電力新常態下給水泵RB控制策略的優化

金 飛，楊春來,馬 瑞,常永杰

(1.國網河北省電力公司電力科學研究院，石家莊 050021；2.國網河北省電力公司石家莊供電分公司，石家莊 050051)

電力新常態下給水泵RB控制策略的優化

金 飛1，楊春來1,馬 瑞1,常永杰2

(1.國網河北省電力公司電力科學研究院，石家莊 050021；2.國網河北省電力公司石家莊供電分公司，石家莊 050051)

針對當前的電力新常態，對機組輔機跳閘快速減負荷時汽包允許虧水量和動作最小時間進行計算分析，提出電廠給水泵RB控制策略的優化方案，通過試驗說明此次優化能增強機組在給水泵跳閘時恢復穩定運行的能力，同時減少對電網的沖擊，提高電網運行的穩定性。

電力新常態；給水泵；汽包水位；控制策略

1 概述

2016年11月24日，蒙西-北京西-天津南1 000 kV特高壓交流輸變電工程正式投入運行。北京西站工程投運后，輸電能力將達到5 GW。棗莊-菏澤-石家莊1 000 kV特高壓交流工程2018年投運，對于河北南網的火電廠來說,機組中負荷(一般在額定負荷60%～80%)運行將成為新常態。

在電力新常態下,如何降低機組輔機跳閘快速減負荷(RB)對電網的沖擊成為一個新的課題。通常機組運行在中負荷工況時,給水泵2臺并列運行,如果遇到運行泵跳閘,給水泵RB觸發,跳磨煤機,切鍋爐主控,按照TF模式運行,并根據RB滑壓曲線調節DEH,減溫調節門關閉,油槍組啟動[1]。這樣會導致整個機組參數波動,運行人員監視操作難度加大,即使給水泵RB成功,對電網也會造成一定沖擊,若RB失敗,對電網將造成更大沖擊。因此,要對給水泵RB控制策略進行優化確保適應當下機組中負荷運行的新常態。

2 給水泵RB分析

能否實現給水泵跳閘工況的成功處理，關鍵是采取合理有效的控制策略，迅速增大汽包的上水量，保證在整個RB過程中各主控參數不超過機組保護動作定值，避免汽包水位低保護值動作。

2.1 給水泵RB時汽包允許虧水量的確定

從物質平衡原理分析，必須使鍋爐蒸發量與給水泵最大出力時所保證的給水流量之間的物質平衡在很短的時間內建立起來。

以某600 MW機組為例，在80%MCR工況下，主蒸汽流量為1 560 t/h左右，此時2臺汽動給水泵的轉速均大約在4 500 r/min。單臺汽動給水泵的最大出力為 972 t/h的給水流量，其轉速在5 900 r/min附近。單臺電動給水泵的最大出力為 620 t/h左右的給水流量。以該機組鍋爐汽包進行典型計算,鍋筒內徑φ1 775 mm，壁厚185 mm，筒身直段長25 248 mm，汽包正常水位為中心線下100 mm處，考慮到正常運行時汽包水位有一定的膨脹容積，當采用水位保護高/低限為±300 mm時，0水位到-300 mm的汽包計算容積V為：

V=25 248 mm×1 775 mm×300 mm

=13.444 56 m3

(1)

80%MCR工況時的汽包壓力為pb=16.1 MPa，對應的飽保水比容v=0.001 716 m3/kg。則計算容積內的貯水量(即汽包水位由0降到-300 mm的水量)Δm為：

(2)

該數據為近似的汽包允許虧水量。

2.2 給水泵RB動作最小時間的計算

從RB發生到汽包水位降-300 mm的時間用t1表示；1臺給水泵初始流量用Q0表示；初始主蒸汽流量用G0表示；未跳閘給水泵最大出力用Qmax表示，其升速時間用t′表示；汽包允許虧水量Δm，運行方式為2臺汽動給水泵并列運行。則給水泵RB動作最小時間t1由下式確定：

(3)

在80%MCR工況下，主蒸汽流量為G0=1 560 t/h，Q0=780 t/h,Δm=7.83t,單臺汽動給水泵的最大出力為Qmax=972 t/h，未跳閘給水泵維持汽包水位從初始出力到達最大出力需要時間大約為45 s,即t′=45 s。

在給水泵RB發生后，汽包水位降到-300 mm的時間t1可由式(3)得：

(4)

給水泵的最大出力Qmax和汽包允許最大虧水量Δm對其RB的成功起著非常重要的作用。在給水泵RB發生、單臺給水泵最大出力時，對于600 MW等級的機組，只可維持MCR工況81.81 s，也就要求在這段時間內將給水流量需要恢復到1 560 t/h左右，并使汽包壓力不要上升過多，否則，將加劇汽包水位的下降或造成對空排汽閥動作，進而造成汽包水位難以控制、無法實現RB功能。

3 給水泵RB控制策略的優化

現針對某600 MW汽包機組進行優化，在原有RB邏輯中加入電泵自調回路，運行的汽動給水泵之一突發故障跳閘,電泵聯啟成功后,通過自動調節功能快速調整電泵轉速，與給水自調協同重新建立起鍋爐汽水平衡，進而穩定住汽包水位，避免因汽包水位異常造成機組跳閘。若電動給水泵聯啟不成功的情況下,則利用給水泵RB功能使機組出力快速、穩定地降至單臺汽動給水泵所能承擔的機組最大出力。

3.1 機組最大可能出力計算及電泵自調觸發判斷

機組的最大可能出力可以根據各種輔機設備的運行臺數來估算，用各種輔機中運行臺數占各自總臺數的最小比例來計算最大可能出力。機組配有3臺給水泵，其中有2臺汽動給水泵、l臺電動給水泵。若正常運行時2臺汽動給水泵就能提供100%的機組額定出力，即1臺汽動給水泵的最大可能出力為300 MW；1臺電動泵能供30%的機組額定出力，即1臺電動給水泵的最大可能出力為180 MW。運行的汽動給水泵之一突發故障跳閘后，進行負荷判斷是否在電泵計算的機組可能出力范圍之間(360～480 MW,RB功能的投入負荷為60%MCR)，邏輯判斷流程如圖1所示。

圖1 電泵自調觸發判斷流程

3.2 電泵自調動作回路

假設兩泵運行中A汽泵跳閘,并觸發電泵自調回路，則系統自動寄存A汽泵的即時轉速，按照線性折線函數折算成電動給水泵勺管行程控制指令目標值，快速控制電泵達到轉速目標值，參與汽包水位控制與調節。

系統將電泵自動定速的目標轉速值，按照圖2所示的線性折線函數，折算成電動給水泵勺管行程控制指令目標值，快速控制電泵達到轉速目標值。

根據式(4)得出的給水泵RB動作最小時間 ,考慮為避免電泵因升速過快導致電機過流的因素,確定電動給水泵勺管控制指令的變化速率為1%/s。

圖2 轉速對應勺管行程指令的函數

4 優化效果分析

a. 從機組物質平衡原理分析，給出了給水泵RB時汽包的允許虧水量和動作最小時間的公式，并定量的得出計算值，做為優化內容的理論依據。

b. 計算出單臺汽動給水泵跳閘后機組最大可能出力，確定電泵自調觸發判斷的條件，按照線性折線函數折算出電泵勺管行程控制指令目標值，并確定電泵勺管控制指令的變化速率。

c. 在機組80%MCR工況下進行試驗，A汽泵就地打閘，汽包水位向下波動,觸發電泵自調回路，電泵自啟良好,處于自動調節狀態,達到轉速目標值，保證汽包水位的穩定，整個過程中機組負荷沒有受到影響，控制效果如圖3所示。

圖3 機組中負荷試驗曲線

5 結束語

以上針對電力新常態下，機組運行處于中負荷段的情況，對給水泵RB控制策略進行了優化，在保證機組正常運行的前提下，成功解決給水泵RB對電網沖擊大的問題。試驗驗證了給水泵RB優化后回路和相關參數設置的正確性，機組其他參數均在正常范圍內，對提高機組抗事故能力和維護電網穩定起到了積極的作用。

[1] 瞿九生.高負荷工況給水泵跳閘事故的原因和處理[J].電站輔機，2006(9)：34-35.

本文責任編輯：王洪娟

Optimization of RB Control Strategy of Feed Water Pump Under New Normal Electrict Power

Jin Fei1,Yang Chunlai1,Ma Rui1，Chang Yongjie2

(1.State Grid Hebei Electric Power Research Institute,Shijiazhuang 050021,China;2.State Grid Hebei Electric Power Corporation Shijiazhuang Power Supply Branch，Shijiazhuang 050051,China)

In view of the current new normal electric power, the paper calculates and analyzes the allowable water deficit and the minimum operation time when the unit is tripped. Optimization of RB control strategy of feedwater pump is given, which can increase the capacity of the unit to resume stable operation,and improve the stability of power grid operation.

new normal electric power;feedwater pump;drum water level; control strategy

TK323

：B

：1001-9898(2017)04-0009-02

2017-02-27

金 飛(1984-)，男，工程師，主要從事電源側環保優化及網源協調工作。