深度調(diào)峰機(jī)組給水泵自動并泵退泵控制策略及單列運(yùn)行方式研究與應(yīng)用

白玉忠，王福寧，李志鵬

（1.國華寧東發(fā)電有限公司，寧夏 靈武 750408；2.長沙理工大學(xué)能源與動力工程學(xué)院，湖南 長沙 410114）

目前，大型火力發(fā)電機(jī)組給水調(diào)節(jié)基本均能實(shí)現(xiàn)自動控制，但給水泵并泵退泵幾乎很少實(shí)現(xiàn)自動控制。大同發(fā)電有限責(zé)任公司秦治國等根據(jù)機(jī)組工況特性完成了給水泵自動并泵、退泵控制邏輯設(shè)計(jì)，解決了機(jī)組并泵、退泵影響機(jī)組參數(shù)、安全運(yùn)行的技術(shù)問題。江蘇方天電力技術(shù)有限公司楊小龍等結(jié)合并泵中出現(xiàn)的問題，提出了自動并泵控制策略，減輕了運(yùn)行人員的操作強(qiáng)度，同時(shí)，提高了機(jī)組的自動化水平及可靠性。王錫輝等通過在電泵運(yùn)行時(shí)自動并入汽泵的控制策略，采用不同參數(shù)的折線函數(shù)生成升速率，實(shí)現(xiàn)了對并泵過程的精準(zhǔn)控制，使得并泵過程非常平穩(wěn)，減小了節(jié)流能耗和對設(shè)備的沖擊。

寧東電廠一期工程2×330MW循環(huán)流化床直接空冷機(jī)組，分別配置兩臺50%容量的電動給水泵，正常運(yùn)行時(shí)，兩臺泵同時(shí)運(yùn)行，無備用。2018 年以前，機(jī)組負(fù)荷率均在50%以上，運(yùn)行期間無須進(jìn)行并泵退泵操作，只有啟停機(jī)及單泵故障缺陷處理期間進(jìn)行并泵退泵操作。但我國新能源發(fā)電的迅猛發(fā)展，以及煤電產(chǎn)能的過剩，煤電的靈活性改造勢在必行。2017 年我廠將深度調(diào)峰提上日程，2018 年8 月兩臺機(jī)組先后實(shí)現(xiàn)30%負(fù)荷深度調(diào)峰。伴隨著深度調(diào)峰，給水泵的并泵退泵操作也將會越來越多。為徹底解放運(yùn)行人員，杜絕運(yùn)行誤操作的發(fā)生，我廠深入研究給水泵自動并泵退泵控制策略并成功實(shí)施。

另外，50%負(fù)荷以下兩臺電泵無法正常并列運(yùn)行。因此，給水泵單列運(yùn)行也是必須要解決的問題。由于我廠兩臺機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)未設(shè)置備用泵，而給水泵單列運(yùn)行存在很大的安全風(fēng)險(xiǎn)。為解決此問題，經(jīng)專業(yè)人員調(diào)研同類型電廠，提出了兩種可靠靈活的單列運(yùn)行備用方案。

目前，國內(nèi)發(fā)電機(jī)組給水泵實(shí)現(xiàn)自動并泵退泵的機(jī)組并不是很多。其控制策略主要有分級分布式閉環(huán)控制和轉(zhuǎn)速開環(huán)控制兩種方式。分級分布式閉環(huán)控制以給水泵出口流量為被調(diào)量，出口流量相等作為并泵結(jié)束條件判斷。并泵結(jié)束后，通過調(diào)整偏置調(diào)節(jié)器輸出指令來保持兩臺泵之間的出力平衡；轉(zhuǎn)速開環(huán)控制方式以給水泵轉(zhuǎn)速為被調(diào)量，轉(zhuǎn)速相等作為并泵結(jié)束條件。并泵結(jié)束后，通過調(diào)整偏置調(diào)節(jié)器輸出指令保持兩臺泵之間的出力平衡。以上兩種控制方式均未考慮給水泵在循環(huán)的動作情況。若在循環(huán)在手動狀態(tài)，將嚴(yán)重影響并泵過程，期間若備泵出力大于最小流量時(shí)，備泵再循環(huán)將快速關(guān)閉，從而導(dǎo)致給水流量和汽包水位的大幅波動，給水流量和汽包水位的波動必將影響主泵的勺管的快速動作，備泵也將同步跟隨動作，給水調(diào)整可能出現(xiàn)發(fā)散導(dǎo)致并泵過程無法順利進(jìn)行。

本文在研究以上并泵控制方式的基礎(chǔ)上，加入給水泵再循環(huán)自動控制，提出了分步式全自動程控并泵退泵策略。

1 分步式全自動程控并泵退泵策略

1.1 基本控制思路

分步式全自動程控并泵退泵策略將再循環(huán)控制加入控制。并泵過程中再循環(huán)始終自動控制，主泵閉環(huán)控制給水流量，備泵勺管指令分階段變速逼近主泵勺管指令，給水泵出口母管壓力與備泵出口壓力偏差大于0.2MPa 時(shí)快速逼近，小于0.2MPa 時(shí)慢速逼近，防止給水流量波動。當(dāng)兩臺泵勺管指令偏差小于1%時(shí)并泵結(jié)束，勺管投自動。再循環(huán)分階段變速關(guān)閉，即再循環(huán)開度小于60%時(shí)慢速關(guān)閉，開度大于60%時(shí)快速關(guān)閉，防止再循環(huán)開度影響給水流量。

1.2 給水泵并泵程序控制

第一步開出指令：開B 電泵出口電動門，脈沖3s；再循環(huán)閥手操器輸入跟蹤當(dāng)前指令（手動狀態(tài)跟蹤輸出指令，自動狀態(tài)保持當(dāng)前值），延時(shí)3s，投自動。第一步完成條件：出口電動門全開；再循環(huán)閥在自動狀態(tài)。

第二步開出指令：電泵勺管加指令（備泵勺管指令跟蹤A泵勺管指令，以每秒0.2%的速率緩慢增加；當(dāng)備泵出口壓力與母管壓差小于1MPa，以每秒0.1%的速率緩慢增加）。第二步完成條件：備泵勺管指令與A 泵勺管指令偏差小于1%。

第三步開出指令：備泵勺管投自動，延時(shí)10s。第三步完成條件：備泵勺管在自動狀態(tài)。

第四步開出指令：備泵再循環(huán)閥第二次投自動，關(guān)再循環(huán)閥（指令從當(dāng)前值減至0%，按0.2%/s 速率限制）。第四步完成條件：備泵再循環(huán)閥在自動狀態(tài)，再循環(huán)閥全關(guān)（手操器輸入跟蹤正常調(diào)節(jié)曲線,指令小于2%）。

1.3 給水泵自動退泵程序控制

第一步開出指令：備泵勺管切手動，脈沖3s。第一步完成條件：備泵勺管在手動狀態(tài)。

第二步開出指令：開B 電泵再循環(huán)（以每秒0.2%的速率緩慢開至100%）。第二步完成條件：B 電泵再循環(huán)反饋大于80%。

第三步開出指令：關(guān)B 電泵勺管至13%（以每秒0.2%的速率緩慢開至100%）第三步完成條件：B 電泵勺管開度小于15%。

2 單列運(yùn)行備用泵聯(lián)鎖方案

考慮我廠處于寧夏電網(wǎng)末端，頻率受風(fēng)電、太陽能等新能源及西北水電影響較大，AGC 調(diào)整頻繁，深度調(diào)峰參與度高。為此，我們設(shè)計(jì)了給水泵單列運(yùn)行方式下的旋轉(zhuǎn)備用事故聯(lián)鎖和停機(jī)備用事故聯(lián)鎖。

運(yùn)行人員可根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷曲線靈活選擇備用泵的為旋轉(zhuǎn)備用或停機(jī)備用方式。當(dāng)調(diào)峰深度較深且預(yù)計(jì)時(shí)間較長時(shí)，可選擇備用泵停機(jī)備用；當(dāng)調(diào)峰深度較淺且預(yù)計(jì)時(shí)間較短時(shí)，可選擇旋轉(zhuǎn)備用方式。一方面，滿足50%負(fù)荷附近快速響應(yīng)AGC 調(diào)節(jié)，保證機(jī)組安全性，另一方面，也可減少高壓電機(jī)的頻繁啟停，保證電機(jī)的安全。

2.1 備泵旋轉(zhuǎn)備用聯(lián)鎖

當(dāng)備用泵在旋轉(zhuǎn)備用狀態(tài)時(shí)，運(yùn)行人員投入備泵勺管聯(lián)鎖，備泵勺管指令跟蹤主泵勺管指令。當(dāng)主泵失去出力或跳閘故障時(shí)，備泵勺管可快速增加至主泵跳閘前一掃描周期的勺管指令并投自動，實(shí)現(xiàn)備泵勺管自動聯(lián)鎖并參與水位調(diào)整。其動作過程如下：

第一步開出指令：開備泵出口門，3s 脈沖；備泵勺管指令跟蹤主泵跳閘或失去出力前一時(shí)刻指令（跟蹤速率與備泵勺管手操器速率保持一致）備泵再循環(huán)閥指令超馳關(guān)至35%（等待10s），投自動。第一步完成條件：備泵勺管指令與主泵跳閘或失去出力前一時(shí)刻指令偏差小于2%。

第二步開出指令：備泵勺管投自動，3s 脈沖。

2.2 備泵停機(jī)備用聯(lián)鎖

當(dāng)備用泵在停機(jī)備用狀態(tài)時(shí)，運(yùn)行人員投入備泵聯(lián)鎖，備泵勺管保持最小開度。當(dāng)主泵失去出力或跳閘故障時(shí)，備泵聯(lián)鎖啟動，快速增加勺管至主泵跳閘前一掃描周期的勺管指令并投自動，實(shí)現(xiàn)備泵自動啟動并參與水位調(diào)整。其動作過程如下：

第一步開出指令：開備泵出口門，3s 脈沖；勺管開度10%，啟動備泵；備泵勺管指令跟蹤A 泵跳閘或失去出力前一時(shí)刻指令（跟蹤速率與備泵勺管手操器速率保持一致）；備泵再循環(huán)閥指令超馳關(guān)至35%（等待10s），投自動。第一步完成條件：備泵運(yùn)行且備泵勺管指令與A 泵跳閘或失去出力前一時(shí)刻指令偏差小于2%。

第二步開出指令：備泵勺管投自動，3s 脈沖。

3 節(jié)能效果評估

在50%負(fù)荷以下可實(shí)現(xiàn)單泵運(yùn)行，自動并泵退泵可在4分鐘以內(nèi)完成，汽包水位波動控制在±30mm 以內(nèi)，給水流量波動50t/h 以內(nèi)?？晒?jié)約廠用電率0.7%，兩臺機(jī)組按年發(fā)電量30 億kWh 計(jì)算，年節(jié)電量可達(dá)600 萬kWh，按上網(wǎng)電價(jià)0.237 元計(jì)算，新增利潤約146.8 萬元。

4 結(jié)語

本項(xiàng)目的實(shí)施，在無投資或小投資的情況下，火力發(fā)電機(jī)組可自行通過試驗(yàn)確定單臺給水泵的最大出力試驗(yàn)，從而確定給水泵單列運(yùn)行負(fù)荷點(diǎn)。節(jié)能效果明顯，具有很強(qiáng)的推廣價(jià)值。