火電機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)泵門聯(lián)鎖邏輯優(yōu)化

李世波，蔣昇，楊振宇，王洪凱

（1.遼寧調(diào)兵山煤矸石發(fā)電有限責(zé)任公司，遼寧鐵嶺，112700；2.遼寧東科電力有限公司，遼寧沈陽(yáng)，110000）

1　循環(huán)水系統(tǒng)概述

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)是以水作為冷卻介質(zhì)，并循環(huán)使用的一種冷卻水系統(tǒng)。主要由水塔、水泵和管道組成。在凝汽器中，循環(huán)水將汽輪機(jī)排汽冷凝下來(lái)，帶走蒸汽放出的汽化潛熱，并因此在凝汽器中形成高度真空，從而降低了汽輪機(jī)的排汽壓力，使汽輪機(jī)的理想焓降增大，功率增加[1]。

循環(huán)水控制系統(tǒng)的主要受控設(shè)備為循環(huán)水泵。每臺(tái)機(jī)組常規(guī)設(shè)計(jì)兩臺(tái)100%出力循環(huán)水泵，生產(chǎn)期間采用一運(yùn)一備方式運(yùn)行。在系統(tǒng)倒泵或事故處理期間，會(huì)存在兩臺(tái)循環(huán)水泵同時(shí)運(yùn)行的工況。正常運(yùn)行狀態(tài)下，兩臺(tái)機(jī)組之間循環(huán)水泵不交叉使用。在事故情況下，可通過(guò)聯(lián)絡(luò)門實(shí)現(xiàn)交叉運(yùn)行。

國(guó)內(nèi)火力發(fā)電廠200MW及以上機(jī)組均不同程度存在循環(huán)水泵經(jīng)濟(jì)性偏低的問(wèn)題,主要是因?yàn)檠h(huán)水泵的運(yùn)行工況點(diǎn)嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)點(diǎn)。此外，由于季節(jié)溫差大,日常出現(xiàn)開(kāi)1臺(tái)流量不夠,開(kāi)2臺(tái)流量過(guò)大的情況,既浪費(fèi)大量電能又浪費(fèi)水資源,致使廠用電率高[2]。因此，選擇合適的高低速切換泵，是現(xiàn)今循環(huán)水系統(tǒng)減電耗，提效率的主要手段。

2　泵門聯(lián)鎖控制策略介紹

2.1　循環(huán)水泵控制策略

循環(huán)水泵除溫度、水位、循環(huán)水水路通道建立、無(wú)跳閘條件這些常規(guī)啟動(dòng)允許條件外，需保證啟動(dòng)前出口液控蝶閥在關(guān)閉位。

在啟泵過(guò)程中，泵門動(dòng)作方式受首臺(tái)、次臺(tái)啟動(dòng)工況的不同而有所差別。在首臺(tái)啟動(dòng)時(shí)，為防止憋泵，需在出口液控蝶閥達(dá)到指定開(kāi)度時(shí)，再啟動(dòng)循環(huán)水泵；在次臺(tái)啟動(dòng)時(shí)，為防止管道內(nèi)水倒灌，造成次臺(tái)泵倒轉(zhuǎn)，因此需要在啟泵同時(shí)開(kāi)啟出口液控蝶閥。

停泵時(shí)，也需要考慮兩種情況：一是正常停泵時(shí)，需在出口液控蝶閥關(guān)閉至指定開(kāi)度時(shí)，觸發(fā)停泵指令；而當(dāng)存在保護(hù)跳閘條件時(shí)，則需要在關(guān)閉出口閥同時(shí)停止循環(huán)水泵。

對(duì)于循環(huán)水泵的跳閘條件，需考慮兩種情況：一是在循環(huán)水泵啟動(dòng)后，如果出口液控蝶閥關(guān)閉，則需停止循環(huán)水泵；二是作為次臺(tái)泵啟動(dòng)時(shí)，因啟泵開(kāi)門同時(shí)進(jìn)行，因此需考慮到出口液控蝶閥打開(kāi)失敗時(shí)，需要停止循環(huán)水泵。

2.2　循環(huán)水泵出口液控蝶閥控制策略

對(duì)于循環(huán)水泵出口液控蝶閥，其開(kāi)關(guān)需考慮循環(huán)水泵的啟停及過(guò)程狀態(tài)的變化。只有充分考慮到循環(huán)水泵各個(gè)運(yùn)行狀態(tài)點(diǎn)對(duì)循環(huán)水泵出口液控蝶閥開(kāi)關(guān)狀態(tài)的需求，才能夠?qū)崿F(xiàn)循環(huán)水泵投退的合理性和安全性。

循環(huán)水系統(tǒng)出口液控蝶閥在循泵啟動(dòng)前需在關(guān)閉位，這也是循環(huán)水泵的啟動(dòng)允許條件。在循環(huán)水泵啟動(dòng)指令觸發(fā)時(shí)，無(wú)論循泵作為首臺(tái)還是次臺(tái)啟動(dòng)，均應(yīng)聯(lián)動(dòng)打開(kāi)出口液控蝶閥。在循環(huán)水泵停運(yùn)、循環(huán)水泵跳閘以及循環(huán)水泵啟動(dòng)失敗時(shí)，為保證系統(tǒng)的有效退出，均需要聯(lián)鎖關(guān)閉出口液控蝶閥。

根據(jù)電廠的實(shí)際需求，可設(shè)計(jì)聯(lián)鎖停止出口液控蝶閥的設(shè)計(jì)方式，即在循泵出口液控蝶閥打開(kāi)至啟泵指定開(kāi)度時(shí)，自動(dòng)將出口液控蝶閥停止在當(dāng)前位置，待運(yùn)行人員確認(rèn)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，再手動(dòng)打開(kāi)出口液控蝶閥至全開(kāi)位。

3　泵門聯(lián)鎖邏輯組態(tài)說(shuō)明

3.1　循環(huán)水泵相關(guān)邏輯組態(tài)

循環(huán)水泵啟動(dòng)允許條件中需加入循環(huán)水泵出口液控蝶閥全關(guān)條件。

循環(huán)水泵跳閘條件中需增加兩條：一是在循泵啟動(dòng)后，如果出口液控蝶閥關(guān)閉，則需停止循環(huán)水泵。此條組態(tài)需用循環(huán)水泵合閘作為啟動(dòng)判據(jù)，當(dāng)循環(huán)水泵合閘30秒后，開(kāi)始啟動(dòng)此條保護(hù)。二是需要考慮次臺(tái)泵啟動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)出口液控蝶閥打開(kāi)失敗時(shí)，需要停止循環(huán)水泵。其設(shè)計(jì)理念是當(dāng)作為次臺(tái)泵啟動(dòng)時(shí)，需要在啟泵的同時(shí)打開(kāi)出口液控蝶閥，這與首臺(tái)啟動(dòng)時(shí)需要先打開(kāi)出口液控蝶閥至指定開(kāi)度再開(kāi)啟循泵不同的是，啟泵后液控蝶閥是否實(shí)際開(kāi)啟并無(wú)后繼判斷。因此為確保次臺(tái)泵啟動(dòng)的安全性，需考慮次臺(tái)泵啟動(dòng)時(shí)，出口液控蝶閥打開(kāi)故障的后繼操作。因此加入此條保護(hù)邏輯。當(dāng)次臺(tái)泵啟泵指令觸發(fā)后，啟泵指令聯(lián)鎖打開(kāi)出口液控蝶閥，同時(shí)驅(qū)動(dòng)計(jì)時(shí)。在一定時(shí)間內(nèi)，如液控蝶閥指定開(kāi)度反饋未觸發(fā)，則認(rèn)為出口液控蝶閥開(kāi)啟失敗，需要跳閘已運(yùn)行的循環(huán)水泵，起到對(duì)系統(tǒng)的保護(hù)作用。

對(duì)于循環(huán)水泵的啟動(dòng)指令輸出，需區(qū)別考慮首臺(tái)啟動(dòng)和次臺(tái)啟動(dòng)的情況。首臺(tái)啟動(dòng)時(shí)，需記錄驅(qū)動(dòng)級(jí)的輸出指令，此指令首先聯(lián)動(dòng)開(kāi)啟出口液控蝶閥，當(dāng)出口液控蝶閥開(kāi)至指定開(kāi)度后，方實(shí)際輸出循環(huán)水泵啟動(dòng)指令。次臺(tái)啟動(dòng)時(shí)，可用另臺(tái)泵運(yùn)行狀態(tài)作為次臺(tái)啟動(dòng)判據(jù)，當(dāng)另臺(tái)泵運(yùn)行時(shí)，驅(qū)動(dòng)級(jí)輸出指令除聯(lián)鎖開(kāi)啟出口液控蝶閥外，經(jīng)另臺(tái)泵運(yùn)行判據(jù)后，直接觸發(fā)循環(huán)水泵啟動(dòng)指令。在此條件下，需考慮到運(yùn)行泵跳閘聯(lián)鎖開(kāi)啟備用泵的情況，因運(yùn)行泵跳閘聯(lián)啟備用泵從運(yùn)行角度講，需要迅速補(bǔ)充出力，因此需視為次臺(tái)啟動(dòng)。為防止運(yùn)行泵跳閘時(shí)運(yùn)行狀態(tài)消失導(dǎo)致的次臺(tái)泵啟動(dòng)判據(jù)失去的情況，需在另臺(tái)泵運(yùn)行條件后增加延時(shí)斷開(kāi)模塊，使判據(jù)中運(yùn)行信號(hào)的失去滯后一定時(shí)間，目的是用于聯(lián)鎖啟動(dòng)備用泵條件的有效輸出。

對(duì)于循環(huán)水泵的停止條件，也同樣需要考慮兩種情況。正常停泵期間，停泵指令首先聯(lián)鎖關(guān)閉出口液控蝶閥，當(dāng)出口液控蝶閥關(guān)閉至指定開(kāi)度后，方實(shí)際輸出循環(huán)水泵停止指令。當(dāng)存在跳閘條件時(shí)，則直接輸出循環(huán)水泵停止指令，實(shí)現(xiàn)快速停泵，防止對(duì)設(shè)備造成損壞。

3.2　出口液控蝶閥相關(guān)邏輯組態(tài)

出口液控蝶閥聯(lián)鎖打開(kāi)條件較為簡(jiǎn)潔：當(dāng)循環(huán)水泵啟動(dòng)指令觸發(fā)時(shí)，無(wú)論是首臺(tái)啟動(dòng)還是次臺(tái)啟動(dòng)，均聯(lián)鎖打開(kāi)出口液控蝶閥。聯(lián)鎖關(guān)閉邏輯則需要充分考慮循環(huán)水泵各狀態(tài)下的需求，需分如下三種狀況考慮：一是啟泵失敗時(shí)；二是正常停泵時(shí)；三是循泵跳閘時(shí)。上述任一情況出現(xiàn)時(shí)，均需聯(lián)鎖關(guān)閉出口液控蝶閥。

根據(jù)運(yùn)行要求，可能存在首臺(tái)泵啟動(dòng)時(shí)，出口液控蝶閥達(dá)到指定開(kāi)度聯(lián)鎖啟泵后，出口液控蝶閥需停在當(dāng)前位置，待運(yùn)行人員巡檢后，再手動(dòng)開(kāi)啟出口蝶閥。此條件的設(shè)計(jì)，需要使用另臺(tái)循泵的停止?fàn)顟B(tài)來(lái)判斷本臺(tái)泵為首臺(tái)啟動(dòng)，用出口液控蝶閥指定開(kāi)度反饋量作為閥門聯(lián)鎖停止的判據(jù)。此外，需要考慮聯(lián)鎖啟動(dòng)時(shí)，出口液控蝶閥應(yīng)按次臺(tái)啟動(dòng)設(shè)計(jì)不采取中停。因此需要用循泵聯(lián)鎖啟動(dòng)條件作為屏蔽條件。綜上所述，由三個(gè)條件綜合判斷后，觸發(fā)聯(lián)鎖停止指令。

4　靜態(tài)調(diào)試問(wèn)題分析及優(yōu)化

4.1　調(diào)試中循泵誤跳情況分析及邏輯優(yōu)化

在調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)開(kāi)啟過(guò)程中液控蝶閥停止后，運(yùn)行人員繼續(xù)執(zhí)行開(kāi)門操作后，出現(xiàn)延時(shí)跳循環(huán)水泵的情況。對(duì)邏輯進(jìn)行審查發(fā)現(xiàn)：次臺(tái)啟動(dòng)出口液控蝶閥打開(kāi)失敗的驅(qū)動(dòng)計(jì)時(shí)條件，取的是出口液控蝶閥的開(kāi)門指令。這導(dǎo)致啟動(dòng)成功后，在中停位繼續(xù)打開(kāi)出口蝶閥時(shí)，將再次驅(qū)動(dòng)計(jì)時(shí)器，但開(kāi)度反饋節(jié)點(diǎn)卻無(wú)法再次觸發(fā)，因此導(dǎo)致時(shí)間到達(dá)后無(wú)節(jié)點(diǎn)反饋觸發(fā)誤跳。針對(duì)此問(wèn)題，對(duì)原有邏輯進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整：鑒于此條保護(hù)僅在啟泵時(shí)有效，因此驅(qū)動(dòng)計(jì)時(shí)條件改為選取啟泵指令。這就有效的排除了后繼對(duì)出口液控蝶閥的調(diào)整造成的誤跳情況的發(fā)生。

4.2　調(diào)試中液控蝶閥打開(kāi)卡頓情況分析及邏輯優(yōu)化

在調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，首臺(tái)啟動(dòng)時(shí)，出口液控蝶閥達(dá)到指定開(kāi)度觸發(fā)中停后，再次發(fā)出打開(kāi)指令時(shí)會(huì)立即出現(xiàn)中停，三至五次自動(dòng)停止后，方能夠?qū)崿F(xiàn)平滑開(kāi)啟。通過(guò)對(duì)設(shè)備及邏輯的審查發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因是就地指定開(kāi)度節(jié)點(diǎn)為磁感式，在開(kāi)啟過(guò)程中的一段行程內(nèi)均會(huì)觸發(fā)此信號(hào)。因此導(dǎo)致打開(kāi)時(shí)，在行程范圍內(nèi)節(jié)點(diǎn)信號(hào)頻繁觸發(fā)導(dǎo)致中停，即體現(xiàn)為閥門打開(kāi)過(guò)程中存在卡頓現(xiàn)象。

圖1　循環(huán)水泵電機(jī)保護(hù)跳閘邏輯

圖2　循泵出口液控蝶閥聯(lián)鎖邏輯

圖3　優(yōu)化后循環(huán)水泵電機(jī)保護(hù)跳閘邏輯

圖4　優(yōu)化后循泵出口液控蝶閥聯(lián)鎖邏輯

因就地限位開(kāi)關(guān)無(wú)法進(jìn)行精度調(diào)整，因此在邏輯中增加中停使能判據(jù)：取本臺(tái)循泵的分閘狀態(tài)作為使能判據(jù)，當(dāng)循泵在分閘狀態(tài)時(shí)，則原設(shè)計(jì)中停邏輯有效，當(dāng)循泵啟動(dòng)后，將自動(dòng)屏蔽此中停邏輯。這就有效的解決了后繼開(kāi)啟過(guò)程中體現(xiàn)的卡頓現(xiàn)象。鑒于首臺(tái)啟動(dòng)時(shí)，指定開(kāi)度節(jié)點(diǎn)觸發(fā)的同時(shí)將聯(lián)鎖啟動(dòng)循環(huán)水泵，為防止掃描周期內(nèi)執(zhí)行順序?qū)壿嬤\(yùn)算造成的影響，將本臺(tái)循泵分閘狀態(tài)這一判據(jù)采取1秒延時(shí)斷開(kāi)處理，目的是防止時(shí)序不匹配造成的無(wú)法中停情況的出現(xiàn)。

經(jīng)優(yōu)化調(diào)整后，完成最終組態(tài)。經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行檢驗(yàn)，此套邏輯能夠?qū)崿F(xiàn)循環(huán)水系統(tǒng)泵門聯(lián)鎖的全程控制，控制策略嚴(yán)謹(jǐn)，控制邏輯正確，控制效果優(yōu)秀。

5　結(jié)論

循環(huán)水系統(tǒng)是火力發(fā)電廠一個(gè)獨(dú)立的、對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性有較大影響的系統(tǒng)，循環(huán)水泵（循泵）所耗用的電能約占電廠總發(fā)電量的1%-1.5%[3]。作為火電機(jī)組的重要分系統(tǒng)，其核心控制邏輯就在于循環(huán)水泵與出口液控蝶閥之間的聯(lián)鎖保護(hù)。

本文結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，結(jié)合系統(tǒng)運(yùn)行的工藝要求，全面分析各工況下泵門之間的聯(lián)鎖關(guān)系，細(xì)化各狀態(tài)下的控制策略，縝密搭建控制邏輯并通過(guò)專業(yè)的調(diào)試試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題。最終得出一套安全可靠、全面實(shí)用的控制邏輯。并在實(shí)際生產(chǎn)中取得了良好的使用效果。