目实施情况,四、一键启动实施过程中遇到的问题,五、对一键启动的建议,六、结束语,一、国内燃机的运行现状及一键启动应用现状,国内燃机的运行现状及一键启动应用现状,随着国内天然气管线网络的日益完善，LNG码头陆续投入使用，以及燃机电厂绿色环保、启停快速等优点，在我国天然气发电呈现快速发展。目前国内共运行F级燃机发电机组58套，其中，GE燃机27套，西门子燃机16套，三菱燃机15套。燃机发电机组因其启停快，负荷响应快等特点，目前在电网中基本以调峰运行方式为主。在浙江等地区，日负荷峰谷差异很大大，该区域的燃机在电网中调峰角色更为突
2、出，各厂燃机启停一般均比较频繁，运行操作量大，操作风险高，2011余姚电厂三台机组累计共启停449次。,国内燃机电站运行现状,9FA燃气-蒸汽联合循环机组一键启动在国外已经有成功的应用技术与实例。港澳地区的中华电力龙鼓滩电厂8台9FA单轴燃气联合循环机组，已有多年的一键启动应用经验，技术水平相对比较成熟；我国内地在燃气单轴联合循环机组中也有了部分应用，如半山电厂的S109FA联合循环机组、萧山电厂的西门子V94.3联合循环机组等，实施了部分一键启动功能，但其涵盖的设备范围相对较少，自动化程度相对较低，人为干预点较多，不是完全意义上的一键启动。余姚发电公司的S209FA二拖一联合循环机组属于多轴
3、机组，对于多轴燃气联合循环机组，我国到目前为止还没有实际运行实例以及理论方面的可参照的依据，因此没有这方面的成熟研究资料和电厂实施的经验。,一键启动应用现状,燃机一键启停的意义,燃机发电机组启停频繁，操作量大。以余姚电厂2011年的操作数据来看，全年机组启停449台次，操作步骤约为90000多项，存在较大的人员操作风险。一键启停通过顺控逻辑实现机组主、辅设备启停操作条件判断和自动启停操作，对于过程控制，顺控逻辑会随着过程量的变化自动更改调节参数，使机组启停过程按照顺控逻辑设计的要求执行。一键启停顺控逻辑通过对机组启停过程中的条件、过程变量和调节参数进行时时的客观判断和调节，减少了机组启停过程的
4、人为因素，降低了因人为主观错误判断和误操作等导致的风险，提升了机组启停过程的本质安全。,提升机组启停过程中的本质安全,根据GE的初始设计，联合循环燃机主机岛部分的燃机由MARK VI控制，可实现自启停功能；但HRSG及辅助系统在第三方DCS侧控制，二控制系统间协调性待完善，特别在开停机过程中运行人员手动操作频繁，手动干预点过多，一次启停操作一般有近300项的操作步骤，而燃机电厂运行人员配置相对较少，因此运行人员的操作强度相对较大。燃机发电机组一键启停项目的顺利实施将极大降低运行操作步骤，运行人员由原先频繁进行手动干预变为监视操作程序的正确执行，这一改变有效降低了运行人员的操作强度。同时避免人员
5、频繁操作引发误操作事件的发生。,降低了运行人员的操作强度,由于采取自动程序控制，使得各项操作逐步标准化，操作步骤得到进一步优化，将最优化操作手法在控制系统中固化，有效减少人员的延误，提高了操作效率，使得启动成本得以有效降低，机组启动经济性有望进一步提高。,提高启动经济性,余姚电厂一键启动项目的实施,余姚电厂配置一套STAG209FA燃气蒸汽联合循环发电机组，包括二台美国GE公司制造的PG9351FA燃气轮机，两台DELTAK公司制造的三压无补燃余热锅炉和一台GE公司制造的D11型汽轮机，主机为多轴布置，既可采用一台燃机+一台余热锅炉+汽轮机的运行方式，也可“二拖一”的运行方式。整套机组配置一套
6、分散控制系统DCS，实现对厂用电系统、变压器组、余热锅炉及其辅助系统、汽机旁路系统和公用系统的控制。机岛主设备燃机-汽机发电机组由MK控制系统进行控制,并通过通讯和少量硬接线与DCS相连，构成一个对联合循环机组进行集中控制的控制系统。DCS系统采用上海西屋公司生产的OVATION系统。OVATION网根据标准FASTETHERNET协议建立，具有防止自动故障和开放性的特点，为一键启动逻辑提供软/硬件基础。另外，多年运行经验使运行人员已经完全掌握了机组的运行特性，并形成了优化成熟的手动操作流程，为机组一键启停的实现提供了理论依据。,一键启动项目实施的可行性,一键启动项目实施内容,项目研究方法：采
7、用理论推导与现场运行数据相结合的方式，以机组运行的历史数据为研究平台，归纳出描述相应的优化问题的数学模型，然后选择可应用与多种复杂约束条件的多目标寻优方法，对项目内容进行相应的优化计算与分析研究，从而得出相应的结论。技术整体步骤：数据采集，充分利用现有OVATION历史站，全面采集机组投产以来的各种工况启停、运行数据。全面深入研究GE燃机汽机MARK6的控制逻辑，分析启停阶段中各个关键节点，为大顺控和一键启动构建框架。现有控制系统缺陷和启停机过程的调研和总结，根据运行人员实际启停操作经验，分析现有系统的不足和可优化之处；结合实际情况，总结出适合各工况的启停控制方案，并予以实施。,一键启动项目实
8、施内容,一键启动项目整体可以分为六个模块：辅助系统一键启动；燃机一键启动；余热锅炉一键启动；汽轮机一键启动；联合循环机组启动期间加负荷一键启动；二拖一机组自动并汽解炉一键启动。最后将六个模块进行自动衔接组成完整的一键启动项目。,一键启动项目实施内容,辅助系统一键启动完成各辅机小顺控，包括高中压给泵、凝泵、闭式泵、循环水泵等主要设备的一键启停；完成辅助蒸汽系统和轴封系统阀门改造、抽真空系统等辅助系统的一键启动控制程序；优化各自动控制逻辑，并将各顺控子程序进行联系协调，最终实现辅助系统一键启动顺控程序；燃机一键启动燃机启动条件判断，条件符合后触发燃机启动指令，之后由燃机MARK原有自动控制程序启动
9、燃机；完成燃机性能加热器自动启动程序；完成燃机温度匹配自动投退控制程序；余热锅炉一键启动余热锅炉各汽包水位全过程自动控制；余热锅炉暖管疏水自动控制逻辑程序；,余热锅炉中压蒸汽供辅助蒸汽自动切换控制程序；汽轮机一键启动高中低压蒸汽系统暖管疏水自动控制程序；汽轮机高中低压旁路系统自动控制逻辑；汽轮机启动升速自动控制逻辑；汽轮机高中压切缸顺流自动控制；汽轮机进汽压力控制投退自动控制；联合循环机组启动期间加负荷控依据汽轮机缸温及高中压热应力，对燃气轮机负荷增加速率进行自动控制调节；完成二拖一机组自动并汽解炉控制程序,一键启动流程框图,一键启动操作画面,余姚厂热力系统图,启动准备,启动炉点火,辅助蒸汽系
10、统,#1轴封汽系统,闭式水系统,#1抽真空系统,凝结水系统,#1高中压给水,循环水系统,#1燃机启动并网,#1锅炉升温升压投性能加热器,辅汽切换停启动炉,#1机组旁路、主再蒸汽暖管疏水,汽机启动并网,汽机顺流切缸,启动#2燃机,旁路关闭,联合循环加负荷,结束,#2高中压给水,#2燃机启动并网,#2锅炉升温升压投性能加热器,#2机组旁路、主再蒸汽暖管疏水,二拖一自动并汽,辅助系统自动启动过程,汽机自动启动过程,锅炉自动启动过程,一键启动是基于机组温热态条件下进行的，电气系统已准备就绪，天然气系统、仪用压缩空气系统、工业水系统、主机盘车及油系统已处于运行状态。各辅机送电备用正常，各辅机切自动状态，
11、根据需要选择先启哪台辅机。各手动阀已按启动检查卡要求操作到启动前状态、电动阀气动阀动力源已送上，除调节阀外，其他各隔离用阀门在自动状态。选择哪台机组先启动。,启动前准备,主页面上选则“START”按钮后，辅助系统自动启动程序即被触发启动炉自动启动向辅助系统供汽辅助蒸汽系统暖管疏水：当辅助蒸汽母管参数达到一定要求时，触发闭式水系统自动投运程序：闭式水投运正常后触发凝结水系统顺控启动程序当辅助蒸汽母管达到一定要求时，触发循环水、开式水系统自动投运程序当辅汽母管温度达投运条件，关闭辅汽母管所有疏水阀；开启辅汽供轴封电动阀及阀后各疏水进行轴封管路暖管疏水。开轴封压力调节阀前隔离阀供轴封蒸汽，轴封压力调
12、节阀自动调节轴封压力,辅助系统自动启动过程,轴封压力正常后自动启动轴加风机。轴加风机启动后自动关闭真空破坏阀，启动真空泵。凝结水系统投运正常（凝泵运行且压力正常）后，触发锅炉注水控制程序,辅助系统自动启动程序结束后，若燃机APS按钮在投入位置，自动触发燃机余热锅炉自动启动控制。开启余热锅炉烟囱挡板，检查锅炉高中压给水泵已运行，高中压汽包水位满足启动要求。燃机自动触发启动指令触发燃机CRANK+START指令启动，到达清吹转速后（700转/分）时，延时10分钟开启高、中、低压过热器出口电动阀，将高中低压旁路及旁路减温水调节阀切自动模式，各电动阀全开且凝汽器真空高于88KPa后启动方式由CRANK
13、切换到AUTO，燃机将进行降速点火。,燃机自动启动及负荷控制过程,燃机点火后性能加热器自动投运；天然气温度按预定程序自动调节。燃机全速后，自动触发燃机主复位，1s后燃机自动同期并网（该条件需在启动前设投入，否则默认中断等待）。燃机并网后控制方式自动切至远方，由DCS按预定条件进行加负荷操作。汽机IPC投入前燃机负荷控制汽机IPC投入后，燃机延时5分钟后开始自动加负荷至160MW;启动结束。,汽机自动启动指令触发条件：自动复位；启动汽机液压油泵自动触发汽机MK-VI主复位指令，开启高、低压主汽截止阀。触发汽机自动启动指令AUTO+AUTOSTART，进行汽机冲转升速；由汽机MK-VI程序根据高中
14、压应力条件自动控制汽机升速率及暖机转速暖机时间。汽机全速后汽机MK-VI自动进行同期并网汽机并网后自动触发LOAD CMD增加指令，直至指令值达20%；使中压调门开大，增加机组负荷。汽机自动顺流，高压调门逐渐开启。汽机切至进口压力控制模式。低压补汽温度和汽机中压排汽缸温差符合要求，自动触发低压补汽投入指令，使低压蒸汽自动并入。,汽机自动启动过程,水位控制：高中低压汽包水位在启动时，根据不同压力，其自动设定值不同，蒸汽器排放调节阀参与水位调节，其定值未给水调节阀定值加100mm保证启动升压过程水位均自动控制在允许范围内。暖管疏水控制：锅炉各受热面疏水阀、排放阀，主再蒸汽管路各疏水阀根据各自管段的
15、温度压力情况自动开关，部分阀门原根据疏水罐水位动作的，在启动阶段也由管路温度控制开关调节。旁路控制：根据不同的工况，程序自动设定不同的压力等级及变化速率，整体模拟运行的操作经验。汽温控制：根据不同的工况，程序根据给定的曲线及定值进行变化，实现汽温的有效自动控制。,锅炉自动启动过程,一键启动项目相关变更辅助蒸汽系统：根据一键启动需要，将7处手动疏水阀改为气动疏水阀，将轴封供汽前手动隔离阀改造为电动隔离阀，增加启动锅炉房至辅助蒸汽母管压力调节阀，完成了所有改造阀门的动力/控制电缆放线和仪用气管搭接工作，在DCS系统内完成各改造阀门的控制逻辑组态工作。启动锅炉系统：将启动炉所有的运行参数和控制信号引
16、入DCS系统，在DCS上建立启动炉操作画面。机组一键启动顺控程序的组态各子系统及总系统的逻辑组态均已经全部完成。,一键启动项目已完成内容,已经完成了闭式水系统、凝结水系统、循环水系统和辅助蒸汽系统的顺控程序调试工作、辅机分子系统已经实现了一键启动功能。#1、2余热锅炉顺控逻辑已经完成调试工作，汽包水位可以实现全程自动控制。其中，包含了高压给水泵勺管自动控制。#1、2燃机顺控启动程序已经完成调试工作，DCS与MK 控制系统通讯正常，燃气轮机的所有控制指令均通过DCS在条件判据满足的情况下发给MK 控制系统，由MK 控制系统实现对燃气轮机的控制。汽轮机顺控程序已经完成调试，高、中、低压旁路顺控逻辑
17、能根据升压升温情况，自动对三大旁路压力调节阀和旁路减温水调节阀的控制指令按照预设的变化率进行变动且不超出预设的限值。汽轮机的所有控制信号在顺控条件满足情况下从DCS发给汽机MK 控制系统，由汽机MK 控制系统实现对汽轮机冲转，并网、汽轮机从逆流切顺流等所有过程的控制。所有分/子系统已经完成分步调试工作，完成了一拖一联合循环一键启动调试。自动并汽已于去年完成并已投入使用，机组二拖一联合循环的一键启动调试工作已准备就绪，目前受电网系统限制暂未进行。,一键启动顺控程序调试情况,所有分/子系统顺控逻辑和联合循环顺控总逻辑均在DCS控制系统内完成组态，并建立了各分/子系统和联合循环总顺控的独立操作画面，
18、充分发挥了DCS控制系统的开放性和易于编写性的特点。所有分/子系统均建立了独立的小顺控逻辑，可以实现对分/子系统的单独顺控操作。联合循环顺控总逻辑根据机组启动需要，按照一定的条件或判据将分/子系统串联或并联在一起形成，相当于联合循环总顺控逻辑设置了若干开口点。顺控总逻辑负责确定各/分子系统的执行顺序，具体的执行过程均由各分子系统按照自己的小顺控逻辑实现。所有顺控逻辑严格按照逻辑中所设定的顺序执行操作，在顺控逻辑执行过程中，遇到条件不满足情况，逻辑会自动转入中止状态，直到条件满足才会继续执行顺控程序。顺控逻辑中的每一步都有相应的文字描述显示，未执行字体显示灰色，执行完成字体则显示红色，便于查出顺
19、控程序中止原因。各分/子顺控和联合循环总顺控操作都具有“启动”、“终止”和“跳步”功能。,余姚厂一键启动顺控逻辑特点,顺控过程中，机组（设备）投停条件可以根据手动操作经验进行确定，但机组（设备）从一个工况运行至另一工况的过程控制就很难确定。其中，余热锅炉水位控制，汽机旁路控制、辅助蒸汽切换控制、主汽和再热汽温度控制、汽机启动及联合循环加负荷都是控制难点。针对这些过程控制难点，通过分析大量机组手动启动过程曲线和反复试验确定了过程控制难点的控制策略。,余姚厂一键启动顺控难点,一键启动项目实施中遇到的问题,机组原设计上没有充分考虑到机组一键启动，因此推行一键启动项目，需要对系统进行必要的变更，每一项
20、变更均需要充分的论证。一键启动对开关、阀门、辅机等辅助设备的可靠性提出了更高的要求。阀门卡涩、辅机故障等均会影响一键启动的应用过程。因此要求选用的设备质量可靠，并得到良好的维护。一键启动顺控逻辑组态在DCS中完成，需要对DCS现有逻辑上进行改动，因此，需对改动的逻辑进行充分论证，并对调试过程中的风险制订专项预案。一键启动程序将所有设备进行自启动连接后，整个过程不需要任何的人为干预，这其中有个难题就是某个设备出现故障时，如何保证主设备及主程序的安全。因此在逻辑设计时，必须要充分考虑到设备故障时一键启动程序的反事故能力，就是一键启动程序应能够自动的报警、智能的判断，必要时自动的进入到一个安全稳定的
21、运行工况，等待运行人员的处理或干预。由于机组已经投入商业运行，在进行一键启动调试时，必须充分考虑电网对运行方式的要求，必须充分考虑调试项目对电网的影响。启动炉设计初期的要求是就地进行操作，现在要在DCS系统中进行远控，软硬件方面要进行的变更较多。启动炉设备可靠性不高，实现一键启动难度大,存在的问题及措施,对一键启动项目的建议,一键启动项目是一个系统工程，需要先进理念的支持，更需要以硬件系统为基础，以软件系统为平台才能实现。因此在电厂项目设计讨论初期就应该把一键启动理念贯穿其中，在硬件系统设计的过程中顾及一键启动目标，使硬件系统满足一键启动要求。另外，在选 用DCS控制系统时，要充分考虑其开放性
22、、可拓展性，便于一键启动顺控逻辑的组态和调试。硬件设备，尤其是辅机设备中的阀门动作高可靠性是一键启动实现的基础。在选用辅机时应选用可靠性高的设备，防止因初选设备可靠性差而导致的重复投资的发生。,对一键启动项目的建议,3.由于设备在制造、安装的过程中的不确定因素和当地环境因素的影响，建成后机组的运行状态都会或多或少偏离设计值。另外，燃机和余热锅炉出自不同的生产厂家，两者之间会有或多或少的匹配问题。要实现机组的一键启动就必须通过多次反复试验来摸清机组的运行特点。因此要给一键启动项目足够的调试时间，通过反复试验来确定顺控逻辑的最佳参数。一键启动顺控逻辑是一个最优化的启动过程，是把运行人员最优化的操作过程用顺序逻辑控制的形式加以实现。因此，一键启动项目就该是运行人员主导，其它人员配合的项目。运行人员主导下完成的一键启动能保证其是最优化的启动过程，同时，运行人员全程参与一键启动项目，省去了对运行人员的一键启动培训环节。,结束语,一键启动是一项先进的技术，它是提高运行水平，实现启停操作本质安全的一个有效手段，对于频繁启停机组而言意义重大。余姚厂在机组一键启动方面所做的工作和经验，希望对各兄弟单位有所借鉴！最后祝:大家生活幸福!工作快乐！,谢谢！,
