深度調峰機組給水泵自動并泵退泵控制策略及單列運行方式研究與應用

白玉忠，王福寧，李志鵬

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

目前，大型火力發電機組給水調節基本均能實現自動控制，但給水泵并泵退泵幾乎很少實現自動控制。大同發電有限責任公司秦治國等根據機組工況特性完成了給水泵自動并泵、退泵控制邏輯設計，解決了機組并泵、退泵影響機組參數、安全運行的技術問題。江蘇方天電力技術有限公司楊小龍等結合并泵中出現的問題，提出了自動并泵控制策略，減輕了運行人員的操作強度，同時，提高了機組的自動化水平及可靠性。王錫輝等通過在電泵運行時自動并入汽泵的控制策略，采用不同參數的折線函數生成升速率，實現了對并泵過程的精準控制，使得并泵過程非常平穩，減小了節流能耗和對設備的沖擊。

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

另外，50%負荷以下兩臺電泵無法正常并列運行。因此，給水泵單列運行也是必須要解決的問題。由于我廠兩臺機組正常運行時未設置備用泵，而給水泵單列運行存在很大的安全風險。為解決此問題，經專業人員調研同類型電廠，提出了兩種可靠靈活的單列運行備用方案。

目前，國內發電機組給水泵實現自動并泵退泵的機組并不是很多。其控制策略主要有分級分布式閉環控制和轉速開環控制兩種方式。分級分布式閉環控制以給水泵出口流量為被調量，出口流量相等作為并泵結束條件判斷。并泵結束后，通過調整偏置調節器輸出指令來保持兩臺泵之間的出力平衡；轉速開環控制方式以給水泵轉速為被調量，轉速相等作為并泵結束條件。并泵結束后，通過調整偏置調節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的動作情況。若在循環在手動狀態，將嚴重影響并泵過程，期間若備泵出力大于最小流量時，備泵再循環將快速關閉，從而導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，給水調整可能出現發散導致并泵過程無法順利進行。

本文在研究以上并泵控制方式的基礎上，加入給水泵再循環自動控制，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控制加入控制。并泵過程中再循環始終自動控制，主泵閉環控制給水流量，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 時快速逼近，小于0.2MPa 時慢速逼近，防止給水流量波動。當兩臺泵勺管指令偏差小于1%時并泵結束，勺管投自動。再循環分階段變速關閉，即再循環開度小于60%時慢速關閉，開度大于60%時快速關閉，防止再循環開度影響給水流量。

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；再循環閥手操器輸入跟蹤當前指令（手動狀態跟蹤輸出指令，自動狀態保持當前值），延時3s，投自動。第一步完成條件：出口電動門全開；再循環閥在自動狀態。

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10s。第三步完成條件：備泵勺管在自動狀態。

第四步開出指令：備泵再循環閥第二次投自動，關再循環閥（指令從當前值減至0%，按0.2%/s 速率限制）。第四步完成條件：備泵再循環閥在自動狀態，再循環閥全關（手操器輸入跟蹤正常調節曲線,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。

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

第三步開出指令：關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 單列運行備用泵聯鎖方案

考慮我廠處于寧夏電網末端，頻率受風電、太陽能等新能源及西北水電影響較大，AGC 調整頻繁，深度調峰參與度高。為此，我們設計了給水泵單列運行方式下的旋轉備用事故聯鎖和停機備用事故聯鎖。

運行人員可根據電網負荷曲線靈活選擇備用泵的為旋轉備用或停機備用方式。當調峰深度較深且預計時間較長時，可選擇備用泵停機備用；當調峰深度較淺且預計時間較短時，可選擇旋轉備用方式。一方面，滿足50%負荷附近快速響應AGC 調節，保證機組安全性，另一方面，也可減少高壓電機的頻繁啟停，保證電機的安全。

2.1 備泵旋轉備用聯鎖

當備用泵在旋轉備用狀態時，運行人員投入備泵勺管聯鎖，備泵勺管指令跟蹤主泵勺管指令。當主泵失去出力或跳閘故障時，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，實現備泵勺管自動聯鎖并參與水位調整。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）備泵再循環閥指令超馳關至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 備泵停機備用聯鎖

當備用泵在停機備用狀態時，運行人員投入備泵聯鎖，備泵勺管保持最小開度。當主泵失去出力或跳閘故障時，備泵聯鎖啟動，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，實現備泵自動啟動并參與水位調整。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）；備泵再循環閥指令超馳關至35%（等待10s），投自動。第一步完成條件：備泵運行且備泵勺管指令與A 泵跳閘或失去出力前一時刻指令偏差小于2%。

第二步開出指令：備泵勺管投自動，3s 脈沖。

3 節能效果評估

在50%負荷以下可實現單泵運行，自動并泵退泵可在4分鐘以內完成，汽包水位波動控制在±30mm 以內，給水流量波動50t/h 以內。可節約廠用電率0.7%，兩臺機組按年發電量30 億kWh 計算，年節電量可達600 萬kWh，按上網電價0.237 元計算，新增利潤約146.8 萬元。

4 結語

本項目的實施，在無投資或小投資的情況下，火力發電機組可自行通過試驗確定單臺給水泵的最大出力試驗，從而確定給水泵單列運行負荷點。節能效果明顯，具有很強的推廣價值。