火電機組循環水系統泵門聯鎖邏輯優化

李世波，蔣昇，楊振宇，王洪凱

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

1　循環水系統概述

循環冷卻水系統是以水作為冷卻介質，并循環使用的一種冷卻水系統。主要由水塔、水泵和管道組成。在凝汽器中，循環水將汽輪機排汽冷凝下來，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，從而降低了汽輪機的排汽壓力，使汽輪機的理想焓降增大，功率增加[1]。

循環水控制系統的主要受控設備為循環水泵。每臺機組常規設計兩臺100%出力循環水泵，生產期間采用一運一備方式運行。在系統倒泵或事故處理期間，會存在兩臺循環水泵同時運行的工況。正常運行狀態下，兩臺機組之間循環水泵不交叉使用。在事故情況下，可通過聯絡門實現交叉運行。

國內火力發電廠200MW及以上機組均不同程度存在循環水泵經濟性偏低的問題,主要是因為循環水泵的運行工況點嚴重偏離設計點。此外，由于季節溫差大,日常出現開1臺流量不夠,開2臺流量過大的情況,既浪費大量電能又浪費水資源,致使廠用電率高[2]。因此，選擇合適的高低速切換泵，是現今循環水系統減電耗，提效率的主要手段。

2　泵門聯鎖控制策略介紹

2.1　循環水泵控制策略

循環水泵除溫度、水位、循環水水路通道建立、無跳閘條件這些常規啟動允許條件外，需保證啟動前出口液控蝶閥在關閉位。

在啟泵過程中，泵門動作方式受首臺、次臺啟動工況的不同而有所差別。在首臺啟動時，為防止憋泵，需在出口液控蝶閥達到指定開度時，再啟動循環水泵；在次臺啟動時，為防止管道內水倒灌，造成次臺泵倒轉，因此需要在啟泵同時開啟出口液控蝶閥。

停泵時，也需要考慮兩種情況：一是正常停泵時，需在出口液控蝶閥關閉至指定開度時，觸發停泵指令；而當存在保護跳閘條件時，則需要在關閉出口閥同時停止循環水泵。

對于循環水泵的跳閘條件，需考慮兩種情況：一是在循環水泵啟動后，如果出口液控蝶閥關閉，則需停止循環水泵；二是作為次臺泵啟動時，因啟泵開門同時進行，因此需考慮到出口液控蝶閥打開失敗時，需要停止循環水泵。

2.2　循環水泵出口液控蝶閥控制策略

對于循環水泵出口液控蝶閥，其開關需考慮循環水泵的啟停及過程狀態的變化。只有充分考慮到循環水泵各個運行狀態點對循環水泵出口液控蝶閥開關狀態的需求，才能夠實現循環水泵投退的合理性和安全性。

循環水系統出口液控蝶閥在循泵啟動前需在關閉位，這也是循環水泵的啟動允許條件。在循環水泵啟動指令觸發時，無論循泵作為首臺還是次臺啟動，均應聯動打開出口液控蝶閥。在循環水泵停運、循環水泵跳閘以及循環水泵啟動失敗時，為保證系統的有效退出，均需要聯鎖關閉出口液控蝶閥。

根據電廠的實際需求，可設計聯鎖停止出口液控蝶閥的設計方式，即在循泵出口液控蝶閥打開至啟泵指定開度時，自動將出口液控蝶閥停止在當前位置，待運行人員確認系統運行穩定后，再手動打開出口液控蝶閥至全開位。

3　泵門聯鎖邏輯組態說明

3.1　循環水泵相關邏輯組態

循環水泵啟動允許條件中需加入循環水泵出口液控蝶閥全關條件。

循環水泵跳閘條件中需增加兩條：一是在循泵啟動后，如果出口液控蝶閥關閉，則需停止循環水泵。此條組態需用循環水泵合閘作為啟動判據，當循環水泵合閘30秒后，開始啟動此條保護。二是需要考慮次臺泵啟動過程中，當出口液控蝶閥打開失敗時，需要停止循環水泵。其設計理念是當作為次臺泵啟動時，需要在啟泵的同時打開出口液控蝶閥，這與首臺啟動時需要先打開出口液控蝶閥至指定開度再開啟循泵不同的是，啟泵后液控蝶閥是否實際開啟并無后繼判斷。因此為確保次臺泵啟動的安全性，需考慮次臺泵啟動時，出口液控蝶閥打開故障的后繼操作。因此加入此條保護邏輯。當次臺泵啟泵指令觸發后，啟泵指令聯鎖打開出口液控蝶閥，同時驅動計時。在一定時間內，如液控蝶閥指定開度反饋未觸發，則認為出口液控蝶閥開啟失敗，需要跳閘已運行的循環水泵，起到對系統的保護作用。

對于循環水泵的啟動指令輸出，需區別考慮首臺啟動和次臺啟動的情況。首臺啟動時，需記錄驅動級的輸出指令，此指令首先聯動開啟出口液控蝶閥，當出口液控蝶閥開至指定開度后，方實際輸出循環水泵啟動指令。次臺啟動時，可用另臺泵運行狀態作為次臺啟動判據，當另臺泵運行時，驅動級輸出指令除聯鎖開啟出口液控蝶閥外，經另臺泵運行判據后，直接觸發循環水泵啟動指令。在此條件下，需考慮到運行泵跳閘聯鎖開啟備用泵的情況，因運行泵跳閘聯啟備用泵從運行角度講，需要迅速補充出力，因此需視為次臺啟動。為防止運行泵跳閘時運行狀態消失導致的次臺泵啟動判據失去的情況，需在另臺泵運行條件后增加延時斷開模塊，使判據中運行信號的失去滯后一定時間，目的是用于聯鎖啟動備用泵條件的有效輸出。

對于循環水泵的停止條件，也同樣需要考慮兩種情況。正常停泵期間，停泵指令首先聯鎖關閉出口液控蝶閥，當出口液控蝶閥關閉至指定開度后，方實際輸出循環水泵停止指令。當存在跳閘條件時，則直接輸出循環水泵停止指令，實現快速停泵，防止對設備造成損壞。

3.2　出口液控蝶閥相關邏輯組態

出口液控蝶閥聯鎖打開條件較為簡潔：當循環水泵啟動指令觸發時，無論是首臺啟動還是次臺啟動，均聯鎖打開出口液控蝶閥。聯鎖關閉邏輯則需要充分考慮循環水泵各狀態下的需求，需分如下三種狀況考慮：一是啟泵失敗時；二是正常停泵時；三是循泵跳閘時。上述任一情況出現時，均需聯鎖關閉出口液控蝶閥。

根據運行要求，可能存在首臺泵啟動時，出口液控蝶閥達到指定開度聯鎖啟泵后，出口液控蝶閥需停在當前位置，待運行人員巡檢后，再手動開啟出口蝶閥。此條件的設計，需要使用另臺循泵的停止狀態來判斷本臺泵為首臺啟動，用出口液控蝶閥指定開度反饋量作為閥門聯鎖停止的判據。此外，需要考慮聯鎖啟動時，出口液控蝶閥應按次臺啟動設計不采取中停。因此需要用循泵聯鎖啟動條件作為屏蔽條件。綜上所述，由三個條件綜合判斷后，觸發聯鎖停止指令。

4　靜態調試問題分析及優化

4.1　調試中循泵誤跳情況分析及邏輯優化

在調試過程中發現，當開啟過程中液控蝶閥停止后，運行人員繼續執行開門操作后，出現延時跳循環水泵的情況。對邏輯進行審查發現：次臺啟動出口液控蝶閥打開失敗的驅動計時條件，取的是出口液控蝶閥的開門指令。這導致啟動成功后，在中停位繼續打開出口蝶閥時，將再次驅動計時器，但開度反饋節點卻無法再次觸發，因此導致時間到達后無節點反饋觸發誤跳。針對此問題，對原有邏輯進行優化調整：鑒于此條保護僅在啟泵時有效，因此驅動計時條件改為選取啟泵指令。這就有效的排除了后繼對出口液控蝶閥的調整造成的誤跳情況的發生。

4.2　調試中液控蝶閥打開卡頓情況分析及邏輯優化

在調試過程中發現，首臺啟動時，出口液控蝶閥達到指定開度觸發中停后，再次發出打開指令時會立即出現中停，三至五次自動停止后，方能夠實現平滑開啟。通過對設備及邏輯的審查發現，產生此現象的原因是就地指定開度節點為磁感式，在開啟過程中的一段行程內均會觸發此信號。因此導致打開時，在行程范圍內節點信號頻繁觸發導致中停，即體現為閥門打開過程中存在卡頓現象。

圖1　循環水泵電機保護跳閘邏輯

圖2　循泵出口液控蝶閥聯鎖邏輯

圖3　優化后循環水泵電機保護跳閘邏輯

圖4　優化后循泵出口液控蝶閥聯鎖邏輯

因就地限位開關無法進行精度調整，因此在邏輯中增加中停使能判據：取本臺循泵的分閘狀態作為使能判據，當循泵在分閘狀態時，則原設計中停邏輯有效，當循泵啟動后，將自動屏蔽此中停邏輯。這就有效的解決了后繼開啟過程中體現的卡頓現象。鑒于首臺啟動時，指定開度節點觸發的同時將聯鎖啟動循環水泵，為防止掃描周期內執行順序對邏輯運算造成的影響，將本臺循泵分閘狀態這一判據采取1秒延時斷開處理，目的是防止時序不匹配造成的無法中停情況的出現。

經優化調整后，完成最終組態。經實際生產運行檢驗，此套邏輯能夠實現循環水系統泵門聯鎖的全程控制，控制策略嚴謹，控制邏輯正確，控制效果優秀。

5　結論

循環水系統是火力發電廠一個獨立的、對機組經濟性有較大影響的系統，循環水泵（循泵）所耗用的電能約占電廠總發電量的1%-1.5%[3]。作為火電機組的重要分系統，其核心控制邏輯就在于循環水泵與出口液控蝶閥之間的聯鎖保護。

本文結合現場實際情況，結合系統運行的工藝要求，全面分析各工況下泵門之間的聯鎖關系，細化各狀態下的控制策略，縝密搭建控制邏輯并通過專業的調試試驗發現問題、分析問題、解決問題。最終得出一套安全可靠、全面實用的控制邏輯。并在實際生產中取得了良好的使用效果。