大型火电机组智能并退给水泵功能设计与研究.pdf

第3 2卷第 5期 湖南电力 HUN AN E L E C T RI C P O WER 2 0 1 2年 l 0月 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 8 0 1 9 8 ． 2 0 1 2 ． 0 5 ． O O 3 大型火 电机组智能并退给水泵功能 设计与研究 朱晓星，刘武林 ，张建玲 湖南省电力公 司科学研究院，湖南 长沙 4 1 0 0 0 7 摘要文中对给水流量控制回路的 2种调节方式进行分析 ，并以给水流量 串级调节方 式为基础设计智能并退给水泵功能，对电动给水泵、汽动给水泵的各种并退 工况均进行 仿真试验 ，试验结果证明控制效果较好。 关键词 火电机组 ；智能控制 ；并泵；退泵 中图分类号T K 3 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 ． 0 1 9 8 2 0 1 2 0 4 ． 0 0 1 0 0 3 De s i g n a nd r e s e a r c h o f i nt e l l i g e nt c o mb i ni ng a n d r e t r e a t i ng pu m p c o nt r o l o n l a r g e c a pa c i t y t h e r m a l p o we r u ni t s Z HU Xi a o x i n g ，L I U Wu l i r a ，ZHAN G J i a n l i n g H u n a n E l e c t r i c P o w e r C o r p o r a t i o n R e s e a r c h I n s t i t u t e ，C h a n g s h a 4 1 0 OO7 ，C h i n a Abs t r a c t T wo c o n t r o l s t r a t e g i e s o f f e e d wa t e r f l o w i s a n a l y z e d ． T h e i n t e l l i g e n t c o n t r o l f u n c t i o n o f c o mb i n l n g a n d r e t r e a t i n g p u mp i s d e s i g n e d b a s e d o n c o n t r o l s t r a t e g y o f c a s c a d e f e e d- wa t e r fl o w． S o me s i mu l a t i o n e x p e r i me n t s a b o u t i n t e l l i g e n t c o mb i n i n g a n d r e t r e a t i ng p u mp c o n t r o l o f e l e c t ric a n d t u r b i n e --d riv e n f e e d -wa t e r p u mps h a s b e e n c a wi e d o u t u n d e r v a r i o u s wo r k i n g c o n d i t i o n s ． T h e e x p e rime n t a l r e s u l t s s h o w t h a t t h e e ffe c t i s g o o d． Ke y wo r d sp o we r u n i t ； in t e l l i g e n t c o n t r o l ； c o mb i n i n g p u mp； r e t r e a t i n g p u mp 给水控制系统是大型火电机组最重要的 自动控 制系统之一 ．其任务是保证锅炉 的给水量与蒸发量 相适应 。给水量若过低 ，容易导致锅炉超温甚至干 烧 ；给水量若过高 ，容易弓 l 起主汽温度过低甚至汽 中带水损坏汽轮机。 典型的火电机组一般 配备 2台 5 0 ％容量 的汽 动给水泵 以下 简称汽泵 和 1白 3 0 ％ ～5 0 ％容 量 的电动给水泵 以下简称 电泵 。机组在升负荷 过程中，存在电泵运行时首台汽泵并人、汽泵运行 时电泵退出、汽泵运行时第 2台汽泵并人等过程 ； 在降负荷过程中，存在 2台汽泵运行时首台汽泵退 出 、1台汽泵运行时电泵并人 、电泵运行时第 2台 汽泵退出等过程。在这些并退泵过程中，稍有不慎 就会引起给水流量大幅波动 ，引起主汽温度大幅变 化 ，严重影响机组的安全运行 ，甚至导致非计划停 运 ] 即使是操 作熟练 的运 行人员 ，也 由于需要 监视 的测点、进行 的操作较多而使得并退泵时问较 收稿 日期 2 0 1 2 0 4 0 9 l 0 长，影响机组运行的经济性 。冈此 ，研究设计智能 并退给水泵功能 、实现操作人员一键 自动并退给水 泵 ，是提高机组安全性和经济性的有效途径之 。 1 给水流量控制 回路 的修改 一 般火电机组给水流量 的控制 ，是甫给水流量 指令与给水流量实测值 的偏差经 P I D运算后 。直接 生成给水泵的公共指令 ，每台给水泵可在该公共指 令 的基础上设 置偏置。这种控制策略 以下简称 为 “ 给水流量单 回路调节” 较为简单 、清晰，在 电泵与汽泵不需同时投 自动运行的情况下 ，可以达 到满意的 自动控制效果 ；但如果需要电泵与汽泵同 时投 自动运行 ．那么由于电泵勺管控制和汽泵转速 控制 的工作特性差别较大 ，这种控制策略容易导致 给水泵的不稳定运行 ，出现抢水现象 ，影响机组的 安全运行 引。 某公司采用了一种新的控制策略 ，近年在同内 第 3 2卷第 5期 朱晓星等 大型火电机组智能并退给水 泵功能设计与研究 2 0 1 2年 1 0月 应用较广 ．其核心是增加每台给水泵出口流量调节 P I D．形成给水流量 串级调节 以下简称为 “ 给水 流量 串级调 节” 给水 流量指令 与给水 流量实测 值的偏差经 P I D运算后 ，生成每台给水泵的公用出 口流量指令 该指令送到每台给水泵出 口流量调节 P I D，运算后才生成电泵 的勺管指令或汽泵的转速 指令 每台给水泵可设 置出 口流量偏置 手动 时 该偏置跟踪泵公用出口流量指令与本泵出口流量的 差值 。其 中，给水泵 出口流量若无测点 ，可 由本 泵入 口流量、出 口压力 、再循环调节 阀位置反馈等 综合计算得出。这种控制策略能很好 的实现汽泵与 电泵的出力 匹配和平衡 ，使二者能 同时投 自动运 行 。 要实现智能并退给水泵功能 ．采用给水流量串 级调节方式为宜 ，可以满足各种运行工况的需求 。 2 给水泵智能并泵控制策略 给水泵并泵可分 为电泵运行时首台汽泵并人、 汽泵运行时第 2台汽泵并人 、1台汽泵运行时 电泵 并人 3种情况 ，其并泵思路与过程均基本相似。以 下以典型 的 “ 汽泵运行时第 2台汽泵并 入” 为例 来阐述 2 ． 1智能并泵允许 以下条件均满足时允许汽泵并泵 1 本泵处于 C C S遥控方式 2 本泵出 口压力低于给水母管压力 3 本泵出口流量偏置不为 0 4 另一台汽泵或电泵已投 自动 5 无其他泵在并退泵过程中 ，且本泵未在退 泵过程 中 6 无 R B； 7 相关测点无坏质量。 2 ． 2智能并泵过程 D C S画面上每 台给水泵新增 1 个操作面板 ．每 个面板上设 3个按钮 并泵、退泵 、停止。为最大 程度地减小并泵过程中的给水流量波动 ，将智能并 泵过程分为 2个阶段 转速控制阶段和出口流量控 制阶段 操作员按下并泵按钮 ，即开始智能并泵 ．首先 进人转速控制阶段 ，即直接将给水泵指令经限速后 向某较高值上升 ；升速到本泵 出口压力接近母管压 力时 ，暂停升速 ，发出联开本泵出 口门指令 由于 出口压力较低 ，出 口门打开后本泵 尚未出水 ．需要 继续升速 ，直到本泵稳定出水 本泵 出口压力一 给 水母管压力 0 ． 5 MP a ，且本泵 出口流量 1 0 0 t ／ h 。 给水泵稳定出水后 ，转速控制阶段完成 ，自动 投入本泵 自动，转入出口流量控制阶段 。在这个阶 段 ．不再直接提高给水泵转速 ，而是将本泵出 口流 量偏置经 限速后置为 0 。在这个阶段 中，该泵 已经 参与总给水流量的调节。 以上过程 中，运行 人员随时可 以按下停 止按 钮．以结束并泵过程；停止后若并泵条件满足，仍 可重新按下并泵按钮 ，给水泵将按 以上流程继续并 泵 。 为减小给水流量波动 ，整个并泵过程 中限速值 根据系统工况实时自适应变化 当本泵出口压力低 于给水母管压力较多时 ，本泵尚未出水 ，限速值可 以较大以缩短整个并泵时间；本泵出口压力接近母 管压力时 ，本泵即将出水 ，限速值很小以减小 出水 时给水流量波动 本泵 出水 以后 ，限速值根据给总 水流量调节偏差、本泵 出口给水流量调节偏差等变 化 ，偏差越 大时限速值越小 ，甚至为 0以暂停并 泵 ，确保给水流量稳定 。 2 ． 3 智能并泵完成 以下条件均满足时认为并泵完成 1 本泵在 自动状态 ； 2 本泵出 口门已开 3 本泵 出 口压力高 于给水母管 压力 0 ． 5 MP a 以上 4 本泵出口流量偏置为 0 。 3 给水泵智能退泵控制策略 给水泵退泵可分为汽泵运行时电泵退 出、2台 汽泵运行时首台汽泵退出、电泵运行时第 2台汽泵 退 出 3种情况 ，其退泵思路与过程均基本相似。以 下 以典型的 “ 2台汽泵运行时首台汽泵退 出” 为例 来 阐述 。 3 ． 1智能退泵允许 以下条件均满足时允许汽泵退泵 1 本泵转速高于 2 9 0 0 r ／ m i n 2 另一台汽泵或电泵已投 自动； 3 无其他泵在并退泵过程 中，且本泵未在并 泵过程 中 4 相关测点无坏质量。 3 ． 2 智 能退 泵过 程 智能退泵过程也分为 2个阶段 出口流量控制 阶段和转速控制阶段 操作员按下退泵按钮 ，即开始智能退泵 ，如果 此时本泵在 自动状态则首先进人流量控制 阶段 ．否 则直接转入转速控制阶段。在流量控制阶段，自动 1 l 第3 2卷第 5期 湖南电力 2 0 1 2年 1 0月 将本泵 出 口流 量设 定值 经 限速 后 置 为某 较 小值 如 1 0 0 t ／ h ，当其 出口流量缓慢下降到该值稳定 后 ，退出出口流量控制 阶段 ，延时 5 s 进入转速控 制阶段。 转速控制阶段 ，将本泵切为手动 ．其指令经限 速后置为遥控最低转速 2 9 0 0 r ／ ra i n ；当泵降到遥控 最低转速后 ，退泵结束。 整个退泵过程 中限速值与并泵过程相似 ．均根 据系统工况实时 自适应变化。 3 ． 3智能退泵完成 以下条件均满足时认为退泵完成 1 本泵在手动状态 ； 2 本泵转速 ≤2 9 0 0 r ／ m i n 。 4 优化及应用效果 根据以上控 制思路 设计 了组态 ，在 典型 6 0 0 M W超临界机组仿真模型上进行了多次试验，根据 试验情况又进行 了以下优化 1 并泵过程中给水泵稳定 出水后 ，将从转速 控制阶段转入出 口流量控制阶段。该 “ 稳定出水” 条件是用给水压力偏差和本泵出 口流量来判定的， 试验中发现有时冈压力偏差和出口流量的波动而在 两个控制阶段问来 回切换。为此 ，在退 出转速控制 阶段的条 件 中，增加 “已转 入 出 口流量 控 制 阶 段 ” 。 2 利用 “ 给水流量串级调节”控制策略 ，可 以方便地将正在并／ 退 的给水泵增加／ 减少的出力以 流量指令的形式反应 出来 ，使其在 尚未对总给水流 量产生影响时 ，就能直接改变另一台在 自动调节状 态的给水泵的出 口流量指令 ，以减小给水流量的波 动 某些 D C S系统中有平衡算法功能块 B a l a n c e r 可以方便地实现该功能；本文为提高控制策略的适 用面 ，没有利用该功能块 ，而是通过其他功能块 的 组合实现了类似的功能。 3 采用正常工况下的 P I D参数进行试验 ，发 现在并／ 退泵过程中容易导致给水流量震荡。为此 ， 对相关 P I D参数采用 自适应调节，在并／ 退泵过程 中将比例作用适当降低、积分作用适当减弱，达到 了满意的效果。 1 2 经以上优化后 ，并退泵时给水流量 波动约 5 0 6 0 t ／ h ，并退泵时间约 5 rai n 。A汽泵运行时 B汽 泵并人 的曲线如图 1 所示。 ／_i 。 ／ 。 ／一 ， 给水流量 、 ＼ 皇 ， ／ 图 l A汽 泵运行 时 B汽 泵并入 曲线 以上是基于采用 “ 给水流量 串级调节” 控制 策略的试验结果 ，若对限速率 、P I D参数作更为精 细的优化 。还能取得更好的控制效果 ；若机组原采 用的是 “ 给水 流量单 回路调节 ”控制策 略，且不 需要电泵与汽泵同时投 自动运 行 如 首俞汽泵完 成并泵后 ，就将 电泵切手动或退泵停运 ，那 么也 可维持该方式不变 ，只需将并退泵控制策略中略作 修改 即可 基于 “ 给水流 量单 回路 调节 ”控 制策 略的智能并退泵功能也在仿真模型上进行 了试 验， 给水流量波动稍大一些 ，但均在安全范围之内。 5 结束语 研究和设计 了火电机组智能并退给水泵功能 ， 在仿真模型上进行了反复试验和优化 ，试验结果表 明效果较好 ，能确保 并退给水泵过程 巾的机组安 全．减少并退给水泵所需的时间，提高机组的安全 经济性能。 参考文献 [ 1 ]秦 治国，白静平 ，马海 琪 ． 6 6 0 MW 超 临界机组 汽动 给水泵 自 动并泵 、退泵逻辑设计 [ J ]．陕西 电力 ，2 0 1 l ，3 9 5 4 1 43 ． 2]潘风萍 ，陈世和 ，陈锐 民，等 ．火 力发 电机 组 自启 停控制 技 术及应用 [ M]．北京 科学出版礼 ，2 0 1 1 ． 作者简介 朱晓星 1 9 8 O 一 ，男 ，湖南邵 阳人 ，工程 师 ，主要 从事 大 发 电机组热工控制技术的应用研究和 凋试工作 。