臺山電廠二期給水泵汽機應用及優(yōu)化

張應果，肖光華

(廣東國華粵電臺山發(fā)電有限公司，廣東臺山529228)

0 前言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，我國電力行業(yè)正以前所未有的速度迅速發(fā)展，尤其是技術成熟的1000MW超超臨界機組越來越多的在國內各電網(wǎng)中得到建設。對于1000MW超超臨界機組，由于其自身的一些特點:直流爐的受熱區(qū)、蒸發(fā)區(qū)與過熱區(qū)之間無固定的界限;給水經(jīng)加熱、蒸發(fā)、變成過熱蒸汽是一次性連續(xù)完成的;鍋爐的蒸發(fā)量不僅決定于燃料量，同時也決定于給水流量;直流鍋爐的協(xié)調系統(tǒng)、汽溫自動、燃燒自動、給水自動相互關聯(lián)，而給水自動則是其中的核心。因此，直流鍋爐給水泵控制顯得尤為重要。

1 設備配置及系統(tǒng)構成

國際上已運行的1000MW等級機組中，歐洲電廠多數(shù)選用1×100%汽動給水泵及啟動/備用電動給水泵。日本則多數(shù)采用2×50%汽動給水泵加一臺電動給水泵的方案。國內1000MW超超臨界機組給水泵的配置情況絕大部分與日本的配置方案相同。

臺山電廠二期2×1000MW工程結合實際情況，從系統(tǒng)可靠性角度出發(fā)，單臺機組配置2臺50%容量汽動給水泵，不再另外配置啟動電動給水泵。機組啟動時借助一期輔助蒸汽直接啟動汽動給水泵，節(jié)省了工程的初期投資，降低了廠用電率。

給水泵汽機采用杭州汽輪機股份有限公司生產的HMS500D型，單缸、單流、單軸、沖動式、純凝汽、再熱蒸汽內切換、向下排汽式汽機。額定功率(THA)16876kW，額定轉速 5316r/min，調速范圍2850 ～5636 r/min，跳閘轉速 6050 r/min，運行方式為:變參數(shù)、變功率、變轉速。啟動時采用輔助蒸汽作為其汽源;正常運行時，取自四段抽汽;備用汽源采用二段抽汽，即冷再熱蒸汽;主機負荷范圍在20%～25%時，輔助蒸汽與四段抽汽之間進行切換。

給水泵汽輪機的控制按其承擔的功能可分為以下幾個部分:

(1)MEH，即給水泵汽機數(shù)字電液調節(jié)系統(tǒng)。MEH主要完成給水泵汽機的轉速控制，從而控制給水流量。它具有鍋爐給水遙控、轉速自動、手動控制三種方式。

此外，還具有閥門試驗、跳閘試驗的功能。閥門試驗是為了保證發(fā)生事故時閥門能可靠關閉，MEH具備對高、低壓進汽門逐個進行在線試驗的功能。在進行閥門在線試驗時，給水泵汽輪機仍能正常地運行。

(2)METS，即給水泵汽機危急遮斷系統(tǒng)。當給水泵汽機超速、振動大、油壓低、真空低等保護條件滿足時，連鎖停給水泵汽機。

(3)MTSI，即給水泵汽機監(jiān)測儀表系統(tǒng)。MTSI實現(xiàn)對給水泵汽機的轉速、振動、位移等機械參數(shù)進行連續(xù)測量，并將測量結果送入控制系統(tǒng)、保護系統(tǒng)等用作控制變量及運行人員監(jiān)視的自動化系統(tǒng)。

(4)DCS中給水泵汽機輔助系統(tǒng)，主要完成對小機油等輔助系統(tǒng)的控制。

MTSI采用北京韋伯瑞華VM600系列產品，該監(jiān)測系統(tǒng)支持Modbus協(xié)議，在該通訊協(xié)議下全面支持與DCS的通訊。此外，還提供網(wǎng)絡通訊用的工業(yè)標準以太網(wǎng) TCP/IP接口，該接口既可提供VM600系統(tǒng)軟件自身用，又可提供與第三方系統(tǒng)進行通訊。送至DCS的數(shù)據(jù)不再僅是通頻振動數(shù)據(jù)，還可以根據(jù)用戶的要求對任何參數(shù)組態(tài)后送至DCS。另外，框架及模塊的狀態(tài)信息也可送至DCS。其它系統(tǒng)軟/硬件均采用和利時公司產品，由于我廠MEH、METS和DCS共用一套系統(tǒng)，故而增加了系統(tǒng)的兼容性。

2 控制策略

給水泵汽機轉速控制的目的，是通過控制給水泵轉速，從而控制給水流量。其控制方式有給水遙控、轉速自動、手動控制三種基本方式。給水遙控方式是當給水泵汽輪機轉速超過3000rpm且投遙控時，MEH將根據(jù)鍋爐給水控制系統(tǒng)的控制信號(4～20mA)來控制給水泵汽輪機轉速;轉速自動即操作員自動，是指由操作員手動設置一個目標轉速，給水泵汽機按照此目標轉速自動升速至目標值;手動控制即閥控方式，是指由操作員直接控制CV閥開度從而控制轉速。

總閥位給定值形成回路如圖1所示。由圖1可見，對于每臺給水泵，其轉速指令與實際轉速的偏差，經(jīng)PID調節(jié)給出對應給水泵進汽調節(jié)閥(CV閥)的閥位指令，通過改變CV閥閥位，從而控制進入給水泵汽機的蒸汽流量，最終達到控制其轉速的目的。

圖1 總閥位給定值形成回路

由圖1可知，給水泵汽機控制三種方式的優(yōu)先級，由高到低依次為:給水遙控、轉速自動、手動控制。當不處在給水遙控及轉速自動方式時，即處于手動控制方式下，轉速調節(jié)信號跟蹤總閥位給定，這樣確保切換到給水遙控或轉速自動方式時無擾。

給水遙控方式下“給水泵汽機轉速指令”形成回路如圖2所示。

圖2 轉速指令形成回路

從圖2可以看出，給水泵汽機轉速指令通過一個串級PID控制回路實現(xiàn)。副調節(jié)器消除兩臺給水泵的流量不平衡，主調節(jié)器消除流量偏差。此外，副調節(jié)器之后的切換回路實現(xiàn)手/自動無擾切換。在手動方式下，手操器的輸入跟蹤其輸出，切換到自動方式后，手操器的輸入由其輸出按照一定速率變化至副調節(jié)器的輸出。

圖3為A給水泵流量不平衡量DV1的形成方式，DV2與DV1相反。由圖3可見，流量不平衡內回路只有在兩臺給水泵都投自動時才有效。兩臺給水泵的入口流量差值首先經(jīng)過一個死區(qū)函數(shù)，經(jīng)系數(shù)修正后乘以一個慣性函數(shù)，最后對其進行限幅，得到流量不平衡量。死區(qū)函數(shù)的目的是為了避免出現(xiàn)小幅度的流量不平衡就對其進行調節(jié)，以防止頻繁調節(jié)對給水造成波動;限幅的目的是為了避免由于流量不平衡量過大對內回路產生過大的擾動，從而影響調節(jié)效果及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

圖3 流量不平衡形成回路

3 優(yōu)化措施

3.1 增加自動并泵邏輯

考慮到大型機組給水泵手動并泵操作風險較大，且直流爐給水流量波動對機組負荷、主汽溫度、主汽壓力、主汽流量等一系列重要參數(shù)有較大影響。結合本廠設備的實際情況，引進并優(yōu)化了自動并泵控制邏輯，從而減輕運行人員的勞動強度，降低操作風險，提高機組的自動化水平及可靠性。下面對并泵過程進行簡單介紹。

在投入并泵子環(huán)前，首先必須將主給水泵投入“給水遙控”，備用泵投入“轉速自動”。當投入并泵子環(huán)后，備用泵的轉速指令以一定的速率(100rpm/min)跟蹤主給水泵的轉速指令;隨著備用泵轉速的提高，出口壓力也將隨之提高;當備用泵的出口壓力與給水母管壓差小于2.0MPa時，自動打開備用泵的出口門。其間，為了防止備用泵出口壓力突增造成運行泵出口逆止門關閉，引起給水流量階躍性變化，熱備用泵的升速率在壓差小于2.0MPa時，也將降低為(50rpm/min);當兩臺泵的出力一致，即備用泵的出口壓力與給水母管壓差小于0.1MPa時，并泵子環(huán)自動切除。同時，利用該信號，將備用泵的轉速投入給水遙控。但此時備用泵仍未真正參與工作，因為兩臺給水泵的流量并不平衡，通過兩臺給水泵的流量平衡回路，最終將兩臺給水泵流量調平。

3.2 解決停機電磁閥長期帶電影響電磁閥壽命的問題

小機停機是通過停機電磁閥實現(xiàn)的。當停機指令開出時，停機電磁閥帶電打開，速關油壓力泄掉，從而實現(xiàn)停機。考慮到若停機時間過長時，停機電磁閥長期帶電影響電磁閥壽命，邏輯中在停機指令后引入一個5min的脈沖，即停機5min后，停機電磁閥失電，從而解決了該問題。

3.3 避免轉速指令故障導致轉速失控的問題

當小機投給水遙控時，給水泵汽輪機轉速指令來自鍋爐側的硬接線，當該接線松動、卡件通道損壞或接地等故障時會引起轉速失控。邏輯中判斷:當該點故障時，保持前一時刻的值;當該信號恢復后與實際轉速偏差在50轉以內時，按照一定速率恢復;若故障信號發(fā)生超過5min，切除給水遙控，自動切換到“轉速自動”方式。

3.4 修改其振動單點保護邏輯

單臺給水泵汽機前、后軸承振動X、Y共4個測點，原邏輯為任一測點通道正常且振動＞200μm保護停給水泵汽輪機。為避免誤動作，將邏輯修改為:X振動測點通道正常且振動＞200μm與上Y振動測點正常且振動＞125μm保護停給水泵汽輪機或者Y振動測點通道正常且振動＞200μm與上X振動測點正常且振動＞125μm保護停給水泵汽輪機。

3.5 增加小機排汽減溫器進水調節(jié)閥自動邏輯

增加“A/B汽泵排汽溫度＞80℃自動開給水泵汽機排汽減溫器進水調節(jié)閥，排汽溫度＜70℃自動關給水泵汽機排汽減溫器進水調節(jié)閥”邏輯以更好地保護凝汽器。

3.6 增加暖機自動觸發(fā)條件

為避免目標轉速設置不當，從而使加熱組件出現(xiàn)不適當?shù)乃矔r熱載荷，增加暖機自動觸發(fā)條件。邏輯如下:小機運行情況下，“目標轉速”高于暖機轉速，“給定轉速”接近(暖機轉速-20)暖機轉速時，保持暖機;暖機復位的條件為:已跳閘或手動結束暖機或暖機時間到。

3.7 增加目標轉速臨界區(qū)處理邏輯

“轉速給定”形成回路中，增加如下邏輯:當“目標轉速在臨界轉速區(qū)”時，觸發(fā)“轉速目標”保持上一周期值，以防止操作人員目標轉速設置不當致其在臨界轉速區(qū)長期運行，從而損壞設備。

3.8 硬件上增加METS系統(tǒng)電源柜電源全部失去跳閘小機回路

考慮到當METS系統(tǒng)電源柜電源全部失去時，控制器失電，小機失控，因此借助繼電器搭建硬回路實現(xiàn)如下功能:當系統(tǒng)電源柜電源全部失去時，停機電磁閥失電泄油，小機汽門關閉。

3.9 MEH/METS畫面問題修改

臺電二期7號機組調試期間曾出現(xiàn)小機掛閘后其主汽門、調門打開，蒸汽大量進入小機，導致小機轉速迅速上升。原因是操作人員將其置于閥控(手動控制)方式下未推出，小機掛閘后，進汽閥門接收之前手動輸入的指令從而開啟。為避免出現(xiàn)此情況，準備在掛閘按鈕旁增加MEH控制方式提醒按鈕。

除以上措施外，臺電二期給水泵汽機控制還在其它方面進行優(yōu)化。如增加無“就地自動方式”和“遙控方式”信號時觸發(fā)“閥控投入”;取消“系統(tǒng)轉速”與“給定轉速”偏差的絕對值大于1000r/min時觸發(fā)“閥控投入”，該信號僅作報警;由于小機速關閥活動試驗通過就地手動門在線實現(xiàn)，因此取消高、低壓速關閥活動試驗相關邏輯;取消“運行”狀態(tài)下“系統(tǒng)轉速”與“給定轉速”偏差大于500r/min觸發(fā)“系統(tǒng)轉速錯誤”，跳小機邏輯等等。

4 結束語

臺電二期2臺1000MW機組目前已全部投產，6#、7#機組分別于2011年3月、11月經(jīng)168試運。自168試運以來，自動并泵效果良好，停機電磁閥壽命得以延長，未曾出現(xiàn)轉速指令故障導致轉速失控的問題，小機排汽溫度得以控制。期間曾出現(xiàn)小機振動測點突變問題，由于之前進行了邏輯優(yōu)化，避免了設備誤動，總體來說運行狀況良好。

給水泵汽輪機本質上只是給水控制的一個執(zhí)行機構，為了更好地控制給水流量，保證機組安全、經(jīng)濟、穩(wěn)定地運行，除了在這個執(zhí)行機構上多下功夫外，給水控制部分的邏輯優(yōu)化及調試更是重要的一個方面。

［1］ 曹善勇.1000MW超超臨界機組給水控制優(yōu)化［J］.電力設備，2008，(1).

［2］ 顧溢.超超臨界660MW機組給水泵汽輪機運行特點及故障分析［J］.熱力發(fā)電，2011，(5).

［3］ 俞興超.1000MW超超臨界火電機組給水泵配置及分析［J］.華東電力，2008，(9).