大型机组给水泵自动并切功能实现分析.pdf

2 0 0 8年 6月 第 3 6卷 第 3期 ( 总第 1 9 6期 ) 吉 林 电 力 J i l i n El e c t r i c P o we r J u n ． 2 0 0 8 Vo 1 ． 3 6 NO ． 3 ( S e r ． NO ． 1 9 6 ) 大型机组给水泵 自动并切功能实现分析 Pe r f o r ma nc e An a l y s e s f o r Au t o— p a r a l l e l — s wi t c h— o f f o n Fe e d W a t e r Pump i n La r ge Ca p a c i t y Un i t s 钟振 林 ， 丁怀德 ( 湛江 电力有 限公 司， 广 东 湛 江 5 2 4 0 9 9 ) 摘要 ： 针 对全程给水控制 中实现 自动并切 泵功能这一 核心技术 问题 ， 分析 了大 型机组给水 泵并切时 的实际热力 过程 ， 借鉴 丰富 的运行操 作经验 ， 提出了“ 拟人 化控 制” 的解 决思路 ， 设计 出 自动并切 泵的控制策 略 ， 实 际应 用效果 良好 ， 大大降低 了汽包水位事 故概率 ， 提高 了机组运行 的可靠性 。 关键 词 ： 给水泵 ； 自动并切 } 控制策 略 中图分类号 ： TK2 2 3 ． 5 2 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 9 — 5 3 0 6 ( 2 0 0 8 ) 0 3 — 0 0 4 0 — 0 3 在机组 自启停系统( 简称 AP S ) 中， 全程给水控 制是必须实现 的关键技术基础之一 ， 而给水泵的 自 动并切功能 ， 则是全程给水控制的核心。 湛江奥里油 电厂 2 6 0 0 MW 机组 的全程给水控制实现较为成 功， 其 自动并切泵功能完全克服 了人工并切泵操作 的不稳定性 ， 减轻了运行人员的操作强度 ， 大大降低 了汽包水位事故概率。 1 机组概况 湛江 奥里 油 电厂锅 炉 型号 为 D G2 0 3 0 ／ 1 7 ． 4 一 I 1 ， 属亚临界、 自然循 环、 一次 中间再热汽包炉 ， 燃用委 内瑞拉 出品的 4 0 0号奥里乳化油， 额定工况 ( E CR) 下的过热蒸汽流量为 1 7 7 2 ． 1 t ／ h ， 发 电机为 N6 o o 一 1 6 ． 7 ／ 5 3 7 ／ 5 3 7型单轴 冲动凝汽式 汽轮机和 QF S N一 6 0 0 — 2型水一 氢一 氢冷却方式汽轮发 电机 。机组 DC S ( 分 散 控 制 系 统 )采 用 北 京 AB B 贝 利 公 司 S y mp h o n y分散控制系统。机组给水泵配置方式与 容 量为 ： 2台 5 O B MC R容量 的汽泵 和 1台 3 O B MC R容量 的电泵 ( B MC R为锅炉最大连续蒸 发量 工 况 ) 。 给水 系统基 本 结构 如 图 1所示 。 汽 泵额 定转 速为 5 5 0 5 r ／ mi n ( 正常调速范围为3 1 O 0 ～5 5 0 0 r ／ mi n ) ， 额定出 口流量为 1 0 0 0 t ／ h ； 电泵正 常调速范 围为 1 9 O 0 ～5 8 0 0 r ／ mi n ， 额定 出 口流量 为 6 7 0 t ／ h 。 图 1中 ， 除再循环流量参数 厂和主泵 出口流量参数 G外 ， 所有参数均为现场系统布置的测点 ， 完全满足 控制 组态 的需 要 。 图 1 给水 系统示意 图 2 给 水 泵 的 安 全 工 作 区 及 并 切 泵 的热 力 特点 2 ． 1 给水 泵 的安全 工作 区 变速给水泵 的安全工作 区是 由最小流量、 最大 流量、 最 高转 速、 最低 转 速 等 4条 曲线 所包 围的 AB C D 区间形成( 见 图 2 ) 。 在正常调速范围内， 当工 收稿 日期 ： 2 0 0 8 — 0 4 — 0 2 作者简介 ： 钟振林 ( 1 9 7 3 一 ) ， 男， 工程师 ， 从 事奥里油机组工程的热控专业技术 管理 工作 。 4 0 维普资讯 2 0 0 8年 6月 第 3 6卷 第 3期 ( 总第 1 9 6期) J u n ． 2 0 0 8 Vo 1 ． 3 6 No ． 3 ( S e r ． No ． 1 9 6 ) 作点落在最小流量线时， 应立即开启最小流量阀 ， 使 之右移返 回至安全 区； 当工作点落在最大流量线时， 可 能 出现 泵 出 口压 力 过 低 ， 应 闭锁 给 水 泵 的进 一 步 升 速 。另外 ， 当泵 出 口压力 升 高到 P 时 ， 应 限制 升 速 ； 当泵 出口压力降低至 P 时， 应限制降速 。 - R 口 丑 泵流量 Q 图 2给 水 泵 的 安 全 工 作 区 根 据 厂 家 技 术 数 据 ， 一 般 Q 曼 i ≈ 2 Q 未 ， 考 虑 一 定 的安 全调 节 裕 量 ， 定 义 Q曼 为 给 水 泵最 小 流 量 阀开启定值 ： 电泵流量小于等于 1 6 7 t ／ h时 ， 其最小 流量 阀 自开 ； 汽泵流量小于等于 2 7 6 t ／ h， 其最小流 量阀自开 ； Q i 为 给水泵 的额定流量 ( 如 图 1所示 ， 给水泵流量均指其前置泵的出 口流量) 。 2 ． 2 并切泵的热力特点 a ． 为 了防止在待并泵 自动升速过程 中， 由于机 组工况的突然变化 ， 使给水母管压力 P 瞬时下降 ， 造成 该 泵 出 口逆 止 阀 突然 被 冲 开 ， 从 而 引起 给水 母 管流量 G 。 阶跃变化 ， 规定在该泵 出 口压力 P 和给 水 母 管 压 力 相 差 较 大 的 阶 段 [ 即 ( P ～ P) > 1 MP a ] ， 其出 口门保持关 闭状态 。即并泵前 的升速 阶段 ， 确保该泵不供水 ， 仅通过最小流量阀保持再循 环 状 态 。 b ．自动升速 阶段 ， 可较快地增加 待并 泵转速 。 当汽包水位和设定值偏差大时 ， 应暂停升速。 C ． 当待 并 泵 的 出 口压 力 满 足 关 系 式 0 ． 7 ≤ ( P 一P) ≤1 MP a时 ， 暂停升速 ， 开启其 出口门后 ， 进 入并 泵状 态 。 d ． 待并泵真实供水能力的判据为 ： 该泵运行 ， 其 出 口门开， 泵 出 口压力 与给水母 管压 力差值 大 于 一 0 ．3 M Pa。 e ． 单 电泵运行 ， 负荷在 1 6 O ～1 8 0 Mw 内， 汽泵 A( 或 B) 与之并列 ( 可提前启动) 。待并汽泵真实供 水后 ， 其流量大于等于 2 Q 曼 i ， 才能逐渐关 闭其最 小 流量 阀 。 f ． 电泵 和汽 泵 A( 或 B ) 运 行 ， 负 荷 升 至 2 1 0 ～ 2 4 0 Mw 内， 开始退 出电泵运行。 当电泵流量小于等 于 Q曼 i 与 △ 安全裕量) 之和时， 提前开启其最小流 量阀， 真实不供水后 ， 将电泵转速降至热备用转速 。 g ．汽 泵 A ( 或 B) 运 行 ， 负 荷 稳 定 在 2 6 0 ～ 2 8 0 Mw 内， 另一台汽泵与之并列 。 待并汽泵真实供 水后 ， 其流量大于等于 2 Q 曼 ， 才能逐渐关 闭其最 小 流量 阀 。 h ． 退 出泵不 打 水 的判 据 为 ： 泵 出 口压 力 低 于 给 水母 管压 力 1 MP a及 以上 。 i ． 2台汽泵运行 ， 若某 台汽泵故 障需退出， 应将 负荷降至 4 8 0 Mw 以下 ， 启动电泵与故障汽泵进行 切换 ， 待电泵真实打水后 ， 其流量大于等于 2 Q曼 i ， 才能逐渐关闭其最小流量阀。 若 1台汽泵跳闸， 应快 速 降负荷至 4 5 0 ～4 8 0 Mw ， 电泵联启正常后 ， 迅速 提升 其转 速并 列 ， 并 快关 电泵 最小 流量 阀 。 3 自动并切泵 的控制策 略 给水泵的并列方式有以下几种 ： 电泵运行 ， 汽泵 A( 或 B ) 与 之并 列 ； 汽 泵 A( 或 B ) 运 行 ， 另 一 台 汽泵 与之并列； 2台汽泵运行 ， 某台汽泵 因故障要停运或 跳闸， 电泵紧急启动， 与运行汽泵并列 。 由于电、 汽泵 的容量设计不 同， 必须依据各泵运行安全工作 区来 考虑， 因此 ， 其 自动控制策略的设计 ， 最有效的方法 就是“ 拟人化控制” ， 即模仿运行人员的操作经验， 再 加 以优化 来 实现 。 3 ． 1 电泵运 行 ， 汽泵 A( 或 B) 并 列 当待并汽泵进入并泵状态后 ， 以较小 的速率增 加该泵的转速 。当汽泵流量和电泵流量的比值接近 设 定值时 ， 汽泵控制 自举 ， 投入 自动 ， 汽泵和 电泵完 成并列 ： 汽泵调节水位 ， 电泵调节流量 比。其控制策 略 ( s A MA) 如 图 3所示 。其 中 D 。 为主蒸汽流量 ， H 为 高 限报 警 器 ， P I D 为 控 制 调 制 器 ， △ 为 减 法 器 ， T 为切换器 ， V≯为速率限制器， M／ A为手自动控制站。 在并泵过程中， 由于电泵一直在调整水位 ， 且汽 泵升速较慢， 电泵有足够的能力将水位调稳。 当并泵 完成 ， 汽泵控制 自举后 ， 水位稳定 ， 电泵 的流量控制 也是 稳定 的 。 汽 泵 A( 或 B) 运行 ， 电泵 与 之 并 列 时 的控 制 原 理 同上 ， 过 程类 似 ， 不再 赘述 。 3 ． 2 汽泵 A( 或 B ) 运行 ， 另 一 台汽泵并 列 当待并汽泵进入并泵状态后 ， 以较小 的速率增 加该泵的转速 。 当待并汽泵和运行汽泵指令接近时 ， 4 1 维普资讯 2 0 0 8年 6月 第 3 6卷 第 3期 ( 总 第 1 9 6期 ) J u n． 2 0 0 8 Vo 1 ． 3 6 No ． 3 ( S e r ． NO ． 1 9 6 ) 流量比 水位 G 出口P in g ％ 图 3电泵与汽泵并列 S A MA图 待并 汽泵控制 自举 ， 投入 自动 ， 2台汽泵完成并列 ， 共 同调节水位 。其控制策略如图 4所示。 0 ％ 汽泵A指 令 汽泵B指令 图 4 2台汽 泵并列 S A MA图 在 并 泵 过 程 中 ， 随 着 待并 汽泵 指 令 的增 加 ， 因 增益平衡 回路 ( G AI N MAs T E R) 的作用， 运行汽泵 指令会逐渐减少 ， 最后减到 2台汽泵的出力基本上 相同 ， 汽包水位偏差依靠三冲量调节大回路的作用 来消除而保证其稳定 ， 这时待并泵控制 自举 ， 水位是 稳定 的， 2台泵的出力也不再需要额外平衡 ， 属于一 种较为稳定的状态 。 3 ． 3切 泵 基本策略： 先将要退 出运行的泵退出自动 ， 以较 42 慢 的速 率减 小被 切泵 的转 速 。当被 切泵 的 出 口压 力 低于给水母管压力 1 MP a及 以上 时， 可较快地降低 该泵 的转 速至 目标 值 。切泵 过程 同样 引入 汽包 水位 偏差信号 ： 偏差较大时停止降速 ， 偏差较小时恢复降 速， 保证切泵过程中水位稳定 。 3 ． 4 最 小流量 阀的控制 a ． 在并泵过程 中， 待并泵的最小流量 阀一直保 持全 开状 态 ， 此时 ， 该泵 流量 为 厂与 G之 和 。当待并 泵 已真实供水 ， 且泵流量大于等于 2 Q曼 时， 自动 按设定的关闭函数关系， 逐渐关闭其最小流量阀。 b ． 在 切泵 过程 中， 当退 出泵 的流量 小于 等于 Q 与 △ Q之和时， 自动按设定 的开启函数关系 ， 逐 渐 开启其 最 小流 量 阀 。 C ． 任何泵运行时 ， 若该泵流量小于等于 Q景 i ， 则 超驰全开其最小流量阀， 以保护泵的运行安全 。 3 ． 5 调 试 中的策 略优 化 a ．选择负荷点。在机组 自启停过程 中， 自动并 切泵的负荷点不宜选 择过高 ， 必须考虑运行泵的独 立负荷能力 ， 应留有一定的调节裕量 ， 同时也不宜过 低 ， 否则， 可能因给水量需求低 ， 调节 回路波动而引 起运行泵最小流量阀动作导致水位不稳定 。 另外 ， 汽 泵动力所用汽源参数的偏离 ， 也容易影 响汽泵并切 前 后 的调节 品质 。 b ． 设置调节参数 。机组所配 3台给水泵的调节 特性 不一 ， 在 调试 过程 中， 通 过在 控制 指令 出 口增加 特征 函数来校正其非线性。 同时， 考虑到机组给水泵 有多种不 同的组合 ， 设置多套调节参数 ， 并引入负荷 函数 ， 可在不同工况时 自动切换使用 ， 增加调节 回路 的适 应性 。 C ． 流量 比偏差 定值 。流量 比偏 差调 节 回路设 置 为保证运行中电泵流量在总给水流量所占的比重。 在 机组实 际运行 中， 通常是电泵运行时并 入 1 台汽泵 ， 或是 1台汽泵运行并入电泵 ， 但不排除出现 以下工况 ： 电泵和 1台汽泵运行 时， 并 入另一台汽 泵 ； 2台汽泵运行并入电泵 ； 3台泵运行时 ， 切除 1台 汽泵。以上各种工况下的流量比调节 回路定值不尽 相 同， 需作 自动切换 。为防止定值切换时回路波动 ， 将其调节指令反算跟踪至定值设定 回路 ， 并增加惯 性 函数 以获得定值的平滑过渡。 4 实际效果 a ． 2 0 0 6 年 1 2 月2日进行 了以 下试验 ： 汽泵A ( 下转 第 4 6页) 维普资讯 2 0 0 8年 6月 第 3 6卷 第 3期( 总第 1 9 6期) J u n ． 2 0 0 8 Vo 1 ． 3 6 No ． 3 ( S e r ． No ． 1 9 6 ) 5 结论 图 2 2 0 0 8 年 白城 、 松原电 网改造后一次 系统 本 文 对 白城 松原 电 网存 在 问题 进 行 了分 析 ， 结 合电网发展规划 ， 提出了相应的措施 ， 对存在的与主 系统联系薄弱和风电送 出受阻的问题 ， 建议加快 电 网建设 ， 增强地区网架 ； 对母线接线不合理、 主变容 量不足及 6 6 k V 电源联络薄 弱等影 响电网安全稳 定运行和供电可靠性 的问题 ， 建议加快老 旧设备改 造步伐。 通过以上措施的落实， 白城松原电网薄弱的 局 面能 够 得 到较 大改 善 ， 从 而 可 以有 效 地 提 高 电 网 的安全稳定水平和供 电可靠性 ， 更好地满足地区负 荷发 展需 要 。 ( 上 接 第 4 2页 ) 运 行 ， 汽 泵 B并 人 ， 2台泵并 列 运 行 ； A 汽泵 退 出运 行 ， 汽 泵 B单 独运行 。试 验结 果如 下 ： 并泵 过程 耗 时 约 1 0 mi n ， 汽包 水位 波 动幅度 在 3 0 mm 内 ， 2台泵 流量分配均匀 ； 切泵 过程较快 ， 耗时约 5 mi n ， 汽包 水 位 波动 幅度在 3 0 mm 内 ， 流量 负荷 转移恰 当 。 b ． 2 0 0 6年 1 2月 1 5日晚进 行 实 际 电、 汽 泵并 切 试 验 ： 电泵 和汽 泵 A 并 列运 行 ， 先进行 汽 泵 A 退 出 ， 然 后再 与 电泵并 列 。 试 验结 果 如下 ： 汽包 水位 波 动幅 度 在 5 0 mm 内 ， 电、 汽 泵流 量 按设 定 流量 比分 配 ； 由于 电泵变 速 响应快 ， 并切 过 程耗 时更少 。可见 ， 在 自动并 ( 切) 泵的过程 中， 汽包水位波动很小。 自该功能实现以来 ， 不论是在机组启停过程中， 还是在处理给水系统的故障时 ， 运行人员均采用 自 动并切功能 ， 完成 了给水泵 的并 ( 解) 列操作 ， 实际应 用很成功 ， 从未出现一起因给水泵并切操作导致的 46 ( 编辑刘 文千 ) 机组汽包水位事故 ， 大大提高了机组运行的可靠性。 5 结束语 近年来 ， 国内大容量火 电机组 的 自动化程度不 断提高 ， 多数新建工程都将机组 自启停系统控制列 入设计要求 ， 也有不少在役机组开始着手技术改造， 以求真正实现全程给水控制 ， 但是 ， 如何解决给水泵 自动并切功能 ， 却是一直 困扰实现全程给水控制的 “ 瓶颈” 问题 。 这种“ 拟人化控制” 的设计思路 ， 通过解 读运行操作思维和经验 ， 结合并切泵工况 的热力特 点 ， 将其充分融人到实际控制策略中， 简 明实用 ， 在 汽 包锅 炉机 组 的给水 控制 方面 有较 强 的通用 性 。 ( 编辑 田淑 华) 维普资讯