超(超)臨界火電機(jī)組給水自動(dòng)切換控制研究

曹浩，李明，謝國鴻，蔣伯華

(國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長沙410007)

超(超)臨界火電機(jī)組給水自動(dòng)切換控制研究

曹浩，李明，謝國鴻，蔣伯華

(國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長沙410007)

進(jìn)行了超(超)臨界汽輪發(fā)電機(jī)組智能控制系統(tǒng)給水自動(dòng)切換控制研究，提出了給水智能切換需滿足的條件及切換策略。并在國電哈密電廠2×660 MW工程中成功實(shí)現(xiàn)了給水自動(dòng)切換功能，給水自動(dòng)切換過程參數(shù)穩(wěn)定，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

智能啟機(jī)；給水；自動(dòng)切換；超(超)臨界

超(超)臨界機(jī)組發(fā)電技術(shù)具有良好的低污染及節(jié)能效果，近年來，我國的超(超)臨界機(jī)組在國內(nèi)火電裝機(jī)容量占比已經(jīng)超過20%，且隨著近幾年電力建設(shè)的逐步推進(jìn)，這一比重將會(huì)越來越高。由于超(超)臨界機(jī)組設(shè)備數(shù)量多，運(yùn)行參數(shù)高，被控參數(shù)耦合特性復(fù)雜，工藝系統(tǒng)關(guān)聯(lián)性趨于更加緊密，運(yùn)行工況轉(zhuǎn)變更為快速，如果單靠人工操作，需要運(yùn)行人員具有較高的技術(shù)水平和全局控制觀念，難度較大。而且超(超)臨界機(jī)組運(yùn)行涉及大量設(shè)備啟停切換、參數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整，使操作人員在限定的時(shí)間內(nèi)為應(yīng)對(duì)運(yùn)行工況精神高度緊張、勞動(dòng)強(qiáng)度大、風(fēng)險(xiǎn)性大幅度提高，操作準(zhǔn)確性難以把握，容易使機(jī)組偏離最佳啟停運(yùn)行曲線，導(dǎo)致機(jī)組啟停時(shí)間變長，效率降低，甚至危及設(shè)備安全。因此在超(超)臨界機(jī)組運(yùn)行過程中采用智能控制系統(tǒng)(thermai power unit intelligent control system，簡稱PIC)具有重要意義。PIC控制基本原則是將電廠運(yùn)行規(guī)程轉(zhuǎn)化為邏輯組態(tài)，其流程嚴(yán)格遵循規(guī)程步驟，控制參數(shù)嚴(yán)格滿足規(guī)程要求，保證了設(shè)備操作的過程嚴(yán)謹(jǐn)，極大避免運(yùn)行人員誤操作可能，降低人員強(qiáng)度，提高設(shè)備安全性。

超(超)臨界機(jī)組智能啟機(jī)過程中給水自動(dòng)切換屬于危險(xiǎn)性較大的操作，對(duì)機(jī)組運(yùn)行影響很大，稍有不慎就會(huì)引起給水流量大幅波動(dòng)、主汽溫度大幅變化，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全運(yùn)行，甚至導(dǎo)致非計(jì)劃停運(yùn)。即使是熟練的運(yùn)行人員，由于需要監(jiān)視的測(cè)點(diǎn)、進(jìn)行的操作較多而使得并泵時(shí)間增長，影響機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。因此，智能啟機(jī)過程給水智能切換控制技術(shù)是PIC控制中的關(guān)鍵點(diǎn)之一，對(duì)滿足多個(gè)階段給水自動(dòng)需求，保證給水流量在各個(gè)階段切換中相對(duì)穩(wěn)定，并縮短切換的時(shí)間具有極其重要的意義。

本文結(jié)合國電哈密電廠2×660 MW超超臨界機(jī)組中的2號(hào)機(jī)組對(duì)智能啟機(jī)過程給水自動(dòng)切換控制技術(shù)進(jìn)行了研究。該電廠2臺(tái)機(jī)組共用1臺(tái)30%容量電動(dòng)給水泵組，由電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)給水泵。每臺(tái)機(jī)組各配置1臺(tái)100%容量的汽動(dòng)給水泵組。機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，先通過電動(dòng)給水泵往鍋爐供水，當(dāng)負(fù)荷升高到一定值時(shí)，適時(shí)切換至汽動(dòng)給水泵上水?；诮o水手動(dòng)切換存在操作復(fù)雜、涉及參數(shù)眾多、危險(xiǎn)性較高等因素，文中將通過設(shè)計(jì)智能給水切換控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)智能啟機(jī)過程給水自動(dòng)切換。

1 給水智能切換控制策略

1.1 給水智能切換控制要求

智能啟機(jī)過程中，給水智能切換控制技術(shù)需要滿足各階段的控制需求。

1)低負(fù)荷運(yùn)行階段。保證電泵工作在安全區(qū)，采用電泵定速，由給水旁路調(diào)節(jié)閥控制流量，使總給水流量滿足最小流量的需求；

2)給水旁路自動(dòng)切為主路階段。隨著給水流量需求的逐步增大，給水旁路調(diào)節(jié)閥開度也逐漸開大，此時(shí)需要打開主給水電動(dòng)門，并切換為由電泵來控制給水流量；

3)汽泵并入電泵階段。電泵一般只有30%～50%的容量，因此在一定負(fù)荷條件下，需要自動(dòng)完成汽動(dòng)給水泵掛閘升速、與電泵并泵、電泵自動(dòng)退泵等操作。

1.2 給水智能切換控制解決策略

一般來說，給水泵并泵可以分為電泵運(yùn)行時(shí)首臺(tái)汽泵并入、汽泵運(yùn)行時(shí)第2臺(tái)汽泵并入、1臺(tái)汽泵運(yùn)行時(shí)電泵并入3種情況，其并泵思路與過程均基本類似。文中以2號(hào)機(jī)組為例來進(jìn)行闡述，該機(jī)組是典型的“電泵運(yùn)行時(shí)汽泵并入”，配備的是不可調(diào)速電泵。

并泵前，系統(tǒng)調(diào)用“并入汽泵、退出電泵”子功能組。功能組啟動(dòng)需滿足以下條件。

1)機(jī)組功率＞125 MW；2)機(jī)組功率穩(wěn)定；3)給水旁路調(diào)節(jié)閥自動(dòng)；4)主給水電動(dòng)閥未開；5)電泵運(yùn)行且電泵再循環(huán)調(diào)節(jié)閥自動(dòng)；6)電動(dòng)給水泵出口電動(dòng)門開；7)汽泵在遙控位；8)汽泵未出力；9)汽泵再循環(huán)調(diào)節(jié)閥＞90%；10)汽泵轉(zhuǎn)速偏差穩(wěn)定。

上述條件若滿足，則執(zhí)行步序流程，如圖1所示。

圖1 智能給水切換流程圖

開始并泵后，汽泵按升速曲線向目標(biāo)值進(jìn)行升速，直到汽泵出口壓力與給水操作臺(tái)前壓力的差值絕對(duì)值不超過0.3 MPa，停止升速。然后緩慢開啟汽泵出口電動(dòng)門至全開位。開門后，判斷汽泵是否出力，“汽泵已出力”條件為:開出口門前汽泵入口流量大于300 t/h，且汽泵出口壓力與給水操作臺(tái)前壓力的差值大于0.4 MPa。若條件不滿足，則汽泵繼續(xù)按照升速曲線向目標(biāo)值升速，直到“汽泵已出力”條件滿足后停止升速。此時(shí)汽泵仍為手動(dòng)，電泵再循環(huán)調(diào)節(jié)閥切手動(dòng)，用2 min左右全開。然后緩慢關(guān)閉電泵出口門直至全關(guān)，并汽泵退電泵流程結(jié)束。并泵過程中，汽泵再循環(huán)調(diào)節(jié)閥保持全開，到300 MW左右再投自動(dòng)。

以上過程中，運(yùn)行人員隨時(shí)可以按下停止按鈕，以結(jié)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。

2 給水智能切換現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)

該機(jī)組給水智能切換控制系統(tǒng)中，PIC智能啟機(jī)系統(tǒng)處于升負(fù)荷階段，負(fù)荷升至145 MW且滿足1.2節(jié)所述各條件，開始進(jìn)行并入汽泵退出電泵操作。

圖2為2號(hào)機(jī)組并泵過程各相關(guān)參數(shù)趨勢(shì)圖。

圖2 并汽泵退電泵過程相關(guān)參數(shù)趨勢(shì)圖

從圖2可以看出，整個(gè)自動(dòng)并泵過程給水平臺(tái)出水壓力變化穩(wěn)定，給水流量波動(dòng)較小，完全滿足運(yùn)行要求。

3 結(jié)論

通過研究超(超)臨界機(jī)組智能啟機(jī)過程給水智能切換控制策略，提出具體的自動(dòng)給水切換的要求及切換流程，在國電哈密2×660 MW機(jī)組上首次成功實(shí)現(xiàn)了給水智能切換控制，智能切換過程平穩(wěn)可靠，參數(shù)擾動(dòng)小。智能啟機(jī)過程給水智能切換控制成功實(shí)現(xiàn)，其意義如下。

1)提高機(jī)組安全性

給水泵并泵屬于汽機(jī)側(cè)危險(xiǎn)性較大的操作，操作不當(dāng)容易引起跳機(jī)。PIC系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際機(jī)組運(yùn)行規(guī)程和經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)有針對(duì)性的特殊功能模塊，自動(dòng)、實(shí)時(shí)完成切換操作，保證運(yùn)行參數(shù)變化平穩(wěn)，大大減少了并泵工況的危險(xiǎn)性；

2)提高運(yùn)行過程經(jīng)濟(jì)性

優(yōu)化的PIC系統(tǒng)采用先進(jìn)控制算法和策略，通過將主要參數(shù)精確、穩(wěn)定地控制在運(yùn)行效率最高的數(shù)值附近，不僅是變工況操作時(shí)運(yùn)行參數(shù)平穩(wěn)，還可以最大限度地提高機(jī)組變工況運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

3)提高機(jī)組自動(dòng)化水平

自動(dòng)并泵屬于給水全程自動(dòng)的子控制系統(tǒng)，其切換的智能化可以實(shí)現(xiàn)機(jī)組給水的全程自動(dòng)控制，無需人工手動(dòng)干預(yù)，從本質(zhì)上提高了機(jī)組整體的自動(dòng)化水平和運(yùn)行效率。

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Study on automatic feedwater transition for ultra supercritical thermal power units

CAO Hao，LI Ming，XIE Guohong，JIANG Bohua
(State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China)

This paper analyzes the automatic feedwater transition of thermal power unit intelligent control system，and proposes the necessary conditions and strategies of feedwater intelligent transition.The study was used in the project of Guodian Hami Power Plant，and the trend of relative parameters during the process of transition was stable to meet the requirement.

intelligent start；feed water；automatic feedwater transition；ultra super-critical

TM621.3

B

1008-0198(2017)01-0050-02

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.01.012

曹浩(1982)，男，博士，工程師，從事方向?yàn)樾D(zhuǎn)機(jī)械故障診斷。

2016-07-22