朱曉星，劉武林，張建玲

(湖南省電力公司科學研究院，湖南 長沙 410007)

給水控制系統(tǒng)是大型火電機組最重要的自動控制系統(tǒng)之一，其任務是保證鍋爐的給水量與蒸發(fā)量相適應。給水量若過低，容易導致鍋爐超溫甚至干燒;給水量若過高，容易引起主汽溫度過低甚至汽中帶水損壞汽輪機。

典型的火電機組一般配備2臺50%容量的汽動給水泵 (以下簡稱汽泵)和1臺30%～50%容量的電動給水泵 (以下簡稱電泵)。機組在升負荷過程中，存在電泵運行時首臺汽泵并入、汽泵運行時電泵退出、汽泵運行時第2臺汽泵并入等過程;在降負荷過程中，存在2臺汽泵運行時首臺汽泵退出、1臺汽泵運行時電泵并入、電泵運行時第2臺汽泵退出等過程。在這些并退泵過程中，稍有不慎就會引起給水流量大幅波動，引起主汽溫度大幅變化，嚴重影響機組的安全運行，甚至導致非計劃停運〔1〕;即使是操作熟練的運行人員，也由于需要監(jiān)視的測點、進行的操作較多而使得并退泵時間較長，影響機組運行的經(jīng)濟性。因此，研究設計智能并退給水泵功能、實現(xiàn)操作人員一鍵自動并退給水泵，是提高機組安全性和經(jīng)濟性的有效途徑之一。

1 給水流量控制回路的修改

一般火電機組給水流量的控制，是由給水流量指令與給水流量實測值的偏差經(jīng)PID運算后，直接生成給水泵的公共指令，每臺給水泵可在該公共指令的基礎上設置偏置。這種控制策略 (以下簡稱為“給水流量單回路調節(jié)”)較為簡單、清晰，在電泵與汽泵不需同時投自動運行的情況下，可以達到滿意的自動控制效果;但如果需要電泵與汽泵同時投自動運行，那么由于電泵勺管控制和汽泵轉速控制的工作特性差別較大，這種控制策略容易導致給水泵的不穩(wěn)定運行，出現(xiàn)搶水現(xiàn)象，影響機組的安全運行〔2〕。

某公司采用了一種新的控制策略，近年在國內應用較廣，其核心是增加每臺給水泵出口流量調節(jié)PID，形成給水流量串級調節(jié) (以下簡稱為“給水流量串級調節(jié)”):給水流量指令與給水流量實測值的偏差經(jīng)PID運算后，生成每臺給水泵的公用出口流量指令;該指令送到每臺給水泵出口流量調節(jié)PID，運算后才生成電泵的勺管指令或汽泵的轉速指令;每臺給水泵可設置出口流量偏置 (手動時該偏置跟蹤泵公用出口流量指令與本泵出口流量的差值)。其中，給水泵出口流量若無測點，可由本泵入口流量、出口壓力、再循環(huán)調節(jié)閥位置反饋等綜合計算得出。這種控制策略能很好的實現(xiàn)汽泵與電泵的出力匹配和平衡，使二者能同時投自動運行。

要實現(xiàn)智能并退給水泵功能，采用給水流量串級調節(jié)方式為宜，可以滿足各種運行工況的需求。

2 給水泵智能并泵控制策略

給水泵并泵可分為電泵運行時首臺汽泵并入、汽泵運行時第2臺汽泵并入、1臺汽泵運行時電泵并入3種情況，其并泵思路與過程均基本相似。以下以典型的“汽泵運行時第2臺汽泵并入”為例來闡述。

2.1 智能并泵允許

以下條件均滿足時允許汽泵并泵:

1)本泵處于CCS遙控方式;

2)本泵出口壓力低于給水母管壓力;

3)本泵出口流量偏置不為0;

4)另一臺汽泵或電泵已投自動;

5)無其他泵在并退泵過程中，且本泵未在退泵過程中;

6)無RB;

7)相關測點無壞質量。

2.2 智能并泵過程

DCS畫面上每臺給水泵新增1個操作面板，每個面板上設3個按鈕:并泵、退泵、停止。為最大程度地減小并泵過程中的給水流量波動，將智能并泵過程分為2個階段:轉速控制階段和出口流量控制階段。

操作員按下并泵按鈕，即開始智能并泵，首先進入轉速控制階段，即直接將給水泵指令經(jīng)限速后向某較高值上升;升速到本泵出口壓力接近母管壓力時，暫停升速，發(fā)出聯(lián)開本泵出口門指令;由于出口壓力較低，出口門打開后本泵尚未出水，需要繼續(xù)升速，直到本泵穩(wěn)定出水 (本泵出口壓力－給水母管壓力＞0.5 MPa，且本泵出口流量＞100 t/h)。

給水泵穩(wěn)定出水后，轉速控制階段完成，自動投入本泵自動，轉入出口流量控制階段。在這個階段，不再直接提高給水泵轉速，而是將本泵出口流量偏置經(jīng)限速后置為0。在這個階段中，該泵已經(jīng)參與總給水流量的調節(jié)。

以上過程中，運行人員隨時可以按下停止按鈕，以結束并泵過程;停止后若并泵條件滿足，仍可重新按下并泵按鈕，給水泵將按以上流程繼續(xù)并泵。

為減小給水流量波動，整個并泵過程中限速值根據(jù)系統(tǒng)工況實時自適應變化:當本泵出口壓力低于給水母管壓力較多時，本泵尚未出水，限速值可以較大以縮短整個并泵時間;本泵出口壓力接近母管壓力時，本泵即將出水，限速值很小以減小出水時給水流量波動;本泵出水以后，限速值根據(jù)給總水流量調節(jié)偏差、本泵出口給水流量調節(jié)偏差等變化，偏差越大時限速值越小，甚至為0以暫停并泵，確保給水流量穩(wěn)定。

2.3 智能并泵完成

以下條件均滿足時認為并泵完成:

1)本泵在自動狀態(tài);

2)本泵出口門已開;

3)本泵出口壓力高于給水母管壓力0.5MPa以上;

4)本泵出口流量偏置為0。

3 給水泵智能退泵控制策略

給水泵退泵可分為汽泵運行時電泵退出、2臺汽泵運行時首臺汽泵退出、電泵運行時第2臺汽泵退出3種情況，其退泵思路與過程均基本相似。以下以典型的“2臺汽泵運行時首臺汽泵退出”為例來闡述。

3.1 智能退泵允許

以下條件均滿足時允許汽泵退泵:

1)本泵轉速高于2 900 r/min;

2)另一臺汽泵或電泵已投自動;

3)無其他泵在并退泵過程中，且本泵未在并泵過程中;

4)相關測點無壞質量。

3.2 智能退泵過程

智能退泵過程也分為2個階段:出口流量控制階段和轉速控制階段。

操作員按下退泵按鈕，即開始智能退泵，如果此時本泵在自動狀態(tài)則首先進入流量控制階段，否則直接轉入轉速控制階段。在流量控制階段，自動將本泵出口流量設定值經(jīng)限速后置為某較小值(如100 t/h)，當其出口流量緩慢下降到該值穩(wěn)定后，退出出口流量控制階段，延時5 s進入轉速控制階段。

轉速控制階段，將本泵切為手動，其指令經(jīng)限速后置為遙控最低轉速2 900 r/min;當泵降到遙控最低轉速后，退泵結束。

整個退泵過程中限速值與并泵過程相似，均根據(jù)系統(tǒng)工況實時自適應變化。

3.3 智能退泵完成

以下條件均滿足時認為退泵完成:

1)本泵在手動狀態(tài);

2)本泵轉速≤2 900 r/min。

4 優(yōu)化及應用效果

根據(jù)以上控制思路設計了組態(tài)，在典型600 MW超臨界機組仿真模型上進行了多次試驗，根據(jù)試驗情況又進行了以下優(yōu)化:

1)并泵過程中給水泵穩(wěn)定出水后，將從轉速控制階段轉入出口流量控制階段。該“穩(wěn)定出水”條件是用給水壓力偏差和本泵出口流量來判定的，試驗中發(fā)現(xiàn)有時因壓力偏差和出口流量的波動而在兩個控制階段間來回切換。為此，在退出轉速控制階段的條件中，增加“已轉入出口流量控制階段”。

2)利用“給水流量串級調節(jié)”控制策略，可以方便地將正在并/退的給水泵增加/減少的出力以流量指令的形式反應出來，使其在尚未對總給水流量產生影響時，就能直接改變另一臺在自動調節(jié)狀態(tài)的給水泵的出口流量指令，以減小給水流量的波動。某些DCS系統(tǒng)中有平衡算法功能塊 (Balancer)可以方便地實現(xiàn)該功能;本文為提高控制策略的適用面，沒有利用該功能塊，而是通過其他功能塊的組合實現(xiàn)了類似的功能。

3)采用正常工況下的PID參數(shù)進行試驗，發(fā)現(xiàn)在并/退泵過程中容易導致給水流量震蕩。為此，對相關PID參數(shù)采用自適應調節(jié)，在并/退泵過程中將比例作用適當降低、積分作用適當減弱，達到了滿意的效果。

經(jīng)以上優(yōu)化后，并退泵時給水流量波動約50～60 t/h，并退泵時間約5 min。A汽泵運行時B汽泵并入的曲線如圖1所示。

圖1 A汽泵運行時B汽泵并入曲線

以上是基于采用“給水流量串級調節(jié)”控制策略的試驗結果，若對限速率、PID參數(shù)作更為精細的優(yōu)化，還能取得更好的控制效果;若機組原采用的是“給水流量單回路調節(jié)”控制策略，且不需要電泵與汽泵同時投自動運行 (如首臺汽泵完成并泵后，就將電泵切手動或退泵停運)，那么也可維持該方式不變，只需將并退泵控制策略中略作修改即可?；凇敖o水流量單回路調節(jié)”控制策略的智能并退泵功能也在仿真模型上進行了試驗，給水流量波動稍大一些，但均在安全范圍之內。

5 結束語

研究和設計了火電機組智能并退給水泵功能，在仿真模型上進行了反復試驗和優(yōu)化，試驗結果表明效果較好，能確保并退給水泵過程中的機組安全，減少并退給水泵所需的時間，提高機組的安全經(jīng)濟性能。

〔1〕秦治國，白靜平，馬海琪.660MW超臨界機組汽動給水泵自動并泵、退泵邏輯設計〔J〕.陜西電力，2011，39(5):41－43.

〔2〕潘鳳萍，陳世和，陳銳民，等.火力發(fā)電機組自啟?？刂萍夹g及應用〔M〕.北京:科學出版社，2011.