羅培全,張龍明,陳喜龍

(神華國華舟山發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江舟山 316012)

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給水泵汽輪機組自動沖轉(zhuǎn)系統(tǒng)設(shè)計與實踐

羅培全,張龍明,陳喜龍

(神華國華舟山發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江舟山 316012)

為了加強機組的安全運行，提出了給水泵汽輪機自動沖轉(zhuǎn)系統(tǒng)的設(shè)計方案。分析了該系統(tǒng)的控制范圍、特點、主要啟動步驟和設(shè)計關(guān)鍵點等。實踐證明該系統(tǒng)設(shè)計合理。

給水泵汽輪機； 自動沖轉(zhuǎn)； 設(shè)計

隨著國內(nèi)大容量、高參數(shù)火電機組的發(fā)展，作為重要輔機的給水泵組占廠用電比例最大。從節(jié)能降耗及節(jié)省投資考慮，燃煤機組取消啟動電動給水泵，采用單臺汽動給水泵配置方案，完成從啟動到帶負(fù)荷以及停機整個發(fā)電過程是有必要的。為了減少操作員的勞動強度，提高機組啟停的快速性、運行的安全節(jié)能性、操作的規(guī)范性，筆者結(jié)合一臺超臨界350 MW機組單汽泵自動啟動實踐的經(jīng)驗供同行參考。

1 汽動給水泵組工藝流程

該機組為國產(chǎn)350 MW超臨界燃煤機組。其給水系統(tǒng)的配置上采用單臺100%汽動給水泵組，取消30%電動啟動給水泵的方案。給水泵組布置方式為高位布置，中心線與主汽輪機中心線平行，其汽輪機排汽方式為下排汽，采用彈性隔震基礎(chǔ)設(shè)計。主給水泵采用國產(chǎn)泵組，芯包進口。

汽動給水泵組工藝流程屬于比較復(fù)雜的輔助系統(tǒng)，與汽動給水泵組相關(guān)的設(shè)備有水側(cè)的給水系統(tǒng)、汽側(cè)的動力蒸汽系統(tǒng)以及潤滑油系統(tǒng)。動力蒸汽系統(tǒng)見圖1。

圖1 給水泵汽輪機系統(tǒng)圖

汽動給水泵啟動用汽來自鄰爐的輔助蒸汽系統(tǒng)，當(dāng)本機組負(fù)荷升到50%時，通過汽源切換至本機的四段抽汽供汽。在停爐過程中，當(dāng)負(fù)荷降至30%時切換至輔助蒸汽，直到機組解列。

2 自動沖轉(zhuǎn)系統(tǒng)控制范圍及特點分析

2.1 自動沖轉(zhuǎn)系統(tǒng)控制范圍

給水泵汽輪機自動沖轉(zhuǎn)系統(tǒng)具有嚴(yán)格步序且融合了部分閉環(huán)調(diào)節(jié)回路的功能組。如何最優(yōu)地確定功能組控制設(shè)備范圍至關(guān)重要，它關(guān)系著該功能組的適用性和易用性。這些設(shè)備的具體確定必須依據(jù)機組特定工藝流程、系統(tǒng)運行規(guī)律及長期的運行經(jīng)驗。常規(guī)的做法是以重要輔機為中心，將屬于同一系統(tǒng)的設(shè)備組合在一起[1]。依據(jù)這些原則確定自動沖轉(zhuǎn)系統(tǒng)的設(shè)備范圍，包括輔汽至給水泵汽輪機用汽管道疏水門、給水泵汽輪機疏水門、主給水旁路電動調(diào)節(jié)門、主給水電動門、給水泵再循環(huán)調(diào)節(jié)門、給水泵汽輪機油系統(tǒng)、汽輪機給水泵組。

2.2 啟動思想

給水泵汽輪機沖轉(zhuǎn)功能組主要完成給水泵汽輪機動力汽源的投入、沖轉(zhuǎn)至最低遙控轉(zhuǎn)速，使其從靜止?fàn)顟B(tài)沖轉(zhuǎn)至備用狀態(tài)。為防止給水泵汽蝕，在給水泵沖轉(zhuǎn)前開啟給水泵再循環(huán)調(diào)節(jié)門，關(guān)閉主給水電動門和給水旁路電動調(diào)節(jié)門。在調(diào)整好本體疏水門、輔汽管道疏水門、核實給水泵汽輪機啟動條件后，由ATR程序判斷給水泵汽輪機的狀態(tài)，然后根據(jù)泵組狀態(tài)計算沖轉(zhuǎn)升速率、暖機時間，最終升速至最低遙控轉(zhuǎn)速，并完成給水泵汽輪機MEH遙控的投入。

啟動功能邏輯圖見圖2。

2.3 功能組啟動允許條件

功能組啟動允許條件，主要對給水泵汽輪機相關(guān)油系統(tǒng)、除氧給水系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、軸封系統(tǒng)進行全面檢查，核實這些系統(tǒng)是否具備沖轉(zhuǎn)給水泵汽輪機的要求。主要條件至少包括：

檢查卡執(zhí)行完畢，主要檢查相關(guān)系統(tǒng)的手動門等是否滿足條件；鍋爐給水前置泵已經(jīng)啟動；給水泵潤滑油油壓正常；給水泵調(diào)節(jié)油油壓正常；給水泵汽輪機軸封供汽壓力正常；凝汽器壓力低于中間值；除氧器水位正常。

2.4 主要啟動步驟

給水泵汽輪機自動啟動系統(tǒng)首先進行功能組啟動允許條件的判斷，包括給水泵汽輪機軸封供汽壓力正常；前置泵已經(jīng)合閘；給水泵汽輪機潤滑油壓力正常；給水泵汽輪機調(diào)節(jié)油壓力正常；除氧器水位正常；凝汽器壓力小于-76 kPa。功能組第一步，置給水泵再循環(huán)調(diào)節(jié)門100%，關(guān)閉給水旁路電動調(diào)節(jié)閥和主給水電動門；第二步，開給水泵汽輪機本體疏水閥和輔汽用汽電動門前疏水閥，包括給水泵汽輪機高壓缸疏水閥、汽缸平衡管疏水閥、汽封母管疏水閥、低壓缸疏水閥、輔汽供汽電動門前疏水閥、四抽供小機電動門后疏水閥；第三步，開輔汽供小機用汽電動門；第四步，等待延時，確保MEH和DCS側(cè)均準(zhǔn)備好沖轉(zhuǎn)條件；第五步，復(fù)位給水泵汽輪機控制系統(tǒng)；第六步，開給水泵汽輪機本體疏水閥和輔汽用電動門前汽疏水閥；第七步，投大氣擴容器A、B側(cè)入口液動調(diào)節(jié)門自動。

2.5 檢查卡設(shè)計

功能組本質(zhì)上是一種帶工藝設(shè)備操作的程序流，和傳統(tǒng)的手動操作存在較大的差異，在手動啟動過程中，運行人員啟動某一設(shè)備，會在啟動后檢查設(shè)備運行情況，如果發(fā)現(xiàn)異常，則可以暫緩、停止下一步的操作，而程序沒有人工這么智能，所以必須在程序流開始之前仔細、嚴(yán)謹(jǐn)檢查，確保在程序流啟動之前設(shè)備正常。

檢查卡設(shè)計需要包括如下幾點：確認(rèn)給水泵、給水泵汽輪機所有相關(guān)系統(tǒng)工作票已經(jīng)全部終結(jié)；熱控表計投入，顯示正常；所有執(zhí)行機構(gòu)已經(jīng)送電；所有手動門已經(jīng)為啟動準(zhǔn)備狀態(tài)，并具體列出閥門清單。

2.6 DCS側(cè)給水泵汽輪機遙控啟動條件設(shè)計

由于機組DCS和MEH不在同一套硬件系統(tǒng)中，所以需要分別設(shè)計DCS側(cè)邏輯和MEH側(cè)邏輯。 在給水泵汽輪機進蒸汽前全面判斷相關(guān)系統(tǒng)是否具備沖轉(zhuǎn)條件，包括三個方面內(nèi)容：(1)工藝系統(tǒng)具備條件；(2)熱控儀表監(jiān)測正常；(3)控制調(diào)節(jié)回路正常。

工藝系統(tǒng)檢測項目：給水泵汽輪機系統(tǒng)就緒；四級抽汽至給水泵汽輪機壓力正常；給水泵汽輪機潤滑油油壓正常；給水泵汽輪機調(diào)節(jié)油油壓正常；給水泵汽輪機排氣壓力正常；給水泵汽輪機軸封供汽壓力正常；除氧器水位正常；鍋爐給水前置泵已經(jīng)運行；給水泵上下筒體溫度差小于20 K；除氧器與下筒體溫度差小于50 K；給水泵汽輪機汽封管疏水閥已打開；給水泵汽輪機低壓缸疏水閥已打開；給水泵汽輪機高壓缸疏水閥已打開；給水泵汽輪機平衡管疏水閥已打開。熱控儀表監(jiān)測項目：無METS報警信號；無跳閘保護條件；給水泵汽輪機MTSI系統(tǒng)正常。控制調(diào)節(jié)回路項目:給水流量無故障；給水泵汽輪機遙控設(shè)定無故障；給水泵汽輪機轉(zhuǎn)速正常。

2.7 功能組沖轉(zhuǎn)完成條件

功能組的完成條件包括：轉(zhuǎn)速大于3 000 r/min；頂軸油泵已經(jīng)停運；大氣擴容器A側(cè)入口液動調(diào)節(jié)門自動已經(jīng)投入大氣擴容器B側(cè)入口液動調(diào)節(jié)門自動已經(jīng)投入。

2.8 MEH側(cè)邏輯設(shè)計

常規(guī)MEH主要控制方式有三種：手動運行方式、轉(zhuǎn)速自動控制、CCS轉(zhuǎn)速控制。手動運行方式為MEH系統(tǒng)的后備方式，當(dāng)系統(tǒng)工作不正常而伺服閥模件還能正常工作時，可由運行人員在0～6 000 r/min范圍內(nèi)手動操作，達到控制轉(zhuǎn)速的目的。手動方式就是直接操作閥門開度指令來控制閥門開關(guān)，開環(huán)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。在轉(zhuǎn)速自動控制方式，給水泵汽輪機轉(zhuǎn)速自動主要通過操作員給出的轉(zhuǎn)速設(shè)定值，轉(zhuǎn)速閉環(huán)回路控制汽輪機的轉(zhuǎn)速。在此方式下，操作員按給水泵汽輪機的理想升速曲線控制升速。初始設(shè)定點以設(shè)定的速率控制轉(zhuǎn)速到目標(biāo)值，目標(biāo)轉(zhuǎn)速和升速率可由運行人員在操作員站上設(shè)置。CCS轉(zhuǎn)速控制方式即鍋爐給水自動方式。CCS給出4～20 mA給水量需求指令轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速設(shè)定值，再通過轉(zhuǎn)速閉環(huán)回路控制給水泵汽輪機轉(zhuǎn)速。三種控制方式的切換通過互相之間的自動跟蹤，由邏輯判斷實現(xiàn)無擾切換。

目前國內(nèi)火電機組，給水泵汽輪機的沖轉(zhuǎn)大多采用操作員多次干預(yù)下的轉(zhuǎn)速自動控制方式，操作員人工判斷沖轉(zhuǎn)條件，手動設(shè)定升速率、目標(biāo)轉(zhuǎn)速，達到暖機轉(zhuǎn)速后進行暖機，暖機到一定程度后再次升速至最低遙控轉(zhuǎn)速，在達到最低遙控轉(zhuǎn)速(一般為3 000 r/min)后由操作員在DCS與MEH之間進行手動的遙控投入和撤出。給水泵汽輪機自動啟動系統(tǒng)MEH側(cè)設(shè)計就是要解決沖轉(zhuǎn)條件判斷，升速暖機過程程序化，自動升速及遙控啟動、遙控投入、升速、暖機等問題。

2.8.1 MEH側(cè)遙控啟動允許

MEH首先進行狀態(tài)確認(rèn)，在沒有超速試驗，給水泵汽輪機轉(zhuǎn)速無故障，無給水泵汽輪機遙控退出按鈕，給水指令正常的情況下，確認(rèn)遙控啟動允許條件滿足，并發(fā)條件滿足信號至DCS側(cè)的順控主程序。圖3為給水泵汽輪機遙控允許邏輯圖。

圖3 給水泵汽輪機遙控允許邏輯圖

2.8.2 遙控已經(jīng)投入

MEH在收到順控主程序發(fā)來的遠程啟動指令與給水泵汽輪機遙控允許且沒有遙控退出請求且無轉(zhuǎn)速通道故障置位給水泵汽輪機遙控已投入。當(dāng)遙控退出按鈕、給水泵汽輪機遙控允許不滿足、給水泵轉(zhuǎn)速低中的其中一個條件不滿足時，復(fù)位給水汽輪機遙控已投入。圖4為給水泵汽輪機遙控已投入邏輯圖。

圖4 給水泵汽輪機遙控已投入邏輯圖

2.8.3 MEH側(cè)沖轉(zhuǎn)程序設(shè)計

升速率生成回路見圖5。

圖5 升速速率形成回路

汽動給水泵汽輪機沖轉(zhuǎn)子組第一步復(fù)位、掛閘。確認(rèn)掛閘成功后，判斷泵組的狀態(tài)為冷態(tài)、溫態(tài)還是熱態(tài)。再根據(jù)給水泵汽輪機的汽輪機啟動曲線，計算暖機時間，生成給水泵汽輪機升速速率，再根據(jù)升速率生成給水泵汽輪機的轉(zhuǎn)速設(shè)定值，由轉(zhuǎn)速設(shè)定值和實際轉(zhuǎn)速進行PID的閉環(huán)運算，形成給水泵汽輪機的高低壓調(diào)門指令，控制給水泵汽輪機的轉(zhuǎn)速，最終調(diào)節(jié)給水流量。

由圖5可見：在沖轉(zhuǎn)初期且投入ATR模式，由D處的減法塊輸出為ATR目標(biāo)RPM(3000)值減去轉(zhuǎn)速設(shè)定值，通過A處的絕對值模塊，輸出B大于2處下來的ATR升速率，最終選擇最右側(cè)分支的回路，形成最終的給水泵汽輪機升速率。當(dāng)汽輪機轉(zhuǎn)速升高至近3 000 r/min時，A處的ABS模塊輸出會比較小，通過C處的小選模塊，最終形成給水泵汽輪機升速率。

3 自動沖轉(zhuǎn)系統(tǒng)特點

3.1 順序控制和保護聯(lián)鎖的獨立設(shè)計

無論是順控還是聯(lián)鎖保護邏輯，控制對象最終統(tǒng)一到電動執(zhí)行機構(gòu)、泵等設(shè)備。做到自動啟動系統(tǒng)邏輯和保護聯(lián)鎖的完全分離至關(guān)重要，鑒于設(shè)備可靠性的要求，可以在順控系統(tǒng)的設(shè)計中只涉及設(shè)備的啟停操作，不對單體設(shè)備的跳閘條件進行修改。為避免設(shè)備的損壞，設(shè)備的啟動允許條件必須嚴(yán)格、謹(jǐn)慎[1]。設(shè)備的聯(lián)鎖邏輯關(guān)系遵照常規(guī)機組進行設(shè)計[2]。

3.2 順序控制和調(diào)節(jié)控制一體化設(shè)計

功能組的順序控制所納入的設(shè)備有開關(guān)量控制設(shè)備，包括設(shè)備的開、關(guān)、啟、停，進行兩位或三位控制。此外還包括模擬量控制設(shè)備，如給水調(diào)節(jié)門、給水泵再循環(huán)調(diào)節(jié)門。調(diào)節(jié)控制的控制對象為這些模擬量設(shè)備，正常情況下，它擔(dān)當(dāng)閉環(huán)調(diào)節(jié)的基本功能，但在系統(tǒng)啟動、停止過程中，這些設(shè)備必須控制到一定狀態(tài)，以滿足下一步程序操作的需要[3]。

4 結(jié)語

機組經(jīng)深度調(diào)試表明：系統(tǒng)邏輯完善合理，完全具備投入使用的條件。實踐證明給水泵汽輪機的自啟動系統(tǒng)的設(shè)計方案合理，其是DCS廠家、調(diào)試單位、施工安裝單位、業(yè)主方APS項目組成員共同努力的結(jié)果，此系統(tǒng)的成功應(yīng)用減少了機組運行人員的操作內(nèi)容，規(guī)范了設(shè)備的啟動過程，減輕了運行人員的勞動強度。此系統(tǒng)的成功應(yīng)用為機組級的自啟停系統(tǒng)(APS)成功打下堅實的基礎(chǔ)，也為同類機組在實施給水泵汽輪機自動啟動提供一種可以借鑒的經(jīng)驗。

[1] 華東六省一市電機工程(電力)學(xué)會. 熱工自動化[M]. 北京: 中國電力出版社,2000.

[2] 潘鳳萍,陳世和,陳銳民,等. 火力發(fā)電機組自啟?？刂萍夹g(shù)及應(yīng)用[M]. 北京: 科學(xué)出版社,2011.

[3] 熊澤生. 給水泵組順序控制及調(diào)節(jié)控制設(shè)計和調(diào)試分析[J]. 湖北電力,2004,28(5): 16-18.

Design and Application of Automatic Impulse System for a Feed-water Pump Turbine

Luo Peiquan,Zhang Longming,Chen Xilong

(Shenhua Guohua Zhoushan Power Generation Co.,Ltd.,Zhoushan 316012, Zhejiang Province,China)

To secure the safety operation of a power unit,an introduction is presented to the design scheme of its automatic impulse system for the feed water pump turbine,together with an analysis on the control range,key start-up procedures and key design points of the system,which has been proved to be reasonable by actual applications.

feed-water pump turbine; automatic impulse; design

2016-09-18；

2016-11-17

羅培全(1976—)，男，高級工程師，主要從事火力發(fā)電廠熱控及工業(yè)自動化技術(shù)管理及研究。

E-mail: luopeiquan@163.com

TK323

A

1671-086X(2017)04-0300-05