基于改進(jìn)的給水泵最小流量閥控制策略

袁俊文，張富柱

（1.黑龍江省電力科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150030；2.國(guó)網(wǎng)哈爾濱供電公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

基于改進(jìn)的給水泵最小流量閥控制策略

袁俊文1，張富柱2

（1.黑龍江省電力科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150030；2.國(guó)網(wǎng)哈爾濱供電公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

介紹了給水泵系統(tǒng)最小流量閥的技術(shù)特性以及控制原則，分析了常用最小流量閥控制方法存在的問(wèn)題，提出一種改進(jìn)的最小流量閥控制方案。試驗(yàn)結(jié)果表明：采用改進(jìn)的方法控制給水泵最小流量閥，能消除流量小幅波動(dòng)對(duì)閥門(mén)開(kāi)度的影響，提高機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。

最小流量閥；控制原則；給水系統(tǒng)

1 給水泵最小流量控制系統(tǒng)分析

1.1 給水泵最小流量閥的技術(shù)分析

為了防止給水泵發(fā)生汽蝕而影響給水泵的正常安全運(yùn)行，必須滿(mǎn)足給水泵的有效汽蝕余量不小于必需汽蝕余量。給水泵的有效汽蝕余量的大小由泵自身的吸入系統(tǒng)決定，而給水泵的必需汽蝕余量的大小由泵本身的特性（結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)速、流量等）決定。二者均與給水泵的流量相關(guān)。給水泵最小流量值即為有效汽蝕余量與必需汽蝕余量等值時(shí)的流量值。因此，為了防止給水泵的入口流量小于最小流量值而造成設(shè)備的損壞，有必要利用最小流量保護(hù)裝置對(duì)給水泵入口流量進(jìn)行控制［1－3］。

1.2 給水泵最小流量閥的控制原則

最小流量閥的控制方法一方面要能克服由于給水泵入口流量的小幅波動(dòng)引起閥門(mén)的頻繁動(dòng)作，而增加閥門(mén)發(fā)生故障的概率，另一方面應(yīng)減少由于最小流量閥的頻繁動(dòng)作而引起給水流量的波動(dòng)進(jìn)而影響到鍋爐給水自動(dòng)調(diào)節(jié)。因此，最小流量閥的控制最終要能實(shí)現(xiàn)給水泵的安全可靠運(yùn)行以及整個(gè)給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定。

1.3 給水泵工作安全區(qū)［4］

給水泵壓力—流量特性如圖1所示。為了保證鍋爐和泵的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，泵必須工作在泵的上限特性Qmin、下限特性Qmax、鍋爐允許最高給水壓力Pmax和最低給水壓力Pmin以及泵的最高轉(zhuǎn)速nmax和最低轉(zhuǎn)速nmin包圍的區(qū)域，該區(qū)域稱(chēng)為泵的安全工作區(qū)。在給水流量控制的過(guò)程中必須保證泵的工作點(diǎn)在安全工作區(qū)內(nèi)：當(dāng)工作點(diǎn)進(jìn)入上限特性曲線(xiàn)之外時(shí)，打開(kāi)泵出口至除氧器再循環(huán)管上的最小流量再循環(huán)閥；當(dāng)工作點(diǎn)進(jìn)入下限特性曲線(xiàn)之外時(shí)，關(guān)小管路的給水調(diào)節(jié)閥，提高給水泵轉(zhuǎn)速。

圖1 給水泵壓力－流量特性曲線(xiàn)

2 改進(jìn)的最小流量閥控制策略

2.1 間隙特性函數(shù)理論

2.1.1 函數(shù)的間隙特性［5］

間隙特性是實(shí)際系統(tǒng)中常見(jiàn)的非線(xiàn)性因素，為非單值函數(shù)y＝f（x）：

y分段確定增益，其間隙特性見(jiàn)圖2。

圖2 回滯函數(shù)間隙特性曲線(xiàn)

系統(tǒng)的跟蹤精度由于間隙特性的存在而有所降低，但間隙特性會(huì)對(duì)系統(tǒng)輸入端存在的干擾信號(hào)起到一定的抑制作用。另外，間隙特性函數(shù)的非單值性決定了函數(shù)的輸出不僅與輸入值有關(guān)，還與輸入值的方向有關(guān)。

2.1.2 間隙特性函數(shù)的確定［6］

根據(jù)給水泵的運(yùn)行安全區(qū)域以及給水泵流量保護(hù)定值確定最小流量閥的關(guān)閉方向函數(shù)F1（x）和開(kāi)啟方向函數(shù)F2（x）。隨著給水泵入口流量的增加，最小流量閥的開(kāi)度將由關(guān)閉方向函數(shù)F1（x）決定；隨著給水泵入口流量的減小，最小流量閥的開(kāi)度將由開(kāi)啟方向函數(shù)F2（x）決定。間隙特性環(huán)節(jié)由F1（x）和F2（x）組成，給水泵入口流量在該范圍內(nèi)變化時(shí)，最小流量閥開(kāi)度保持不變。最小流量閥間隙特性控制曲線(xiàn)如圖3所示。

關(guān)閉方向函數(shù)F1（x）與開(kāi)啟方向函數(shù)F2（x）表達(dá)式見(jiàn)式（2）、（3）：

圖3 最小流量閥間隙特性控制曲線(xiàn)

實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)給水泵的運(yùn)行安全區(qū)域及給水泵流量保護(hù)定值確定的關(guān)閉方向函數(shù)F1（x）應(yīng)大于最小流量閥開(kāi)啟保持特性函數(shù)，即Q2應(yīng)大于給水泵廠家提供的最小流量閥聯(lián)鎖打開(kāi)的流量值，并且保持間隙特性所需余量。Q4為給水泵廠家提供的最小流量閥聯(lián)鎖關(guān)閉的流量值。F2（x）根據(jù)給水泵各種工況入口流量測(cè)點(diǎn)的波動(dòng)值δ（x）及F1（x）來(lái)確定，其中δ（x）為給水泵入口流量測(cè)點(diǎn)的波動(dòng)值隨入口流量變化的函數(shù)，應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)測(cè)量流量測(cè)點(diǎn)在各種流量下的實(shí)際波動(dòng)值得到。

間隙特性函數(shù)由F1（x）和F2（x）組成。Q1、Q2、Q3、Q44點(diǎn)流量值選擇恰當(dāng)與否，將關(guān)系到最小流量閥動(dòng)作是否頻繁，從而是否有利于給水泵的安全運(yùn)行以及給水自動(dòng)控制的穩(wěn)定，因此適當(dāng)選擇間隙特性函數(shù)至關(guān)重要。

2.2 最小流量閥的控制邏輯

天津國(guó)投津能一期1號(hào)1 000 MW超超臨界機(jī)組給水泵最小流量閥控制邏輯如圖4所示?？刂七壿媹D中，F(xiàn)1（x）和F2（x）為間隙特性控制函數(shù)，接受給水泵入口流量信號(hào)。F1（x）和F2（x）函數(shù)輸出經(jīng)過(guò)小選大選運(yùn)算后得到最小流量閥的閥位開(kāi)度指令。函數(shù)F3（x）起到對(duì)最小流量閥保護(hù)的作用：間隙特性函數(shù)輸出的閥位開(kāi)度指令在大于20%時(shí)，函數(shù)F3（x）才會(huì)有等值輸出，控制最小流量閥的開(kāi)度。這是因?yàn)樽钚×髁块y兩側(cè)存在較大差壓（給水泵出口壓力與除氧器壓力之差），在閥門(mén)開(kāi)度小于20%時(shí)，較大差壓將對(duì)閥門(mén)閥芯產(chǎn)生強(qiáng)烈沖刷，損壞閥門(mén)。函數(shù)F3（x）輸出經(jīng)過(guò)限速作用后控制閥門(mén)的開(kāi)度。另外，控制邏輯中增加最小流量閥的保護(hù)開(kāi)和保護(hù)關(guān)邏輯，該保護(hù)優(yōu)于最小流量閥的手動(dòng)、自動(dòng)控制［7］。

圖4 給水泵最小流量閥控制邏輯

3 試驗(yàn)分析

將間隙特性函數(shù)控制策略應(yīng)用于天津國(guó)投津能一期1號(hào)1 000 MW超超臨界機(jī)組給水泵最小流量閥的控制，控制過(guò)程曲線(xiàn)如圖5所示。

給水泵的額定流量為1 400 t／h，給水泵要求入口流量小于500 t／h時(shí)打開(kāi)最小流量循環(huán)閥，入口流量大于700 t／h時(shí)關(guān)閉最小流量循環(huán)閥。由圖5可以看出，改進(jìn)的控制方法能實(shí)現(xiàn)最小流量閥的自動(dòng)控制，在給水泵入口流量小于520 t／h或大于700 t／h時(shí)，最小流量閥能保持打開(kāi)或關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)給水泵入口流量在520～700 t／h時(shí)，間隙特性函數(shù)能較好地控制給水泵入口流量小幅波動(dòng)對(duì)最小流量閥的影響。

圖5 間隙特性函數(shù)控制的最小流量閥開(kāi)度變化曲線(xiàn)

4 結(jié)束語(yǔ)

給水泵最小流量閥對(duì)超超臨界機(jī)組給水系統(tǒng)的正常運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。運(yùn)行結(jié)果表明，采用間隙特性函數(shù)控制給水泵最小流量閥開(kāi)度可靠，不僅能夠保證給水泵的安全運(yùn)行，而且能有效降低給水泵發(fā)生汽蝕的可能性。

［1］阮大偉.給水泵最小流量的技術(shù)分析及其控制系統(tǒng)改造［J］.熱力發(fā)電，1999，11（4）：55－57.

［2］燕洪明.670 MW機(jī)組最小流量閥改造［J］.東北電力技術(shù)，2014，35（8）：20－21.

［3］費(fèi)萬(wàn)臣.清河電廠8號(hào)機(jī)給水泵熱工保護(hù)回路的改進(jìn)［J］.東北電力技術(shù)，1995，16（5）：34－36.

［4］林文孚，胡 燕.單元機(jī)組自動(dòng)控制技術(shù)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2008.

［5］胡壽松.自動(dòng)控制原理［M］.北京：科學(xué)出版社，2007.

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［7］賴(lài)加良，戈黎紅.超臨界機(jī)組給水泵最小流量控制方法的改進(jìn)［J］.發(fā)電設(shè)備，2009，23（5）：358－360.

Control Strategy on Minimum Flow Valve of Water Supply Pump Based on Improvement

YUAN Jun?wen1，ZHANG Fu?zhu2
（1.Heilongjiang Electric Power Research Institute，Harbin，Heilongjiang 150030，China；2.State Grid Harbin Power Supply Company，Harbin，Heilongjiang 150000，China）

The technical characteristics and the control principle of minimum flow valve of the water supply pump system are intro?duced，the existing problems are analyzed，an improvement control scheme is proposed.The test results show that the minimum flow valve of water supply pump is controlled by the improvement way which can eliminate influence of small fluctuation on the valve opening and improve safe and economic operation of unit.

Improvement；Minimum flow valve；Control principle；Water supply pump system

TM621.6

A

1004－7913（2016）08－0047－03

袁俊文（1982—），男，碩士，工程師，主要從事熱工自動(dòng)化技術(shù)研究工作。

2016－06－25）