夏 晉，胡 欣，王劍平，張新勝,4，翁 景

（1.杭州意能電力技術(shù)有限公司，杭州 310014；2.浙江浙能鎮(zhèn)海發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 寧波 315208；3.浙江省能源集團(tuán)有限公司，杭州 310014；4.國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司 電力科學(xué)研究院，杭州 310014）

0 引言

作為火力發(fā)電廠智能化技術(shù)的重要發(fā)展方向，全廠自啟?？刂葡到y(tǒng)（Automatic Power Plant Start-up & Shut-down System，APS）經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展與實(shí)踐，其理念與價(jià)值已逐漸被發(fā)電生產(chǎn)企業(yè)所接受，并在實(shí)用化方面取得了很大進(jìn)展。但由于電廠工藝系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜，設(shè)備狀況及運(yùn)行的操作習(xí)慣差異很大，在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中的可用性并不理想[1-10]。

針對(duì)大型火電機(jī)組操作復(fù)雜、難度大容易誤操作的給水系統(tǒng)，進(jìn)行了自啟停優(yōu)化設(shè)計(jì)，將系統(tǒng)的設(shè)備投切情況、運(yùn)行狀態(tài)，閥門(mén)開(kāi)關(guān)與取自工藝系統(tǒng)的溫度、壓力、流量、負(fù)荷等過(guò)程參數(shù)做綜合判斷，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自適應(yīng)啟停，并在某超超臨界機(jī)組上進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用。

1 系統(tǒng)概況

該機(jī)組為新建燃煤機(jī)組國(guó)產(chǎn)超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，鍋爐采用北京巴布科克·威爾科克斯有限公司生產(chǎn)的超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行直流爐，儀控設(shè)備采用艾默生過(guò)程控制（上海）有限公司的Ovation DCS控制系統(tǒng)。配置2臺(tái)55%容量的汽動(dòng)給水泵（簡(jiǎn)稱(chēng)汽泵），給水泵汽輪機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)小機(jī)）汽源有冷段再熱蒸汽、四段抽汽和輔助蒸汽。1臺(tái)汽動(dòng)給水泵工作時(shí)，能保證機(jī)組50%BMCR的給水量；2臺(tái)汽泵工作時(shí)，能保證100%BMCR的給水量。小機(jī)采用杭州汽輪機(jī)股份有限公司生產(chǎn)的NK63/71型單缸、軸流、沖動(dòng)式、純凝汽式汽輪機(jī)，可調(diào)范圍為3000 r/min～5823 r/min。汽動(dòng)給水泵及其系統(tǒng)的功能是將除氧器內(nèi)經(jīng)除氧合格的給水，經(jīng)前置泵和汽動(dòng)給水泵增壓后，依次經(jīng)過(guò)各高壓加熱器、蒸汽冷卻器，最后進(jìn)入鍋爐省煤器。電動(dòng)前置泵組可以作為機(jī)組啟動(dòng)沖洗給水泵組，隨著鍋爐點(diǎn)火及機(jī)組正常運(yùn)行，由電動(dòng)前置泵、汽動(dòng)給水泵向鍋爐供水。機(jī)組設(shè)計(jì)了給水旁路調(diào)節(jié)閥，未設(shè)計(jì)電動(dòng)給水泵系統(tǒng)，機(jī)組的啟動(dòng)方式是采用汽泵和給水旁路調(diào)節(jié)閥聯(lián)合控制給水流量和壓力，即無(wú)電泵啟動(dòng)方式。

2 APS汽動(dòng)給水泵沖轉(zhuǎn)控制策略

APS汽動(dòng)給水泵沖轉(zhuǎn)功能組啟動(dòng)允許條件為汽動(dòng)給水泵已停運(yùn)且轉(zhuǎn)速信號(hào)無(wú)故障。

當(dāng)接收到APS啟動(dòng)請(qǐng)求后，執(zhí)行沖轉(zhuǎn)程控。

APS沖轉(zhuǎn)程控分9個(gè)階段：

1）自動(dòng)投入APS模式，復(fù)位ETS跳閘信號(hào)。

2）將目標(biāo)轉(zhuǎn)速設(shè)為3050r/min，設(shè)定升速率為80r/min。

3）自動(dòng)檢查允許掛閘條件，滿足后掛閘，速關(guān)油電磁閥（1842）得電45s，啟動(dòng)油電磁閥（1843）得電60s，速關(guān)閥全開(kāi)。

4）將MEH汽動(dòng)給水泵轉(zhuǎn)速控制投入自動(dòng)控制方式。

5）汽動(dòng)給水泵按80r/min速率自動(dòng)升至800r/min。

6）開(kāi)始暖機(jī)，自動(dòng)根據(jù)小機(jī)停運(yùn)時(shí)長(zhǎng)判斷暖機(jī)時(shí)間：停機(jī)時(shí)間為72h為冷態(tài)，設(shè)定暖機(jī)時(shí)間40min；停機(jī)時(shí)間為36h為溫態(tài)，設(shè)定暖機(jī)時(shí)間25min；停機(jī)時(shí)間為12h為熱態(tài)，無(wú)需暖機(jī)可直接進(jìn)入第七步繼續(xù)升轉(zhuǎn)速。在暖機(jī)時(shí)，汽動(dòng)給水泵沖轉(zhuǎn)功能組畫(huà)面顯示倒計(jì)時(shí)時(shí)間，用以提醒運(yùn)行人員。

7）自動(dòng)升轉(zhuǎn)速至2000r/min，升速率設(shè)定為300r/min。

8）自動(dòng)升轉(zhuǎn)速至3050r/min，升速率設(shè)定為330r/min。

9）汽動(dòng)給水泵投入遙控模式，由DCS側(cè)給水控制汽動(dòng)給水泵轉(zhuǎn)速。

MEH系統(tǒng)中，各個(gè)階段的狀態(tài)和限制條件都可以向APS系統(tǒng)送出，所有的參數(shù)都可以進(jìn)行監(jiān)視。

APS沖轉(zhuǎn)功能組的沖轉(zhuǎn)狀態(tài)、暖機(jī)、升速率、目標(biāo)轉(zhuǎn)速的判斷、操作和設(shè)定，均嚴(yán)格按照機(jī)組的運(yùn)行規(guī)程執(zhí)行。

3 APS汽泵并泵控制策略

APS并泵功能組接收到APS啟動(dòng)請(qǐng)求，自動(dòng)判斷允許并入泵。以B汽泵并入A汽泵為例，判斷條件為：B汽泵轉(zhuǎn)速小于A汽泵轉(zhuǎn)速、B汽泵出口閥關(guān)、B汽泵系統(tǒng)檢查確認(rèn)、A汽泵投入給水控制、A汽泵遙控已投入、B汽泵遙控已投入、機(jī)組功率大于40%、給水設(shè)定值與給水流量偏差小于50t/h。具體并泵自動(dòng)判斷控制如圖1所示。

APS并泵程控分5個(gè)階段：

1）投入A、B汽泵再循環(huán)閥自動(dòng)控制。

2）提升并入汽泵轉(zhuǎn)速至并入泵出口壓力與給水母管壓力偏差小于0.3Mpa。

3）開(kāi)并入汽泵出口閥。

4）升轉(zhuǎn)速至兩側(cè)汽泵出力平衡。

5）投入并入泵給水自動(dòng)控制。

以往手動(dòng)并泵過(guò)程中，汽泵轉(zhuǎn)速、給水流量、汽泵出口壓力、汽泵再循環(huán)閥開(kāi)度等都需運(yùn)行人員監(jiān)視與操作，并根據(jù)汽泵出口壓力與給水母管壓力的變化適時(shí)改變汽泵轉(zhuǎn)速。手動(dòng)并泵過(guò)程易造成汽泵轉(zhuǎn)速控制與汽泵出口壓力變化速率不協(xié)調(diào)，汽泵轉(zhuǎn)速控制與汽泵再循環(huán)關(guān)閉速率不協(xié)調(diào)，導(dǎo)致給水流量的大幅波動(dòng)，從而影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行[6,9,10]。

為防止此類(lèi)問(wèn)題的發(fā)生，APS自動(dòng)并泵功能組中，根據(jù)汽泵轉(zhuǎn)速、汽泵再循環(huán)閥開(kāi)、給水母管壓力、汽泵出口壓力、給水流量設(shè)定定值、實(shí)際給水流量、汽泵出口閥的開(kāi)關(guān)等的變化，設(shè)計(jì)有自適應(yīng)轉(zhuǎn)速產(chǎn)生回路。此回路可以根據(jù)機(jī)組參數(shù)的變化，自適應(yīng)控制并入泵的轉(zhuǎn)速變化率，轉(zhuǎn)速控制在0r/min～200r/min之間。當(dāng)機(jī)組參數(shù)變化過(guò)大或壞質(zhì)量時(shí)，自適應(yīng)轉(zhuǎn)速產(chǎn)生回路自動(dòng)將轉(zhuǎn)速變化率切為0，并報(bào)警以提醒運(yùn)行人員。以B泵為例，具體如圖2自適應(yīng)轉(zhuǎn)速產(chǎn)生回路控制圖所示。

MCS與APS的接口設(shè)計(jì)關(guān)系到APS成功與否，為實(shí)現(xiàn)APS功能，必須對(duì)現(xiàn)有的MCS設(shè)計(jì)進(jìn)行完善，使之與APS無(wú)縫結(jié)合，共同完成機(jī)組的啟動(dòng)停止。此設(shè)計(jì)中并、退泵速率是自適應(yīng)的閉環(huán)控制，保證了給水流量穩(wěn)定、給水流量指令平衡，真正意義上實(shí)現(xiàn)無(wú)擾。具體控制邏輯如圖3所示。

除此，為并泵過(guò)程更加穩(wěn)定，針對(duì)汽泵再循環(huán)閥邏輯進(jìn)行了優(yōu)化。汽泵再循環(huán)閥采用雙折線控制方案使再循環(huán)閥的開(kāi)啟、關(guān)閉流量死區(qū)設(shè)置更為靈活，并在關(guān)閉回路中增加并泵速率限制模塊，以減小再循環(huán)閥的關(guān)閉對(duì)給水流量的影響[9]。為適應(yīng)機(jī)組深度調(diào)峰時(shí)的并泵需求，防止低負(fù)荷下汽泵再循環(huán)頻繁開(kāi)關(guān)，導(dǎo)致給水流量的大幅波動(dòng)，在并入泵出口閥未開(kāi)啟前，以一定速率小幅開(kāi)啟另一側(cè)汽泵再循環(huán)閥，負(fù)荷上升至330MW后恢復(fù)。以B泵再循環(huán)閥為例，具體控制邏輯如圖4所示。

4 APS汽泵退泵控制策略

APS退泵功能組允許條件為：兩側(cè)汽泵轉(zhuǎn)速高于3050r/min；非退出側(cè)汽泵為給水自動(dòng)控制方式；給水設(shè)定值與給水流量偏差小于50t/h。

APS退泵程控分4個(gè)階段：

1）撤出需退出側(cè)汽泵給水自動(dòng)控制，汽泵再循環(huán)閥自動(dòng)控制。

2）按一定速率自動(dòng)開(kāi)啟汽泵再循環(huán)閥。

3）按一定速率降低退出側(cè)汽泵轉(zhuǎn)速至3050r/min。

4）關(guān)閉退出側(cè)汽泵出口閥。

在退泵過(guò)程中，退出側(cè)汽泵再循環(huán)閥開(kāi)啟速率、轉(zhuǎn)速的降低速率根據(jù)給水設(shè)定值與給水流量偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)帶有自適應(yīng)功能，提高其在退泵過(guò)程中的穩(wěn)定性。

5 投運(yùn)效果分析

5.1 冷態(tài)APS沖轉(zhuǎn)

16:33開(kāi)始冷態(tài)B汽泵沖轉(zhuǎn)，17:30沖轉(zhuǎn)完成，過(guò)程中各項(xiàng)操作由APS沖轉(zhuǎn)功能組完成，機(jī)組各項(xiàng)參數(shù)穩(wěn)定未發(fā)生異常情況，整個(gè)冷態(tài)沖轉(zhuǎn)過(guò)程時(shí)間為57min，滿足正常運(yùn)行要求。汽泵冷態(tài)沖轉(zhuǎn)過(guò)程的過(guò)程參數(shù)見(jiàn)表1，沖轉(zhuǎn)曲線如圖5所示。

表1 汽泵冷態(tài)沖轉(zhuǎn)過(guò)程參數(shù)Table 1 The parameters of the cold-state impulse rotation process of the steam pump

5.2 冷態(tài)APS并泵

機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)低負(fù)荷下APS并泵過(guò)程，機(jī)組負(fù)荷為280MW，A汽泵為主要運(yùn)行，轉(zhuǎn)速3939r/min，控制給水流量，B汽泵為并入泵，轉(zhuǎn)速3050r/min。再循環(huán)開(kāi)度A汽泵0%、B汽泵100%，給泵出口母管壓力為17.1Mpa，給水流量729t/h。整個(gè)并泵過(guò)程兩側(cè)再循環(huán)閥均在自動(dòng)，A汽泵在給水自動(dòng)控制方式控制給水流量，B汽泵由自適應(yīng)轉(zhuǎn)速回路控制。并泵過(guò)程時(shí)間為7min 58s，期間給水流量波動(dòng)小于50t/h，各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定，滿足正常運(yùn)行要求。并泵過(guò)程主要參數(shù)變化見(jiàn)表2，并泵曲線如圖6所示。

表2 并泵過(guò)程主要參數(shù)Table 2 The main parameters of the parallel pump process

5.3 熱態(tài)APS沖轉(zhuǎn)并泵

機(jī)組負(fù)荷661MW，兩臺(tái)汽泵運(yùn)行，A汽泵給水轉(zhuǎn)速5321r/min，B汽泵轉(zhuǎn)速5343r/min，給水流量1633t/h。16:13機(jī)組開(kāi)始給泵RB試驗(yàn)，A汽泵跳閘。16:33開(kāi)始熱態(tài)A汽泵沖轉(zhuǎn)，機(jī)組負(fù)荷356MW，A汽泵給水轉(zhuǎn)速73r/min，A汽泵再循環(huán)閥開(kāi)度100%，B汽泵轉(zhuǎn)速4913r/min，B汽泵再循環(huán)閥開(kāi)度0%，給水流量908t/h。16:43 A汽泵熱態(tài)沖轉(zhuǎn)完成，轉(zhuǎn)速3050r/min，耗時(shí)10min。17:02開(kāi)始并入A汽泵，17:09 A汽泵并入完成，機(jī)組負(fù)荷369MW，A汽泵給水轉(zhuǎn)速3731r/min，A汽泵再循環(huán)閥開(kāi)度0%，B汽泵轉(zhuǎn)速3764r/min，B汽泵再循環(huán)閥開(kāi)度0%，給水流量894t/h，耗時(shí)7min。APS自適應(yīng)給水系統(tǒng)能適應(yīng)多工況啟動(dòng)運(yùn)行要求，在機(jī)組汽泵RB等故障工況后亦能使用。熱態(tài)沖轉(zhuǎn)并泵曲線如圖7所示。

6 結(jié)論

基于APS的自適應(yīng)汽動(dòng)給水系統(tǒng)，提高了操作的規(guī)范性，減少誤操作的幾率，減輕運(yùn)行負(fù)擔(dān)，優(yōu)化了控制品質(zhì)，縮短啟動(dòng)時(shí)間，適用范圍更廣，提高了機(jī)組效率與經(jīng)濟(jì)性。