600 MW 超臨界供熱機組汽泵跳閘電泵聯啟不切供熱控制方案研究及應用

熊大健

（福建省鴻山熱電有限責任公司 福建泉州 362712）

0 引言

某公司配置兩臺600 MW 超臨界抽凝供熱機組，為周邊工業園區的用汽企業提供工業用汽，機組供熱參數分為中、低壓兩種，中壓供汽參數：壓力2.65 MPa～2.80 MPa，溫度280 ℃～285 ℃；低壓供汽參數：壓力0.8 MPa～0.9 MPa，溫度230 ℃～250 ℃，中、低壓日供汽量最大達2 萬t 以上。機組給水泵組配置2 臺50%容量的汽動給水泵作為經常運行，1 臺30%容量的電動調速給水泵作為機組啟動和汽動給水泵故障時的備用泵［1］。

根據統計，公司從投產以來，95%的重要輔機故障造成機組RB 保護動作切除供熱，均是因汽動給水泵組各種原因如小機伺服卡故障、伺服閥故障、汽泵組振動大、潤滑油壓低以及密封水溫度高等導致汽泵組故障跳閘所致。上述問題如發生在機組單機供熱期間，將造成全廠對外供熱中斷，直接影響到周邊用汽企業的生產經營，將造成惡劣的社會影響和經濟影響。因此，公司提出研發1 種單臺汽泵跳閘電泵聯啟不切供熱的控制方法，實現單臺汽泵跳閘電泵聯啟少降負荷、不切供熱的目標。

1 汽泵跳閘電泵聯啟不切供熱可行性分析

（1）關于1 臺汽泵與電泵并列運行是否滿足供熱要求分析。經過對公司電泵、汽泵運行歷史參數及曲線進行分析，當1 臺汽泵與電泵并列運行，機組邏輯閉鎖汽泵最大轉速為6 000 r/min，對應汽泵最大流量可達1 200 t/h，而電泵最大流量閉鎖為600 t/h。根據此分析，1 臺汽泵與電泵并列運行，最大總給水流量可達1 700 t/h～1 800 t/h，完全可以滿足正常對外供熱要求的最低蒸汽流量1 410 t/h 的需求。

（2）關于電泵聯啟并泵前高轉速、高揚程小流量振動大問題分析。根據對電泵歷史運行參數及振動特性進行分析，汽泵跳閘后的電泵聯啟并泵過程是一個快速過程。因此，電泵并泵前的高轉速高揚程低流量振動只是一個暫態過程，電泵并泵前振動只會產生一個尖峰，隨著電泵轉速的快速上升并泵，電泵給水流量增大，電泵振動即迅速下降。

針對以上分析，制訂以下2 個措施：①電泵升速時，電泵勺管指令直接給到并泵運行所對應轉速，采用電泵自動升速快速并泵，不讓運行人員手動并泵，即可保證電泵不在并泵前的高轉速高揚程小流量工況下停留，電泵振動即可得到控制。②由于電泵并泵過程中引起的振動，是給水泵高轉速高揚程小流量偏工況運行引起的振動，并不是動靜摩擦引起的振動，只要快速升速越過該區間振動即迅速下降。因此，為提高汽泵跳閘電泵聯啟并泵成功的可靠性，適當提高電泵振動大跳閘保護動作值：電泵任一軸承振動≥7 mm/s 與任一軸承振動≥13 mm/s，延時2 s 電泵跳閘，修改為：電泵任一軸承振動10 mm/s與任一軸承振動≥15 mm/s，延時5 s 電泵跳閘。由于延時時間短只有5 s，且振動幅值增加不多，13 mm/s 增加至15 mm/s，不會對設備安全造成明顯影響，可以顯著提高電泵聯啟并泵過程中的電泵運行可靠性。

（3）關于機組供熱工況下運行，當發生1 臺汽泵跳閘時電泵聯啟不切供熱，是否會造成機組負荷、供熱壓力、主、再熱蒸汽壓力、溫度及過熱度等參數大幅波動，是否會造成水冷壁嚴重超溫問題分析。根據對歷次單臺汽泵跳閘機組RB 保護動作至300 MW 過程進行分析，機組供熱工況下運行，當發生1 臺汽泵跳閘，只要電泵聯啟能夠在45 s 內實現電泵與汽泵并泵運行，維持總給水流量基本不變。此時機組負荷、供熱壓力、主、再熱蒸汽壓力、溫度及過熱度等運行參數，比汽泵跳閘RB保護動作減負荷至300 MW 更為穩定，鍋爐更不容易發生超溫現象，公司鍋爐特性在400 MW 低負荷下容易發生超溫現象，高負荷下較少發生超溫現象。

（4）關于電泵聯啟是否能夠在45 s 內完成并泵，電泵快速升速是否會影響電泵設備安全，電泵并泵過程是否會發生與運行汽泵的搶水問題分析。根據對電泵啟動特性進行分析，電泵啟動后升速時間極快，從汽泵跳閘，電泵聯啟升速與另一臺汽泵并泵運行，整個過程約30 s 內即可完成。經與電泵廠家KSB 公司聯系，電泵具備快速啟動功能，不會影響電泵設備安全。

機組高負荷工況下，單臺汽泵跳閘。此時另一臺汽泵轉速、流量均較高，電泵并泵運行后最大流量閉鎖在600 t/h。因此，電泵升速并泵后不會發生因電泵出口壓力過大造成汽泵憋泵壓水，導致汽泵振動大保護動作跳閘的問題。

（5）關于電泵聯啟后勺管指令置于哪個位置才能保證電泵自動實現并泵問題分析。通過對電泵轉速、出口壓力、流量及勺管指令等參數特性進行分析，給出電泵聯啟后電熱負荷與勺管開度函數曲線關系：（350 MW，45%）、（400 MW，50%）、（450 MW，60%）、（600 MW，65%）。電泵勺管根據設定的函數曲線關系自動開至指定位置，勺管指令閉鎖時間5 s（5 s 內運行人員不能調整勺管指令），5 s 閉鎖解除后勺管切手動控制。此時運行人員可根據電泵本體振動、水煤配比情況手動調整電泵勺管開度。

（6）關于機組供熱工況下，單臺汽泵跳閘電泵聯啟不切供熱，是否會造成機組負荷、供熱壓力、供熱蝶閥等大幅波動問題分析。供熱工況下汽泵跳閘電泵聯啟并泵運行，鍋爐負荷減至480 MW 對應負荷，此時機組主蒸汽流量總體下降較少，因此，供熱壓力的變化較小。為減少RB 過程中供熱對電負荷的影響，將供熱壓力設定值自動調整為0.85 MPa，以減少供熱蝶閥的調整幅度，從而減少對機組負荷的擾動。

（7）關于供熱工況下，單臺汽泵跳閘電泵聯啟不切供熱時，鍋爐負荷目標值如何設定問題分析。以“發電負荷疊加供熱折算電負荷的電熱負荷疊加值”，作為汽泵跳閘電泵聯啟不切供熱RB 保護動作目標負荷的判斷依據，其中供熱折算電負荷含中壓、低壓蒸汽兩部分。

2 汽泵跳閘電泵聯啟不切供熱控制方案

2.1 改造前單臺汽泵跳閘控制方案

（1）負荷≥300 MW，單臺汽泵跳閘，觸發給水RB 保護，切除供熱，將電負荷維持在300 MW，此時，電泵聯啟維持25%勺管開度對應轉速約2 375 r/min 再循環方式運行。

（2）電泵任一軸承振動≥7 mm/s 與任一軸承振動≥13 mm/s延時2 s，電泵振動大保護動作跳閘。

2.2 改造后單臺汽泵跳閘控制方案

（1）單臺汽泵跳閘后，以“發電負荷疊加供熱折算電負荷的電熱負荷疊加值”作為電熱總負荷，作為汽泵跳閘電泵聯啟不切供熱RB 保護動作目標負荷的判斷依據，其中供熱折算電負荷含中壓、低壓蒸汽兩部分。

（2）當負荷在300 MW 和480 MW 之間時，單臺汽泵跳閘，且5s 內收到“電泵已運行”信號，目標負荷維持在當前負荷，不觸發RB 保護；當電熱總負荷≥480 MW 時，單臺汽泵跳閘且5 s 內收到“電泵已運行”信號，電熱總負荷減至480 MW（供熱工況下為電熱疊加負荷，維持供熱運行）；單臺汽泵跳閘后，如電泵5 s 內未啟動成功（未收到電泵運行信號），RB 保護動作，負荷減至300 MW，供熱工況下同時切除供熱（即原單臺汽泵跳閘RB 保護動作邏輯）。

（3）單臺汽泵跳閘觸發RB 保護動作后，協調控制系統按如下邏輯調整：機組CCS 控制系統由協調控制狀態切換為TF控制方式，自動投入汽機主控自動控制，主汽壓力設定曲線為普通的RB 曲線；負荷變化率限速率切換為10 MW/s；主汽壓力變化速率切換為1.5 MPa/min；取消原邏輯指令“主汽壓力設定值和實際值偏差大于2 MPa 時，切除汽機主控自動的邏輯”和“汽機調門指令禁增的限制”。

（4）單臺汽泵跳閘觸發RB 保護動作后，按如下方式控制在運汽泵：①當電熱總負荷≥480 MW 時，單臺汽泵跳閘，在運汽泵指令超馳開至97%，超馳時間4 s，對應轉速為5 900 r/min，給水流量1 200 t/h，指令超馳結束后在運汽泵自動投入自動控制。②當電熱總負荷在300 MW 和480 MW 之間時，單臺汽泵跳閘，在運汽泵指令超馳開至76.5%，超馳時間2 s，對應轉速5 000 r/min，給水流量1 000 t/h，指令超馳結束后在運汽泵自動投入自動控制。③給水控制始終處于自動狀態，給水控制的公用指令變化速率為10 MW/s。

（5）單臺汽泵跳閘觸發RB 保護動作后，按如下方式進行電泵控制：①電泵再循環門投入自動控制；電泵勺管開度的控制方案采用超馳控制方式，當汽泵跳閘后，勺管指令由25%提升至電熱負荷與勺管開度函數曲線對應值：（350 MW，45%）、（400 MW，50%）、（450 MW，60%）、（600 MW，65%），勺管指令閉鎖時間5 s（5 s 內運行人員不能調整勺管指令），5 s 閉鎖解除后勺管切手動控制，此時運行人員可根據電泵本體振動、水煤配比情況手動調整電泵勺管開度。②電泵提升轉速過程中，如出現電泵入口壓力＜1.4 MPa 或入口流量＞600 t/h，延時3 s，勺管鎖定實際開度電泵保持當前轉速，2 s 后釋放，轉為手動控制，防止電泵出現低轉速大流量的惡劣工況造成電泵振動大保護動作跳閘。③將電泵振動大保護動作跳閘邏輯進行優化：電泵任一軸承振動≥7 mm/s 與任一軸承振動≥13 mm/s 延時2 s 跳閘；修改為：任一軸承振動大于10mm/s 與另一軸承振動大于15 mm/s 延遲5 s 跳閘。

（6）單臺汽泵跳閘觸發RB 保護動作后，按如下方式控制制粉系統：發2 s 脈沖，將所有運行狀態的給煤機、磨煤機的冷風門和熱風門、煤主控投入自動控制，同時鍋爐主控投入自動控制，取消原邏輯命令“15 s 內閉鎖煤主控輸出的邏輯，使煤主控輸出減煤更加迅速”，不跳磨煤機。

（7）單臺汽泵跳閘觸發RB 保護動作后，按如下方式控制供熱壓力：為減少RB 過程中供熱對電負荷的影響，供熱壓力設定值自動調整為0.85 MPa，以減少供熱蝶閥的調整幅度，從而減少對機組負荷的擾動；穩定后，可根據情況手動輸入供熱壓力進行調節。

（8）單臺汽泵跳閘后，如電泵5 s 內未啟動成功（未收到電泵運行信號），RB 保護動作，負荷減至300 MW，供熱工況下同時切除供熱（即原單臺汽泵跳閘RB 保護動作邏輯）［2］。

3 汽泵跳閘電泵聯啟不切供熱控制方案應用情況

2014 年2 月17 日，公司2 號機組檢修，1 號機組單機供熱運行，1 號機電負荷493 MW，供熱流量540 t/h，總給水流量1 775 t/h。10 時02 分，1B 汽泵運行中突然故障跳閘，“單臺汽泵跳閘電泵聯啟不切供熱”邏輯動作，電泵聯啟成功在24 s 內即完成與汽泵并泵出水，電泵升速并泵過程中振動正常，在運1A 汽泵出力同時加大。10 時04 分27 秒，給水流量按照設計值穩定在1 400 t/h 附近，電負荷473 MW，供熱流量481 t/h，機組各參數趨于穩定。成功實現了“單臺汽泵跳閘后，機組少減負荷甚至不減負荷，不切除供熱”的預期目標，避免了一次全廠對外供熱中斷事故。

600 MW 超臨界供熱機組汽泵跳閘電泵聯啟不切供熱控制方案目前已在公司機組供熱運行工況下多次成功應用。該方案的成功應用，極大地提高了公司供熱可靠性，為周邊用汽企業提供了有力的供熱保障，標志著公司全國首創研發的“600 MW 超臨界抽凝供熱機組汽泵跳閘電泵搶水不切供熱控制方案”經歷了實踐檢驗，獲得圓滿成功。

4 結語

為提高公司對外供熱可靠性，防止單臺汽泵跳閘后，機組切除供熱，造成公司對外供熱中斷。公司成立技術攻關組，通過對600 MW 超臨界供熱機組汽泵跳閘電泵聯啟不切供熱可行性進行全面分析，創造性提出了單臺汽泵跳閘電泵聯啟不切供熱的控制方法并成功應用，顯著提高了機組供熱可靠性，同時降低了運行人員汽泵故障處理操作難度，具有顯著的經濟效益和重要的社會意義，為國內外同類型超臨界供熱機組汽泵跳閘邏輯優化開創了新思路。