台山电厂二期给水泵汽机应用及优化

张应果，肖光华

(广东国华粤电台山发电有限公司，广东台山529228)

0 前言

随着经济的发展，我国电力行业正以前所未有的速度迅速发展，尤其是技术成熟的1000MW超超临界机组越来越多的在国内各电网中得到建设。对于1000MW超超临界机组，由于其自身的一些特点:直流炉的受热区、蒸发区与过热区之间无固定的界限;给水经加热、蒸发、变成过热蒸汽是一次性连续完成的;锅炉的蒸发量不仅决定于燃料量，同时也决定于给水流量;直流锅炉的协调系统、汽温自动、燃烧自动、给水自动相互关联，而给水自动则是其中的核心。因此，直流锅炉给水泵控制显得尤为重要。

1 设备配置及系统构成

国际上已运行的1000MW等级机组中，欧洲电厂多数选用1×100%汽动给水泵及启动/备用电动给水泵。日本则多数采用2×50%汽动给水泵加一台电动给水泵的方案。国内1000MW超超临界机组给水泵的配置情况绝大部分与日本的配置方案相同。

台山电厂二期2×1000MW工程结合实际情况，从系统可靠性角度出发，单台机组配置2台50%容量汽动给水泵，不再另外配置启动电动给水泵。机组启动时借助一期辅助蒸汽直接启动汽动给水泵，节省了工程的初期投资，降低了厂用电率。

给水泵汽机采用杭州汽轮机股份有限公司生产的HMS500D型，单缸、单流、单轴、冲动式、纯凝汽、再热蒸汽内切换、向下排汽式汽机。额定功率(THA)16876kW，额定转速 5316r/min，调速范围2850 ～5636 r/min，跳闸转速 6050 r/min，运行方式为:变参数、变功率、变转速。启动时采用辅助蒸汽作为其汽源;正常运行时，取自四段抽汽;备用汽源采用二段抽汽，即冷再热蒸汽;主机负荷范围在20%～25%时，辅助蒸汽与四段抽汽之间进行切换。

给水泵汽轮机的控制按其承担的功能可分为以下几个部分:

(1)MEH，即给水泵汽机数字电液调节系统。MEH主要完成给水泵汽机的转速控制，从而控制给水流量。它具有锅炉给水遥控、转速自动、手动控制三种方式。

此外，还具有阀门试验、跳闸试验的功能。阀门试验是为了保证发生事故时阀门能可靠关闭，MEH具备对高、低压进汽门逐个进行在线试验的功能。在进行阀门在线试验时，给水泵汽轮机仍能正常地运行。

(2)METS，即给水泵汽机危急遮断系统。当给水泵汽机超速、振动大、油压低、真空低等保护条件满足时，连锁停给水泵汽机。

(3)MTSI，即给水泵汽机监测仪表系统。MTSI实现对给水泵汽机的转速、振动、位移等机械参数进行连续测量，并将测量结果送入控制系统、保护系统等用作控制变量及运行人员监视的自动化系统。

(4)DCS中给水泵汽机辅助系统，主要完成对小机油等辅助系统的控制。

MTSI采用北京韦伯瑞华VM600系列产品，该监测系统支持Modbus协议，在该通讯协议下全面支持与DCS的通讯。此外，还提供网络通讯用的工业标准以太网 TCP/IP接口，该接口既可提供VM600系统软件自身用，又可提供与第三方系统进行通讯。送至DCS的数据不再仅是通频振动数据，还可以根据用户的要求对任何参数组态后送至DCS。另外，框架及模块的状态信息也可送至DCS。其它系统软/硬件均采用和利时公司产品，由于我厂MEH、METS和DCS共用一套系统，故而增加了系统的兼容性。

2 控制策略

给水泵汽机转速控制的目的，是通过控制给水泵转速，从而控制给水流量。其控制方式有给水遥控、转速自动、手动控制三种基本方式。给水遥控方式是当给水泵汽轮机转速超过3000rpm且投遥控时，MEH将根据锅炉给水控制系统的控制信号(4～20mA)来控制给水泵汽轮机转速;转速自动即操作员自动，是指由操作员手动设置一个目标转速，给水泵汽机按照此目标转速自动升速至目标值;手动控制即阀控方式，是指由操作员直接控制CV阀开度从而控制转速。

总阀位给定值形成回路如图1所示。由图1可见，对于每台给水泵，其转速指令与实际转速的偏差，经PID调节给出对应给水泵进汽调节阀(CV阀)的阀位指令，通过改变CV阀阀位，从而控制进入给水泵汽机的蒸汽流量，最终达到控制其转速的目的。

图1 总阀位给定值形成回路

由图1可知，给水泵汽机控制三种方式的优先级，由高到低依次为:给水遥控、转速自动、手动控制。当不处在给水遥控及转速自动方式时，即处于手动控制方式下，转速调节信号跟踪总阀位给定，这样确保切换到给水遥控或转速自动方式时无扰。

给水遥控方式下“给水泵汽机转速指令”形成回路如图2所示。

图2 转速指令形成回路

从图2可以看出，给水泵汽机转速指令通过一个串级PID控制回路实现。副调节器消除两台给水泵的流量不平衡，主调节器消除流量偏差。此外，副调节器之后的切换回路实现手/自动无扰切换。在手动方式下，手操器的输入跟踪其输出，切换到自动方式后，手操器的输入由其输出按照一定速率变化至副调节器的输出。

图3为A给水泵流量不平衡量DV1的形成方式，DV2与DV1相反。由图3可见，流量不平衡内回路只有在两台给水泵都投自动时才有效。两台给水泵的入口流量差值首先经过一个死区函数，经系数修正后乘以一个惯性函数，最后对其进行限幅，得到流量不平衡量。死区函数的目的是为了避免出现小幅度的流量不平衡就对其进行调节，以防止频繁调节对给水造成波动;限幅的目的是为了避免由于流量不平衡量过大对内回路产生过大的扰动，从而影响调节效果及系统的稳定性。

图3 流量不平衡形成回路

3 优化措施

3.1 增加自动并泵逻辑

考虑到大型机组给水泵手动并泵操作风险较大，且直流炉给水流量波动对机组负荷、主汽温度、主汽压力、主汽流量等一系列重要参数有较大影响。结合本厂设备的实际情况，引进并优化了自动并泵控制逻辑，从而减轻运行人员的劳动强度，降低操作风险，提高机组的自动化水平及可靠性。下面对并泵过程进行简单介绍。

在投入并泵子环前，首先必须将主给水泵投入“给水遥控”，备用泵投入“转速自动”。当投入并泵子环后，备用泵的转速指令以一定的速率(100rpm/min)跟踪主给水泵的转速指令;随着备用泵转速的提高，出口压力也将随之提高;当备用泵的出口压力与给水母管压差小于2.0MPa时，自动打开备用泵的出口门。其间，为了防止备用泵出口压力突增造成运行泵出口逆止门关闭，引起给水流量阶跃性变化，热备用泵的升速率在压差小于2.0MPa时，也将降低为(50rpm/min);当两台泵的出力一致，即备用泵的出口压力与给水母管压差小于0.1MPa时，并泵子环自动切除。同时，利用该信号，将备用泵的转速投入给水遥控。但此时备用泵仍未真正参与工作，因为两台给水泵的流量并不平衡，通过两台给水泵的流量平衡回路，最终将两台给水泵流量调平。

3.2 解决停机电磁阀长期带电影响电磁阀寿命的问题

小机停机是通过停机电磁阀实现的。当停机指令开出时，停机电磁阀带电打开，速关油压力泄掉，从而实现停机。考虑到若停机时间过长时，停机电磁阀长期带电影响电磁阀寿命，逻辑中在停机指令后引入一个5min的脉冲，即停机5min后，停机电磁阀失电，从而解决了该问题。

3.3 避免转速指令故障导致转速失控的问题

当小机投给水遥控时，给水泵汽轮机转速指令来自锅炉侧的硬接线，当该接线松动、卡件通道损坏或接地等故障时会引起转速失控。逻辑中判断:当该点故障时，保持前一时刻的值;当该信号恢复后与实际转速偏差在50转以内时，按照一定速率恢复;若故障信号发生超过5min，切除给水遥控，自动切换到“转速自动”方式。

3.4 修改其振动单点保护逻辑

单台给水泵汽机前、后轴承振动X、Y共4个测点，原逻辑为任一测点通道正常且振动＞200μm保护停给水泵汽轮机。为避免误动作，将逻辑修改为:X振动测点通道正常且振动＞200μm与上Y振动测点正常且振动＞125μm保护停给水泵汽轮机或者Y振动测点通道正常且振动＞200μm与上X振动测点正常且振动＞125μm保护停给水泵汽轮机。

3.5 增加小机排汽减温器进水调节阀自动逻辑

增加“A/B汽泵排汽温度＞80℃自动开给水泵汽机排汽减温器进水调节阀，排汽温度＜70℃自动关给水泵汽机排汽减温器进水调节阀”逻辑以更好地保护凝汽器。

3.6 增加暖机自动触发条件

为避免目标转速设置不当，从而使加热组件出现不适当的瞬时热载荷，增加暖机自动触发条件。逻辑如下:小机运行情况下，“目标转速”高于暖机转速，“给定转速”接近(暖机转速-20)暖机转速时，保持暖机;暖机复位的条件为:已跳闸或手动结束暖机或暖机时间到。

3.7 增加目标转速临界区处理逻辑

“转速给定”形成回路中，增加如下逻辑:当“目标转速在临界转速区”时，触发“转速目标”保持上一周期值，以防止操作人员目标转速设置不当致其在临界转速区长期运行，从而损坏设备。

3.8 硬件上增加METS系统电源柜电源全部失去跳闸小机回路

考虑到当METS系统电源柜电源全部失去时，控制器失电，小机失控，因此借助继电器搭建硬回路实现如下功能:当系统电源柜电源全部失去时，停机电磁阀失电泄油，小机汽门关闭。

3.9 MEH/METS画面问题修改

台电二期7号机组调试期间曾出现小机挂闸后其主汽门、调门打开，蒸汽大量进入小机，导致小机转速迅速上升。原因是操作人员将其置于阀控(手动控制)方式下未推出，小机挂闸后，进汽阀门接收之前手动输入的指令从而开启。为避免出现此情况，准备在挂闸按钮旁增加MEH控制方式提醒按钮。

除以上措施外，台电二期给水泵汽机控制还在其它方面进行优化。如增加无“就地自动方式”和“遥控方式”信号时触发“阀控投入”;取消“系统转速”与“给定转速”偏差的绝对值大于1000r/min时触发“阀控投入”，该信号仅作报警;由于小机速关阀活动试验通过就地手动门在线实现，因此取消高、低压速关阀活动试验相关逻辑;取消“运行”状态下“系统转速”与“给定转速”偏差大于500r/min触发“系统转速错误”，跳小机逻辑等等。

4 结束语

台电二期2台1000MW机组目前已全部投产，6#、7#机组分别于2011年3月、11月经168试运。自168试运以来，自动并泵效果良好，停机电磁阀寿命得以延长，未曾出现转速指令故障导致转速失控的问题，小机排汽温度得以控制。期间曾出现小机振动测点突变问题，由于之前进行了逻辑优化，避免了设备误动，总体来说运行状况良好。

给水泵汽轮机本质上只是给水控制的一个执行机构，为了更好地控制给水流量，保证机组安全、经济、稳定地运行，除了在这个执行机构上多下功夫外，给水控制部分的逻辑优化及调试更是重要的一个方面。

［1］ 曹善勇.1000MW超超临界机组给水控制优化［J］.电力设备，2008，(1).

［2］ 顾溢.超超临界660MW机组给水泵汽轮机运行特点及故障分析［J］.热力发电，2011，(5).

［3］ 俞兴超.1000MW超超临界火电机组给水泵配置及分析［J］.华东电力，2008，(9).