基于燃煤智能发电ICS的主辅机一键启停APS技术应用分析
赵俊杰1冯树臣2田景奇2杨如意1赵博石2胡勇3刘强4
（1.国电内蒙古东胜热电有限公司，内蒙古
鄂尔多斯，017000；2.国电电力发展股份有限公司，北京，100101；
3.华北电力大学能源与动力工程学院，北京，102206；
4.中国石油大学（北京）机械与储运工程学院，北京，102249）
摘要：针对燃煤火力发电站，基于ICS 智能发电平台，分析APS 一键启停技术的功能架构、特点和
应用效果，通过机组整体和重要辅机一键启停、一键定期试验等功能，提升机组的整体智能化、安全性和经济性。结果表明，APS 技术能有序地管理、控制和整合机组SCS 、MCS 、FSSS 、DEH 、MEH 等子控制系统，按预先设定的程序控制各设备以及基于5个断点的整机自动启动和自动停止。APS 的功能架构包括：机组控制级、功能组控制级、功能子组控制级和设备驱动级4层结构。基于操作票、运行
规程和面向对象的设计原理，可构建辅机或功能组一键启停，实现辅机运行标准化和自动化操作、故障自动处理、定期试验一键操作。
关键词：智慧电厂智能发电平台电气热控一体化控制辅机一键启停逻辑顺序控制中图分类号：TM62文献标识码：B 文章编号：2096-7691（2021）01-041-05
作者简介：赵俊杰（1985-），男，博士，高级工程师，2012年毕业于清华大学能源与动力工程系，现任国电内蒙古东胜热电有限公司副总经理、总工程师，主要研究两相流、纳米隔热、火电厂节能环保、智能发电、智慧电厂。Tel：138****8297，E-mail：*********************
1引言
工业4.0、互联网+工业、人工智能在工业领域深
度应用已成为中央强国战略的国策［1-4］。对于燃煤火力发电厂，整体趋势是充分利用现有信息及数据，将系统网络化、平台化，基于大数据和人工智能技术，开发各种应用APP ，提高信息数据利用水平，将优质的外部技术和资源转化为企业的生产力，建设更安全、更高效、更环保的智慧化电厂［3-7］。
基于电气和热控一体化控制的智能DCS ，即ICS （Intelligent Control System ）智能发电运行控制平台，
开发APS （Automatic Procedure Start-up or Shut-down ）程序自动启停控制是智慧电厂的重要功能，有助于实现无人值守、少人管理的智慧电厂建设目标［6-10］。因此，构建基于ICS 智能发电平台的主辅机一键启停模块，基于操作票、运行规程和面向对象的设计原理，实现重要主辅机设备的运行标准化和自动化操作，最终实现机组一键启停、故障自动处理和机组性能的自动闭环优化。
针对燃煤火力发电站，基于ICS 智能发电平台，分析APS 一键启停技术的应用特点、功能架构和应用
效果，通过实现机组整体一键启停，重要辅机和功能
子系统的一键启停等重要功能，提升机组的自动化水平，降低人员劳动强度，减少操作失误率。本文的分析有助于了解燃煤火力发电机组的APS 一键启停功能在老机组的首次技术改造和成功应用，通过分析APS 一键启停技术的应用场景，展示APS 技术的应用效果，推动燃煤火电行业向基于智能DCS 平台的高集成、高自动化、自管理、自趋优和自恢复方向发展。
2APS 技术的功能架构
APS 功能是燃煤发电机组最高级自动控制技术
之一，具有高度的复杂性，是DCS 中所有常规控制子系统的统领。APS 技术能实现机组全过程自动启动和全过程自动停运的综合管理和控制。图1示出APS 技术能有序地管理、控制和整合机组顺序控制系
统SCS 、模拟量自动控制系统MCS 、锅炉炉膛安全监视系统FSSS 、汽轮机数字电液调节系统DEH 、锅炉给水泵小汽机调节系统MEH 等分子控制系统，并按预先设定的程序控制机组内各设备的启动、停止和运行状态，最终实现机组的自动启动或自动停运。
APS 包括机组自动启动和自动停止两部分，涵盖
第1期
启动、并网、带负荷、升负荷、降负荷、停机、停炉、投盘
车等整个机组启停各个阶段的控制。根据机组的不同工况，包括：冷态、热态、温态、极热态，采用相应的上层控制逻辑，通过DCS 系统数据高速公路，发控制指
令到相应各个子系统。APS 一键启停的技术基础是电
气和热控一体化控制ETIC （Electrical-Thermal inte⁃grated control ），将电厂所有设备纳入统一的协同控制平台。
赵俊杰等：基于燃煤智能发电ICS 的主辅机一键启停APS 技术应用分析图1ICS 中APS 技术的分子控制系统和功能组架构
APS 的控制逻辑设计思想是基本不考虑人员参与调节，完全靠自动化系统解决。运行人员的作用只是高级分析、运行隔离和检修隔离。从宏观整个机组到微观单个设备，图2示出APS 的分级控制包括：机组控制级、功能组控制级、功能子组控制级和设备驱动级4层结构。APS 的顺序控制采用4层结构来实现，是为了有效降低控制系统处理规模、减少不同被控对
象及其控制系统之间的耦合。
机组控制级调用各功能组和个别独立的控制设备，任务是完成各功能组的有机衔接，是整个机组启停控制管理中心。机组控制级根据系统和设备运行情况及既定的控制策略，向下层功能组及功能子组发出启动和退出的指令，实现机组的自动启动和自动停运。
功能组是严格体现机组启停流程的环节，也是决定APS 实用性高低的关键环节之一。功能组的设计原则是以某个独立系统为核心，使其开始于一个稳定的工况也结束于一个稳定的工况。功能组涉及到的独立分系统包括：风烟系统、制粉系统、给水系统、高低加热器系统、辅汽系统、凝结水系统、灰煤硫系统、化水系统、吹灰系统、发变组系统等。
功能子组的设计原则是以某个重要设备为核心，以该设备的启动或停止为目标，组织其相关的辅助设备成为一个相对独立的小系统，完成该设备及相关辅助设备的启停。功能子组涉及到的独立子系统包括：空预器、给水泵、磨煤机、送风机、引风机、除氧器、燃烧器、电除尘、发电机、励磁系统、主变压器
等。
设备驱动级是最小控制单元，其与现场设备直接
机组顺序控制SCS 数据采集控制DAS 网络终端控制NCS 汽轮机控制TCS 协调控制CCS
锅炉炉膛安全监视FSSS 模拟量自动控制MCS 燃烧器负荷程控BCS 给水全程控制FWCS 汽轮机数字电液调节DEH
锅炉给水泵小汽机调节MEH
电气设备控制ECS 电压自动调节AVR 汽机紧急跳闸ETS 汽轮机旁路控制BPC
整合
机组自启动APS 系统
控制功能组
功能组：独立分系统功能子组：独立子系统
1.空预器
2.一次风机
3.送风机
4.引风机
5.静电除尘器7.火检冷却风机8.密封风机9.燃烧器
1.原煤斗
2.磨煤机
3.给煤机
4.密封风机
1.1~3号高加
2.5~7号低加
3.除氧器
1.空冷凝汽器
2.真空泵
3.凝结水泵
4.凝结水输送泵
5.轴封加热器
6.低压加热器
7.除氧器
1.发电机
2.励磁系统
3.主变压器
4.高压厂用变压器  1.除氧器2.给水泵
3.高压加热器
4.减温水
机组控制级
启动
停止
功能组控制级
启动停止功能子组控制级
启动停止设备控制级
启动停止
接口模件生产现场
功能组控制级
启动停止
功能子组控制级
启动停止
设备控制级
启动
停止
图2ICS 中APS 应用的4层分级控制结构
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第1期
相联，既接受功能组或功能子组来的顺序控制命令，
也要接受设备的联锁保护、启停允许、手动操作等命令。每个控制单元必须能够完成连锁逻辑，逻辑单元一定要标准化，便于单元控制逻辑和整体控制系统通过接口快速组网。
3APS 技术的应用分析
以国电内蒙古东胜热电公司1号机组的APS 技术改造为例进行分析，APS 技术基于智能DCS 系统上的逻辑组态，通过相关的逻辑发出各个设备或系统的启动或停运命令，由子系统协调控制完成。基础DCS 系统采用的是北京国电智深控制技术有限公司ED⁃PF-NT+分散控制系统的最新版本，版本号为V3.4。在最新版本V3.4的传统DCS 基础上，通过新增高级应用服务器、高级应用控制器、分析引擎服务器、高级值班员站等硬件设施，升级智能计算引擎、大数据分析引擎、先进算法通过算法容器“宏封装”至DPU 等软件功能，打造了燃煤火电行业首款智能运行控制系统ICS ，商标名为iSol ，岸石。
DCS 系统控制范围包括：全厂锅炉工艺系统、汽机工艺系统、汽轮机数字电液控制系统、水处理系统、输煤系统、除灰系统、脱硫系统、脱硝系统、公用系统等。ICS 智能发电平台包括：主机DCS 、辅机DCS （化水、灰硫运行、输煤运行）、公用DCS 、厂级DCS 监控系统。辅机DCS 、公用DCS 与单台机组的主机DCS 之间采用域间隔离器，实现逻辑隔离。ICS 与智慧管理大区IMS 采用单向物理隔离网闸，实现基于硬件的单向硬隔离。主机DCS 系统的控制分子系统包括：数据采集DAS 、模拟量控制MC
S 、顺序控制SCS 、锅炉炉膛安全监控FSSS 、协调控制系统CCS 、汽机旁路控制BPC 、汽轮机数字电液控制DEH 、汽轮机控制系统TCS 、给水全程控制FWCS 、燃烧器负荷程控系统BCS 、汽机紧急跳闸ETS 、升压站内设备的网络终端控制NCS 、电气设备控制ECS 、电压自动调节系统AVR 等。
严格的一键启停功能OBS （One Button Start-up and Shut-down ）对于火电厂也很少被使用。另外，设备性能、机组整体设计等各方面也存在一些问题，制约真正OBS 一键启停的实现，基于有限断点的程序自启停APS 功能灵活，更适用于燃煤火电生产工艺流程。燃煤火电机组APS 启动包括6个断点，包括：机组启动准备断点、锅炉上水冲洗断点、锅炉点火升温断点、汽机冲转断点、机组并网断点和机组升负荷断点。
由于机组升负荷控制较为成熟，实际启机过程使用了前5个断点。
机组准备断点包括：开冷水系统启动、闭冷水系统启动、辅机油站系统启动、润滑油系统启动、密封油系统启动和定冷水系统启动6个功能组。辅机油站系统启动的功能组包括A 、B 、C 、D 、E 磨的油站启动功能子组，A 、B 送风机油站启动功能子组，A 、B 引风机油站启动功能子组，以及A 、B 一次风机油站启动功能子组。
第二个断点，锅炉上水冲洗断点的程序控制启动流程图。锅炉上水冲洗断点包括：凝结水补水箱上水、排汽装置上水及冲洗、除氧器上水启动、除氧器加热启动、锅炉上水启动和锅炉底部加热启动6个功能
组。
锅炉点火升温断点包括：风烟系统启动、火检风机启动、锅炉疏水系统启动、置二次风门吹扫位、启动炉膛吹扫、启动等离子系统、密封风机及一次风机启动、置二次风门点火位、第一套制粉系统启动、抽真空系统启动、轴封系统启动、锅炉升温升压和汽机EH 油系统启动。其中，风烟系统启动功能组包含：A 空预器启动、B 空预器启动、建立风烟通道、A 引风机启动、A 送风机启动、B 引风机启动和B 送风机启动7个功能子组。
汽机冲转断点包括：汽机开始冲转至600rpm 、汽机冲转1000~2450rpm 、汽机冲转2450~2950rpm 和汽机冲转2950~3000rpm4个功能组。机组并网断点包括启动第二套制粉系统和发电机并网2个功能子组。
升负荷断点包括：升负荷至66MW 、启动第三套制粉系统、升负荷至132MW 、高加疏水回收至除氧器、低加疏水回收至排汽装置和负荷升至165MW 。其中，升负荷至132MW 的功能组包含高加疏水回收至除氧器，以及低加疏水回收至排汽装置2个功能子组。
除了机组整体一键启停功能，APS 技术还能用于在运机组的AGC 投入、切除，重要辅机一键启停等。基于操作规程，将AGC 的一键投入与切除固化成后台固定逻辑，可实现标准化操作及故障处理时AGC 自动切除。
大型火电机组参与深度调峰，重要辅机启停频繁。例如，给水泵、磨煤机、送风机等设备，每天启停操作至少2~3次。基于操作票、运行规程和面向对象的设计原理，
可构建机组运行工况下辅机一键启停模
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块，实现重要辅机设备的运行标准化和自动化操作，
及辅机故障自动停运处理。给水泵的一键启停逻辑图。重要辅机顺序控制启动功能有效减少人员的操作量和工作强度，也能有效降低运行人员的误操作风险。此外，磨煤机、送风机、引风机等重要辅机也实现了自启动顺序控制。
发动机启停技术在运机组的真空严密性定期试验采用APS 技术，实现一键操作。通过将真空严密性定期试验的规则和逻辑写入ICS ，构建应用模块APP ，进行试验一键自动程控操作和真空5min 下降最大值的结果自动统计。
4APS 技术的应用效果
2018年6月30日，国电内蒙古东胜热电公司1号机组在大修后的冷态启动全过程采用APS 自启动功能，实现了发电机组顺利并网。在APS 技改过程中，共编写启动操作指令上万条，修订启动操作票89份，绘制启动流程图17份，编制保护控制逻辑图227份。
实践结果表明，APS 的成功实施可显著增加机组控制系统的自动化水平，最大限度地减少运行人员的操作强度和人员数量，实现减员增效。APS 一键启停技术改造是第一次在国家能源集团范围内，在运10年的燃煤发电老机组改造成功，并在大修后的冷态启机过程中得到了实际验证。APS 技术的应用效果包括：
（1）减人。APS 控制系统在1号机组大修后的启机过程中正式投运，降低了运行人员的工作强度，可减少运行人员工作量20%。减少了运行人员参与工作的人数，每个值减少1人，5个值共减少5人，共节约人力成本60万元/a 。
（2）减少启动时间。一定程度上减少了每次启机的时间。锅炉上水冲洗断点较之前缩短了25%的时间，锅炉点火升温断点较之前缩短了20%的时间，汽机冲转断点缩短30%的时间，机组并网断点较之前缩短了40%的时间，升负荷断点缩短15%的时间。共缩短整机启动时间26%，每次冷态启动可缩短时间3h 。
（3）降低了运行人员的操作失误率。APS 技术降低了运行人员的操作失误率，降低约70%。
（4）降低了厂用电率和煤耗，节省了开机费用。按每年有3次启机计算，共降低了总厂用电率0.1%，节约经费6.5万元/a ；减少了煤耗135t ，节约经费6.75万元/a 。总节约经费73.25万元/a ，节省开机费用24.4万元/次。
5结束语
针对燃煤火力发电站，基于ICS 智能发电平台，分析APS 一键启停技术的应用特点、功能架构和应用效果，通过实现机组整体一键启停，重要辅机和功能子系统一键启停等重要功能，以提升机组的自动化水平，降低人员劳动强度，减少操作失误率，提升机组的整体安全性和经济性水平。结果表明：
（1）APS 的功能架构包括：机组控制级、功能组控制级、功能子组控制级和设备驱动级4层结构。
（2）APS 技术基于ICS 智能发电平台的逻辑组态，通过相关的逻辑发出各个设备或系统的启动或停运命令，由子系统协调控制完成。燃煤火电机组APS 实际冷态启动过程5个断点，包括：机组启动准备、锅炉上水冲洗、锅炉点火升温、汽机冲转和机组并网。
（3）基于操作票、运行规程和面向对象的设计原理，可构建机组运行工况下辅机一键启停模块，实现重要辅机设备的运行标准化和自动化操作，新增辅机故障自动处理，性能闭环优化和一键性能试验等功
能。
（4）APS 一键启停技术的应用效果包括：降低了运行人员的工作强度，减少了运行人员参与工作的人数；减少了启机的时间；降低了运行人员的操作失误率；降低了厂用电率和煤耗，节省了开机费用。参考文献：
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赵俊杰等：基于燃煤智能发电ICS 的主辅机一键启停APS 技术应用分析·
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第1期
Application Analysis of One-button Start-up &Shut-down Technology of APS for Main and Auxiliary Machines Based on ICS for Coal-fired Power Generation
Zhao Junjie 1，Feng Shuchen 2，Tian Jingqi 2，Yang Ruyi 1，Zhao Boshi 2，Hu Yong 3，Liu Qiang 4
（1.China Guodian Corporation Inner Mongolia Dongsheng Thermal Power Co.，Ltd.，Ordos ，Inner Mongolia ，017000；
2.GD Power Development Co.，Ltd.，Beijing ，100101；
3.School of Energy and Power Engineering ，North China Electric Power University ，Beijing ，102206；
4.College of Mechanical and Transportation Engineering ，China University of Mining and Technology-Beijing ，Beijing ，102249）
Abstract ：In view of coal-fired power plant ，based on the ICS for intelligent power generation platform ，this article analyzes the functional architecture ，characteristics and application effects of one-button start-up &shut-down technology of APS （Automatic Procedure Start-up/Shut-down ），and improves the overall intelli⁃gence ，safety and economy of the unit through the functions of one-button start-up &shut-down and one-button regular test of the whole unit and important auxiliary machines.The results show that APS technology can orderly manage ，control and integrate SCS ，MCS ，FSSS ，DEH ，MEH and other sub-control systems of the unit ，and control equipment and the automatic start and stop of the whole unit based on five break⁃points according to the preset program.The functional architecture of APS includes four levels ：unit control level ，functional group control level ，functional sub-group control level and equipment drive level.Based on the operation ticket ，operation procedures and object-oriented design principles ，one-button start-up &shut-down of auxiliary machine or functional group can be constructed to realize standardized and automatic oper
a⁃tion ，automatic fault handling ，and one-button regular test of auxiliary machine.
Key Words ：smart power plant ；intelligent power generation platform ；integrated electric and thermal con⁃trol ；one-button start-up &shut-down of auxiliary machine ；logical sequence control
（收稿日期：2021-01-12
责任编辑：马小军
）
（上接第31页）
Research on Driving Construction of Chamber and Combined Roadway
in Buertai Coal Mine
Lu Yongxiang
（CHN Energy Shendong Coal Group Corporation Buertai Coal Mine ，Erdos ，Inner Mongolia ，017000）
Abstract ：Compared with ordinary roadway ，chamber construction has the characteristics of large section ，multiple changes and high quality requirements.Influenced by mining ，the surrounding rock is loose with poor stability ，and the stress condition is complex with concentrated ground pressure stress ，which increases the difficulty of chamber construction.The construction method and support technology of large section cham⁃ber has always been the difficulty of mine development and driving ，with problems of high driving difficul⁃ty ，high requirements for roadway support design ，etc.Taking the chamber of Buertai Coal Mine as an exam⁃ple ，this article discusses driving construction sequence and support method of large-section chamber ，which can provide experience for safety production of similar mines.
Key Words ：chamber driving ；large section ；driving method ；support method
（收稿日期：2020-08-12
责任编辑：穆建玲）
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