房國成，李長寬，馬銘宏，丁永允

（1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006；2.中國化學(xué)工業(yè)桂林工程有限公司沈陽分公司，遼寧 沈陽 110003）

電廠循環(huán)水系統(tǒng)智能控制的優(yōu)化分析

房國成1，李長寬2，馬銘宏1，丁永允1

（1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006；2.中國化學(xué)工業(yè)桂林工程有限公司沈陽分公司，遼寧 沈陽 110003）

智能電網(wǎng)的發(fā)展取決于系統(tǒng)內(nèi)的智能控制設(shè)備及自動(dòng)化控制水平的發(fā)展。對不同類型機(jī)組的循環(huán)水系統(tǒng)的智能控制進(jìn)行優(yōu)化研究，同時(shí)對不同的控制系統(tǒng)在控制過程中的難點(diǎn)進(jìn)行分析，逐一提出解決措施，保證整個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

智能電網(wǎng)；自動(dòng)化控制；循環(huán)水系統(tǒng)；優(yōu)化分析

火力發(fā)電廠在整個(gè)電力系統(tǒng)中占有非常重要的地位，而循環(huán)水系統(tǒng)又是電廠冷卻的關(guān)鍵系統(tǒng)［1］，決定著整個(gè)汽輪發(fā)電機(jī)組是否能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行［2－3］，如果循環(huán)水系統(tǒng)沒有控制好或者控制不合理的話，將會(huì)影響整個(gè)汽輪發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行，本文對不同類型機(jī)組的循環(huán)水系統(tǒng)的自動(dòng)控制策略進(jìn)行詳細(xì)闡述和分析，制定合理的智能控制邏輯，同時(shí)對不同控制系統(tǒng)的控制難點(diǎn)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)控制，保證整個(gè)電廠機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 系統(tǒng)概述

循環(huán)水一般通過循環(huán)水管經(jīng)濾網(wǎng)先進(jìn)入低背壓凝汽器，再流經(jīng)高背壓凝汽器后回到冷卻塔。循環(huán)水泵電機(jī)冷卻水由工業(yè)水供給。循環(huán)水泵及其出口閥門等在主廠房集控室內(nèi)集中控制，旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)、攔污柵等在循環(huán)水泵房內(nèi)控制室中的PLC控制，也有的機(jī)組進(jìn)入集控室內(nèi)集中控制［4－6］。循環(huán)水系統(tǒng)主要包括：循環(huán)水泵、循環(huán)水泵出口液控蝶閥、循環(huán)水管道及凝汽器等，并配有凝汽器膠球清洗系統(tǒng)。調(diào)試過程中主要注意啟動(dòng)前循環(huán)水管的注水、啟動(dòng)時(shí)泵出口門的開啟過程，防止泵的損壞以及凝汽器受到水錘沖擊。

不同機(jī)組選用的循環(huán)水泵的容量不同，有50%容量和100%容量等，根據(jù)選用的容量可以確定本廠所用循環(huán)水泵的數(shù)量，而為了保證機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，視不同情況可以決定是否需要選擇備用循環(huán)水泵，這樣在機(jī)組滿負(fù)荷時(shí)，一旦某一臺循環(huán)水泵發(fā)生故障可以隨時(shí)聯(lián)啟備用循環(huán)水泵，保證機(jī)組其他所有設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，一般情況下，循環(huán)水系統(tǒng)通常包含2臺或3臺循環(huán)水泵［7－8］，當(dāng)然根據(jù)容量的不同，也有其他不同的系統(tǒng)，即使水泵數(shù)量相同在不同機(jī)組其系統(tǒng)也會(huì)有所不同，但工作方式及原理是相同的，其中2臺循環(huán)水泵的系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 2臺循環(huán)水泵的系統(tǒng)示意圖

2 系統(tǒng)控制策略

整個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)的控制過程中，關(guān)鍵是對循環(huán)水泵出口液控蝶閥的控制，難點(diǎn)是循環(huán)水泵之間的聯(lián)鎖以及程控啟動(dòng)時(shí)如何避免對系統(tǒng)的沖擊［9］，下面只是對循環(huán)水泵及其出口液控蝶閥的常規(guī)控制策略進(jìn)行闡述。

2.1 循環(huán)水泵出口液控蝶閥的控制

循環(huán)水泵出口液控蝶閥一般都是由自帶的PLC程序控制，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方、就地自動(dòng)和手動(dòng)開關(guān)閥門［10－12］。液壓控制系統(tǒng)采用2臺油泵，互為備用，可自動(dòng)切換，在電動(dòng)油泵出現(xiàn)故障時(shí)，用手動(dòng)油泵仍可開啟或關(guān)閉閥門。

閥門具有中停功能，即：開關(guān)閥過程中，按停止按鈕，閥門可在任意位置停留；通過調(diào)整閥門的3個(gè)節(jié)流閥，可調(diào)整閥門開啟、快關(guān)、慢關(guān)時(shí)間，即：用節(jié)流閥調(diào)整開閥時(shí)間，用快關(guān)角度調(diào)節(jié)閥、慢關(guān)角度調(diào)節(jié)閥調(diào)整閥門快關(guān)、慢關(guān)角度（系統(tǒng)無壓時(shí)調(diào)整），調(diào)整到符合要求的數(shù)值，同時(shí)注意，這個(gè)角度必須要與循環(huán)水泵要求的角度相匹配。

一般情況下，循環(huán)水泵出口液控蝶閥可以勻速開啟，分2階段關(guān)閉，即如果沒有特殊要求，該蝶閥可以勻速開啟直至閥門全開為止，而關(guān)閉時(shí)，前面的75°快關(guān)，后面的15°慢關(guān)［13－15］，這3個(gè)過程中，每一個(gè)過程的動(dòng)作時(shí)間均可以根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際要求進(jìn)行調(diào)整。

2.2 循環(huán)水泵的控制

按泵啟動(dòng)按鈕時(shí)，出口液控蝶閥開啟，當(dāng)打開至15°位置時(shí)聯(lián)鎖啟動(dòng)循環(huán)水泵，出口蝶閥繼續(xù)開啟至全開位置；按泵停止按鈕時(shí)，出口蝶閥關(guān)閉，當(dāng)關(guān)閉至15°位置時(shí)，聯(lián)鎖停止循環(huán)水泵，出口蝶閥繼續(xù)關(guān)閉至全關(guān)位置；事故停泵時(shí)，聯(lián)鎖關(guān)閉出口液動(dòng)閥門，延時(shí)5 min，聯(lián)鎖關(guān)閉循環(huán)水泵電機(jī)冷卻水和軸承潤滑水門；每臺循泵啟動(dòng)失敗后，不可立即再啟動(dòng)，待出口蝶閥關(guān)閉30 s后才能再次啟動(dòng)，即管道內(nèi)水流穩(wěn)定后再啟動(dòng)；2臺循泵啟動(dòng)間隔時(shí)間至少1 min［16－21］。

啟動(dòng)循環(huán)水泵之前，管道應(yīng)先通水，開所有排氣手動(dòng)門，完成管道排氣工作，并且出口液控蝶閥處于關(guān)閉狀態(tài)。首次啟動(dòng)時(shí)，一般采用手動(dòng)開出口門，手動(dòng)啟泵的方式，待出口液控蝶閥開至15°位置時(shí)，啟動(dòng)循環(huán)水泵，同時(shí)注意凝汽器所有排空氣門見水后應(yīng)該關(guān)閉，然后全開泵出口蝶閥；另1臺循泵試運(yùn)時(shí)就可采用自動(dòng)方式啟動(dòng)。正常停泵時(shí)，先關(guān)閉出口蝶閥至15°位置，然后自動(dòng)停止循環(huán)水泵，出口門繼續(xù)關(guān)閉至全關(guān)位置［22－24］。循環(huán)水泵及其出口蝶閥的控制流程圖如圖2所示。

圖2 循環(huán)水泵及其出口蝶閥的控制流程

3 優(yōu)化控制分析

由以上分析可知：整個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)的控制核心是循環(huán)水泵及其出口液控蝶閥的控制，循環(huán)水泵在滿足啟動(dòng)允許條件之后可以發(fā)出“啟泵”指令，滿足停止允許條件之后可以發(fā)出“停泵”指令，同時(shí)，為了滿足系統(tǒng)的需要，也為了保護(hù)設(shè)備不受損害，還對循環(huán)水泵設(shè)置了“保護(hù)條件”，即當(dāng)有危害設(shè)備或者損壞整個(gè)系統(tǒng)的情況發(fā)生時(shí)，循環(huán)水泵可以無條件發(fā)出“停泵”指令，以保護(hù)設(shè)備；出口液控蝶閥要根據(jù)系統(tǒng)和循環(huán)水泵的需要進(jìn)行開啟和關(guān)閉，為了減少手動(dòng)操作的的失誤，對循環(huán)水泵和出口液控蝶閥設(shè)置了一系列聯(lián)鎖條件，保證系統(tǒng)的合理性，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時(shí)也防止了一些對系統(tǒng)或設(shè)備有害的因素，特別是人為難以發(fā)現(xiàn)和控制的危險(xiǎn)因素。

3.1 控制模塊的優(yōu)化改進(jìn)

不論使用什么控制軟件，其驅(qū)動(dòng)級的控制功能應(yīng)該是能夠滿足實(shí)際運(yùn)行需要的，不同的只是驅(qū)動(dòng)級各個(gè)管腳的名稱有所區(qū)別而已。應(yīng)具備的基本功能如下：滿足“啟動(dòng)允許”條件時(shí)，才可以啟動(dòng)設(shè)備；滿足“停止允許”條件時(shí)，才可以停止設(shè)備；當(dāng)有特別需要時(shí)，可以在投入“備用”以后，當(dāng)設(shè)備滿足連鎖啟動(dòng)條件時(shí)，投入備用的設(shè)備就可以自動(dòng)啟動(dòng)；為了保護(hù)設(shè)備，當(dāng)滿足“保護(hù)啟動(dòng)”條件時(shí)，設(shè)備不需要任何條件就立即啟動(dòng)，當(dāng)滿足“保護(hù)停止”條件時(shí)，設(shè)備仍然不需要任何條件就立即停止；根據(jù)實(shí)際需要，有些設(shè)備具有中停功能，即在開啟過程中，通過點(diǎn)擊中停按鈕可使設(shè)備停在當(dāng)前位置，之后再根據(jù)開指令或者關(guān)指令進(jìn)行開啟或關(guān)閉，同理，在關(guān)閉過程中，也可以通過點(diǎn)擊中停按鈕使設(shè)備停在當(dāng)前位置，之后再根據(jù)開指令或者關(guān)指令進(jìn)行開啟或關(guān)閉，除此之外，不同的控制軟件還會(huì)有一些自己的控制功能，使用者可根據(jù)實(shí)際運(yùn)行的需要進(jìn)行選擇。

目前大多數(shù)控制軟件，都是將驅(qū)動(dòng)級做成集成的，也就是作為一個(gè)宏塊來使用，而有一些宏塊在使用過程中，會(huì)對實(shí)際運(yùn)行中的某些操作造成影響，嚴(yán)重的會(huì)造成某些功能的不可使用。ABB的SYMPHONY控制系統(tǒng)，就出現(xiàn)因?yàn)楹陦K造成離線下裝時(shí)運(yùn)行設(shè)備的跳機(jī)現(xiàn)象。OVATION系統(tǒng)新開發(fā)了很多功能宏塊，結(jié)果在實(shí)際運(yùn)行中都不是非常實(shí)用，還得根據(jù)實(shí)際需要對其進(jìn)行改正。FOXBRO系統(tǒng)原有的功能宏塊在中停之后，不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟動(dòng)，只能手動(dòng)進(jìn)行啟動(dòng)或者停止。針對宏塊的不足，可根據(jù)實(shí)際需要另外搭建邏輯實(shí)現(xiàn)，也可以進(jìn)入宏塊的編輯模式進(jìn)行修改。本文以FOXBRO系統(tǒng)為例，分析一下優(yōu)化過程：在循環(huán)水泵的啟動(dòng)過程中，出現(xiàn)出口液控蝶閥在中停之后，不能自動(dòng)啟動(dòng)的現(xiàn)象，針對這一問題，從系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)級功能進(jìn)行深入分析，根據(jù)各個(gè)管腳的功能以及動(dòng)作過程，對其CALCA STEPS進(jìn)行修改，即可實(shí)現(xiàn)上述功能，修改后驅(qū)動(dòng)級程序如圖3所示。

圖3 修改后的程序示意圖

3.2 控制邏輯的優(yōu)化

隨著電廠集控程度的要求越來越高，對機(jī)組分系統(tǒng)的自動(dòng)化控制水平的要求也就越來越高，尤其是循環(huán)水系統(tǒng)，增加了許多自動(dòng)控制邏輯，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性，要求DCS控制系統(tǒng)必須完全可靠并準(zhǔn)確無誤地完成每一項(xiàng)控制任務(wù)，保證系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行［25－26］，下面對一些比較容易出錯(cuò)、不容易實(shí)現(xiàn)的控制邏輯進(jìn)行分析闡述，為相關(guān)研究人員提供經(jīng)驗(yàn)。

a.在聯(lián)啟備用泵的時(shí)候，當(dāng)備用泵聯(lián)啟且正常運(yùn)行以后，該備用信號必須切除，否則就會(huì)出現(xiàn)再次聯(lián)啟，甚至是互聯(lián)很多次的現(xiàn)象，影響設(shè)備安全，這就要求備用復(fù)位信號的脈沖必須在“邏輯或”的前面，而不能放在其后面，否則就會(huì)出現(xiàn)備用信號不能正常切除現(xiàn)象。

b.循環(huán)水泵的跳閘保護(hù)條件中有一條是：泵運(yùn)行之后，如果一定時(shí)間之內(nèi)出口蝶閥未開至15°位置，則該泵跳閘。需要注意的是，不論是首臺啟動(dòng)的泵，還是聯(lián)鎖啟動(dòng)的泵，均應(yīng)該跳閘，邏輯中非常容易出現(xiàn)首臺泵跳閘正常，而連鎖啟動(dòng)的泵會(huì)出現(xiàn)不跳閘現(xiàn)象，這就要求在做邏輯保護(hù)試驗(yàn)過程中，必須模擬所有實(shí)際工況，保證試驗(yàn)的完整性和可靠性，才能更有效地保護(hù)設(shè)備。

c.控制邏輯搭建好后，必須注意各個(gè)功能塊之間的時(shí)序搭配，信號的長短區(qū)別以及有無延時(shí)等情況［27］，不同控制系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)自己的組態(tài)特征進(jìn)行檢查，尤其注意的是FOXBRO系統(tǒng)，對時(shí)序的要求尤其嚴(yán)格，每一次修改邏輯后，都必須重新調(diào)整功能塊的時(shí)序，否則就會(huì)因?yàn)闀r(shí)序的混亂或不合理造成指令不能正常發(fā)出的現(xiàn)象，同時(shí)還必須注意時(shí)間的調(diào)整，這樣才能保證控制邏輯的可靠性。

d.需要中停的設(shè)備，其開指令、關(guān)指令必須是長信號，否則中停信號發(fā)不出去，如果開指令和關(guān)指令均是脈沖信號，那么在開或關(guān)的過程中，中停信號是不起作用的。

e.在負(fù)荷較大的情況下，需要運(yùn)行2臺循環(huán)水泵，這時(shí)就涉及到如何讓2臺泵并列運(yùn)行［28］，非首臺啟動(dòng)時(shí)，出口液控蝶閥和循環(huán)水泵是同時(shí)動(dòng)作的，這樣可以防止循環(huán)水泵因?yàn)槌隹陂T沒有開啟而空轉(zhuǎn)損壞電機(jī)的情況，與此同時(shí)，還可能會(huì)出現(xiàn)由于水沖擊而泵體振動(dòng)過大的現(xiàn)象，這是主要影響并泵的不利因素，這時(shí)可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整出口門開度，同時(shí)觀察循環(huán)水泵振動(dòng)情況，有可能振動(dòng)是短暫的，不會(huì)對設(shè)備或系統(tǒng)造成影響，待2臺泵均正常運(yùn)行以后，再根據(jù)要求調(diào)整系統(tǒng)。

f.如果只有2臺循環(huán)水泵，之間的連鎖邏輯應(yīng)該比較程式化，如果有3臺循環(huán)水泵，這就涉及到復(fù)雜工況，負(fù)荷小的工況下要求1臺運(yùn)行，另外2臺其中1臺優(yōu)先備用，另外1臺等待優(yōu)先備用的泵聯(lián)啟以后轉(zhuǎn)換為優(yōu)先備用，負(fù)荷大的情況下，要求2臺泵運(yùn)行，另外1臺處于備用狀態(tài)，備用泵聯(lián)啟條件包括：運(yùn)行泵跳閘或者出口壓力低，同時(shí)還涉及到聯(lián)啟優(yōu)先備用泵時(shí)，如果一定時(shí)間內(nèi)聯(lián)啟失敗，則聯(lián)啟另外1臺等等，逐條邏輯考究的話一共有27種連鎖方式，這就要求必須保證邏輯的可靠性，同時(shí)還必須保證邏輯的簡單性，防止相互之間造成擾動(dòng)，圖4的邏輯既可以實(shí)現(xiàn)上述所有聯(lián)鎖功能，又簡明扼要，不會(huì)相互之間產(chǎn)生干擾或者擾動(dòng)。

圖4 3臺循泵聯(lián)鎖邏輯示意圖

4 結(jié)束語

主要對發(fā)電廠中循環(huán)水系統(tǒng)的控制現(xiàn)狀進(jìn)行闡述，分析不同控制系統(tǒng)在操作中的難點(diǎn)及注意事項(xiàng)，對以往控制方法中的不足之處進(jìn)行改進(jìn)，針對具體情況提出新的控制策略，尤其是對固有邏輯的改進(jìn)和更新，最終實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的智能控制，提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，滿足了智能電網(wǎng)的控制要求。

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Optimal Analysis on Intelligent Controlling of the Power Plant Circulating Water System

FANG Guo?cheng1，LI Chang?kuan2，MA Ming?hong1，DING Yong?yun1
（1.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China；2.China Chemical Industry Guilin Engineering Co.，Ltd.，branch in Shenyang，Shenyang，Liaoning 110003，China）

The development of the smart grid depends on intelligent control devices and the automation control level.Optimization study is made on different types of intelligent control unit of the circulating water system，while different control systems difficulty in controlling the process is analyzed.Solutions to them is given，ensuring the safety and stability operation of the circulating water sys?tem.

Smart grid；Automation control；Circulating water system；Optimal analysis

TM621；TM273

A

1004－7913（2015）02－0016－04

房國成（1979—），男，碩士，工程師，主要從事熱工過程先進(jìn)控制、智能控制等方面的研究。

2014－10－23）