基于熱工控制優(yōu)化的電泵電流波動(dòng)問題解決方法

張華磊，羅志浩

（浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014）

某發(fā)電廠2號(hào)機(jī)組容量為130 MW，2臺(tái)鍋爐給水泵均為電動(dòng)泵，1臺(tái)運(yùn)行1臺(tái)備用。在運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)，在汽包水位控制投入自動(dòng)的情況下，2臺(tái)給水泵均出現(xiàn)在某些工況下勺管調(diào)節(jié)性能變差，給水泵電流、給水流量、汽包水位波動(dòng)大的現(xiàn)象，對(duì)機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成威脅。曾利用2號(hào)機(jī)組檢修機(jī)會(huì)，對(duì)給水泵的勺管凸輪裝置進(jìn)行了機(jī)械改造，機(jī)組啟動(dòng)后又分別對(duì)2臺(tái)給水泵進(jìn)行了調(diào)節(jié)性能試驗(yàn)和負(fù)荷變動(dòng)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：雖然2臺(tái)給水泵電流抖動(dòng)現(xiàn)象明顯好轉(zhuǎn)，但2號(hào)給水泵在機(jī)組負(fù)荷約80 MW、勺管開度為65%～70%時(shí)，給水泵電流仍有晃動(dòng)，最大幅度為30 A，影響了2號(hào)給水泵的全負(fù)荷段正常運(yùn)行。為解決這一問題，提出了基于熱工控制優(yōu)化的解決方案，實(shí)施后的實(shí)際運(yùn)行表明，效果明顯、措施有效。

1 問題分析

在2號(hào)機(jī)組的DCS控制系統(tǒng)中，2臺(tái)給水泵主要用于三沖量汽包水位控制。正常運(yùn)行時(shí)，給水泵為1臺(tái)運(yùn)行、另1臺(tái)備用。通過調(diào)節(jié)運(yùn)行給水泵的轉(zhuǎn)速來控制鍋爐給水量。當(dāng)機(jī)組在啟動(dòng)或低負(fù)荷時(shí)，控制系統(tǒng)只根據(jù)汽包水位信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，即單沖量控制；機(jī)組在高負(fù)荷時(shí)，控制系統(tǒng)采用主蒸汽流量、汽包水位加給水流量的三沖量控制。主蒸汽流量為三沖量控制回路主調(diào)節(jié)器的前饋信號(hào)，給水流量為三沖量控制回路副調(diào)節(jié)器的測(cè)量值，控制原理見圖1。

圖1 優(yōu)化前汽包水位控制原理

機(jī)械改造前，通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)的操縱臂帶動(dòng)勺管凸輪，再由勺管凸輪帶動(dòng)齒條、齒輪機(jī)構(gòu)來控制勺管位置。改造后，改成由操縱臂直接帶動(dòng)齒條、齒輪機(jī)構(gòu)來控制勺管位置。改造前后，給水泵勺管的傳動(dòng)部分有了明顯的改變，也引起了給水泵勺管調(diào)節(jié)特性的改變，因此機(jī)組啟動(dòng)后對(duì)2臺(tái)給水泵都進(jìn)行了調(diào)節(jié)性能試驗(yàn)。

1.1 調(diào)節(jié)性能試驗(yàn)

機(jī)組啟動(dòng)后，由2號(hào)給水泵帶負(fù)荷運(yùn)行，進(jìn)行調(diào)節(jié)特性試驗(yàn)。機(jī)組負(fù)荷從80 MW升至125 MW，有關(guān)特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1，2號(hào)給水泵的調(diào)節(jié)特性曲線見圖2。

表12號(hào)給水泵調(diào)節(jié)特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)

從調(diào)節(jié)特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)和特性曲線可以看出：2號(hào)給水泵經(jīng)過機(jī)械改造后，調(diào)節(jié)過程總體線性度較好，但勺管開度在65%～70%時(shí)曲線較陡，流量變化過快。勺管開度變化5%，泵出口流量變化約60t/h。由給水泵勺管的機(jī)械原理可知：給水泵出口流量的大小取決于給水泵的轉(zhuǎn)速，而轉(zhuǎn)速取決于勺管的回油量。如果單行程內(nèi)回油量變化過大、過快，將嚴(yán)重影響給水泵出口流量的穩(wěn)定，相應(yīng)的就會(huì)引起給水泵電流抖動(dòng)。如果能利用熱工控制優(yōu)化手段，使給水泵調(diào)節(jié)特性變得更加平緩，就可以起到平穩(wěn)給水泵電流和流量的作用。

1.2 系統(tǒng)共振

引起電流抖動(dòng)的原因有：電流信號(hào)受到干擾、電機(jī)故障以及系統(tǒng)共振。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)排查，前2個(gè)原因基本可以排除，主要原因可能是改造后給水泵勺管傳動(dòng)部分在某種工況下與某些因素產(chǎn)生了共振，從而引起電流抖動(dòng)。從汽包水位控制角度來說，2號(hào)給水泵改造后電流仍出現(xiàn)抖動(dòng)是在機(jī)組負(fù)荷80 MW、勺管開度約70%時(shí)，此時(shí)汽包水位控制系統(tǒng)已處于三沖量水位控制，影響給水泵調(diào)節(jié)指令的因素有汽包水位、主蒸汽流量和給水流量。這3個(gè)信號(hào)在機(jī)組正常運(yùn)行過程中會(huì)有一定的波動(dòng)，在PID控制器的作用下，使勺管指令進(jìn)入機(jī)械傳動(dòng)共振點(diǎn)。因此必須尋找避開共振點(diǎn)的方法，使汽包水位、主蒸汽流量和給水流量對(duì)勺管指令的影響更加平緩。

2 控制優(yōu)化方案

2.1 調(diào)節(jié)特性控制優(yōu)化

調(diào)節(jié)特性控制優(yōu)化的具體方法是在汽包水位三沖量副調(diào)節(jié)器出口增加一個(gè)函數(shù)模塊，目的是使三沖量副調(diào)節(jié)器送出的給水泵勺管開度指令更加線性化，在勺管開度65%～70%區(qū)間內(nèi)的調(diào)節(jié)特性曲線更加平緩。控制優(yōu)化原理見圖3。

其中調(diào)節(jié)特性優(yōu)化函數(shù)f1（x）的具體參數(shù)可以由2號(hào)給水泵調(diào)節(jié)特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)反推算得出。由于1號(hào)給水泵和2號(hào)給水泵在機(jī)組運(yùn)行時(shí)為一用一備關(guān)系，2臺(tái)給水泵在汽包三沖量控制回路中采用同一套PID調(diào)節(jié)器參數(shù)，所以2號(hào)給水泵調(diào)節(jié)特性要盡可能與1號(hào)給水泵調(diào)節(jié)特性一致，數(shù)據(jù)反推算時(shí)也要參考1號(hào)給水泵的調(diào)節(jié)特性。進(jìn)行數(shù)據(jù)反推算后，得出2號(hào)給水泵調(diào)節(jié)特性優(yōu)化函數(shù)的具體參數(shù)（見表2）。

圖2 優(yōu)化前后2號(hào)給水泵調(diào)節(jié)特性對(duì)比曲線

圖3 優(yōu)化后汽包水位控制原理

調(diào)節(jié)特性優(yōu)化后的特性曲線見圖2。

可以看出，在調(diào)節(jié)特性優(yōu)化函數(shù)的作用下，2號(hào)給水泵調(diào)節(jié)特性曲線變得更加平緩，線性度更好，特別是勺管開度在65%～70%區(qū)間時(shí)，泵出口流量變化較平緩，有利于穩(wěn)定給水泵電流。

2.2 三沖量信號(hào)優(yōu)化處理

三沖量信號(hào)控制優(yōu)化的目的是使汽包水位、主蒸汽流量和給水流量信號(hào)對(duì)勺管指令的影響更加平緩。由于汽包水位在進(jìn)入控制系統(tǒng)前已經(jīng)作了濾波防抖動(dòng)處理，故只需要對(duì)主蒸汽流量和給水流量進(jìn)行處理。如圖3所示，分別在主蒸汽流量和給水流量進(jìn)入控制回路前增加一階慣性環(huán)節(jié)LLAG，可起到使信號(hào)平緩、防止波動(dòng)的作用。

主蒸汽流量作為三沖量調(diào)節(jié)器的前饋環(huán)節(jié)，對(duì)三沖量副調(diào)節(jié)器的影響比較大。對(duì)主蒸汽流量信號(hào)采用一階慣性環(huán)節(jié)處理后，減弱了主蒸汽流量自身波動(dòng)或突變對(duì)副調(diào)節(jié)器的影響。給水流量在三沖量副調(diào)節(jié)器中是被調(diào)量，流量信號(hào)的波動(dòng)將直接影響調(diào)節(jié)器的輸出，即給水泵勺管開度指令。對(duì)給水流量信號(hào)采用一階慣性環(huán)節(jié)處理，減弱了給水流量信號(hào)波動(dòng)對(duì)給水泵勺管開度指令的影響。通過試驗(yàn)，最終確定2個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)的慣性時(shí)間參數(shù)為3 s。

三沖量副調(diào)節(jié)器增加前饋優(yōu)化環(huán)節(jié)f2（x），前饋優(yōu)化環(huán)節(jié)輸入信號(hào)為經(jīng)過一階慣性處理后的主蒸汽流量，反映機(jī)組實(shí)際負(fù)荷。f2（x）為不同負(fù)荷下對(duì)應(yīng)的給水泵勺管開度指令函數(shù)。三沖量副調(diào)節(jié)器增加前饋優(yōu)化環(huán)節(jié)后，能夠更快更準(zhǔn)確地響應(yīng)機(jī)組負(fù)荷的變化。

3 實(shí)施效果

利用2號(hào)機(jī)組調(diào)停檢修機(jī)會(huì)，在相應(yīng)DCS控制回路中實(shí)施了上述控制優(yōu)化方案。經(jīng)過優(yōu)化后，2號(hào)給水泵調(diào)節(jié)特性變得更加線性和平緩，三沖量信號(hào)也減弱了自身抖動(dòng)對(duì)給水泵勺管開度指令的影響。經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行實(shí)踐，2號(hào)給水泵投入運(yùn)行時(shí)在機(jī)組大幅度升降負(fù)荷以及日常運(yùn)行過程中均未發(fā)現(xiàn)給水泵電流、給水流量、汽包水位大幅波動(dòng)的現(xiàn)象。圖4為相同的負(fù)荷變動(dòng)工況下，2號(hào)給水泵在優(yōu)化方案實(shí)施前后的調(diào)節(jié)效果對(duì)比。

圖42號(hào)給水泵優(yōu)化方案實(shí)施前后調(diào)節(jié)效果對(duì)比

表22號(hào)給水泵調(diào)節(jié)特性優(yōu)化函數(shù)參數(shù)

4 結(jié)語

針對(duì)130 MW機(jī)組電泵電流抖動(dòng)問題，提出基于熱工控制優(yōu)化的解決方法，能夠有效解決機(jī)械原因引起的問題。本文提出的基于熱工控制優(yōu)化的解決方法實(shí)施簡(jiǎn)單，無需投入過多的人力物力，提高了機(jī)組的可靠性，對(duì)解決類似問題有一定參考意義。

[1]DL/T 657-2006火力發(fā)電廠模擬量控制系統(tǒng)驗(yàn)收測(cè)試規(guī)程[S].北京：中國(guó)電力出版社，2006.

[2]朱北恒.火電廠熱工自動(dòng)化系統(tǒng)試驗(yàn)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006.

[3]成福龍.調(diào)速給水泵液力耦合器凸輪的功效和特性[J].華東電力，1998（9）∶28-31.