电厂循环水系统智能控制的优化分析

房国成，李长宽，马铭宏，丁永允

（1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006；2.中国化学工业桂林工程有限公司沈阳分公司，辽宁 沈阳 110003）

电厂循环水系统智能控制的优化分析

房国成1，李长宽2，马铭宏1，丁永允1

（1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006；2.中国化学工业桂林工程有限公司沈阳分公司，辽宁 沈阳 110003）

智能电网的发展取决于系统内的智能控制设备及自动化控制水平的发展。对不同类型机组的循环水系统的智能控制进行优化研究，同时对不同的控制系统在控制过程中的难点进行分析，逐一提出解决措施，保证整个循环水系统的安全稳定运行。

智能电网；自动化控制；循环水系统；优化分析

火力发电厂在整个电力系统中占有非常重要的地位，而循环水系统又是电厂冷却的关键系统［1］，决定着整个汽轮发电机组是否能够安全稳定运行［2－3］，如果循环水系统没有控制好或者控制不合理的话，将会影响整个汽轮发电机组的正常运行，本文对不同类型机组的循环水系统的自动控制策略进行详细阐述和分析，制定合理的智能控制逻辑，同时对不同控制系统的控制难点进行分析，实现全程自动控制，保证整个电厂机组的安全稳定运行。

1 系统概述

循环水一般通过循环水管经滤网先进入低背压凝汽器，再流经高背压凝汽器后回到冷却塔。循环水泵电机冷却水由工业水供给。循环水泵及其出口阀门等在主厂房集控室内集中控制，旋转滤网、拦污栅等在循环水泵房内控制室中的PLC控制，也有的机组进入集控室内集中控制［4－6］。循环水系统主要包括：循环水泵、循环水泵出口液控蝶阀、循环水管道及凝汽器等，并配有凝汽器胶球清洗系统。调试过程中主要注意启动前循环水管的注水、启动时泵出口门的开启过程，防止泵的损坏以及凝汽器受到水锤冲击。

不同机组选用的循环水泵的容量不同，有50%容量和100%容量等，根据选用的容量可以确定本厂所用循环水泵的数量，而为了保证机组的稳定运行，视不同情况可以决定是否需要选择备用循环水泵，这样在机组满负荷时，一旦某一台循环水泵发生故障可以随时联启备用循环水泵，保证机组其他所有设备的安全稳定运行，一般情况下，循环水系统通常包含2台或3台循环水泵［7－8］，当然根据容量的不同，也有其他不同的系统，即使水泵数量相同在不同机组其系统也会有所不同，但工作方式及原理是相同的，其中2台循环水泵的系统示意图如图1所示。

图1 2台循环水泵的系统示意图

2 系统控制策略

整个循环水系统的控制过程中，关键是对循环水泵出口液控蝶阀的控制，难点是循环水泵之间的联锁以及程控启动时如何避免对系统的冲击［9］，下面只是对循环水泵及其出口液控蝶阀的常规控制策略进行阐述。

2.1 循环水泵出口液控蝶阀的控制

循环水泵出口液控蝶阀一般都是由自带的PLC程序控制，可实现远方、就地自动和手动开关阀门［10－12］。液压控制系统采用2台油泵，互为备用，可自动切换，在电动油泵出现故障时，用手动油泵仍可开启或关闭阀门。

阀门具有中停功能，即：开关阀过程中，按停止按钮，阀门可在任意位置停留；通过调整阀门的3个节流阀，可调整阀门开启、快关、慢关时间，即：用节流阀调整开阀时间，用快关角度调节阀、慢关角度调节阀调整阀门快关、慢关角度（系统无压时调整），调整到符合要求的数值，同时注意，这个角度必须要与循环水泵要求的角度相匹配。

一般情况下，循环水泵出口液控蝶阀可以匀速开启，分2阶段关闭，即如果没有特殊要求，该蝶阀可以匀速开启直至阀门全开为止，而关闭时，前面的75°快关，后面的15°慢关［13－15］，这3个过程中，每一个过程的动作时间均可以根据系统的实际要求进行调整。

2.2 循环水泵的控制

按泵启动按钮时，出口液控蝶阀开启，当打开至15°位置时联锁启动循环水泵，出口蝶阀继续开启至全开位置；按泵停止按钮时，出口蝶阀关闭，当关闭至15°位置时，联锁停止循环水泵，出口蝶阀继续关闭至全关位置；事故停泵时，联锁关闭出口液动阀门，延时5 min，联锁关闭循环水泵电机冷却水和轴承润滑水门；每台循泵启动失败后，不可立即再启动，待出口蝶阀关闭30 s后才能再次启动，即管道内水流稳定后再启动；2台循泵启动间隔时间至少1 min［16－21］。

启动循环水泵之前，管道应先通水，开所有排气手动门，完成管道排气工作，并且出口液控蝶阀处于关闭状态。首次启动时，一般采用手动开出口门，手动启泵的方式，待出口液控蝶阀开至15°位置时，启动循环水泵，同时注意凝汽器所有排空气门见水后应该关闭，然后全开泵出口蝶阀；另1台循泵试运时就可采用自动方式启动。正常停泵时，先关闭出口蝶阀至15°位置，然后自动停止循环水泵，出口门继续关闭至全关位置［22－24］。循环水泵及其出口蝶阀的控制流程图如图2所示。

图2 循环水泵及其出口蝶阀的控制流程

3 优化控制分析

由以上分析可知：整个循环水系统的控制核心是循环水泵及其出口液控蝶阀的控制，循环水泵在满足启动允许条件之后可以发出“启泵”指令，满足停止允许条件之后可以发出“停泵”指令，同时，为了满足系统的需要，也为了保护设备不受损害，还对循环水泵设置了“保护条件”，即当有危害设备或者损坏整个系统的情况发生时，循环水泵可以无条件发出“停泵”指令，以保护设备；出口液控蝶阀要根据系统和循环水泵的需要进行开启和关闭，为了减少手动操作的的失误，对循环水泵和出口液控蝶阀设置了一系列联锁条件，保证系统的合理性，增加系统的稳定性，同时也防止了一些对系统或设备有害的因素，特别是人为难以发现和控制的危险因素。

3.1 控制模块的优化改进

不论使用什么控制软件，其驱动级的控制功能应该是能够满足实际运行需要的，不同的只是驱动级各个管脚的名称有所区别而已。应具备的基本功能如下：满足“启动允许”条件时，才可以启动设备；满足“停止允许”条件时，才可以停止设备；当有特别需要时，可以在投入“备用”以后，当设备满足连锁启动条件时，投入备用的设备就可以自动启动；为了保护设备，当满足“保护启动”条件时，设备不需要任何条件就立即启动，当满足“保护停止”条件时，设备仍然不需要任何条件就立即停止；根据实际需要，有些设备具有中停功能，即在开启过程中，通过点击中停按钮可使设备停在当前位置，之后再根据开指令或者关指令进行开启或关闭，同理，在关闭过程中，也可以通过点击中停按钮使设备停在当前位置，之后再根据开指令或者关指令进行开启或关闭，除此之外，不同的控制软件还会有一些自己的控制功能，使用者可根据实际运行的需要进行选择。

目前大多数控制软件，都是将驱动级做成集成的，也就是作为一个宏块来使用，而有一些宏块在使用过程中，会对实际运行中的某些操作造成影响，严重的会造成某些功能的不可使用。ABB的SYMPHONY控制系统，就出现因为宏块造成离线下装时运行设备的跳机现象。OVATION系统新开发了很多功能宏块，结果在实际运行中都不是非常实用，还得根据实际需要对其进行改正。FOXBRO系统原有的功能宏块在中停之后，不能实现自动启动，只能手动进行启动或者停止。针对宏块的不足，可根据实际需要另外搭建逻辑实现，也可以进入宏块的编辑模式进行修改。本文以FOXBRO系统为例，分析一下优化过程：在循环水泵的启动过程中，出现出口液控蝶阀在中停之后，不能自动启动的现象，针对这一问题，从系统的驱动级功能进行深入分析，根据各个管脚的功能以及动作过程，对其CALCA STEPS进行修改，即可实现上述功能，修改后驱动级程序如图3所示。

图3 修改后的程序示意图

3.2 控制逻辑的优化

随着电厂集控程度的要求越来越高，对机组分系统的自动化控制水平的要求也就越来越高，尤其是循环水系统，增加了许多自动控制逻辑，增强了系统的可靠性，要求DCS控制系统必须完全可靠并准确无误地完成每一项控制任务，保证系统的安全可靠运行［25－26］，下面对一些比较容易出错、不容易实现的控制逻辑进行分析阐述，为相关研究人员提供经验。

a.在联启备用泵的时候，当备用泵联启且正常运行以后，该备用信号必须切除，否则就会出现再次联启，甚至是互联很多次的现象，影响设备安全，这就要求备用复位信号的脉冲必须在“逻辑或”的前面，而不能放在其后面，否则就会出现备用信号不能正常切除现象。

b.循环水泵的跳闸保护条件中有一条是：泵运行之后，如果一定时间之内出口蝶阀未开至15°位置，则该泵跳闸。需要注意的是，不论是首台启动的泵，还是联锁启动的泵，均应该跳闸，逻辑中非常容易出现首台泵跳闸正常，而连锁启动的泵会出现不跳闸现象，这就要求在做逻辑保护试验过程中，必须模拟所有实际工况，保证试验的完整性和可靠性，才能更有效地保护设备。

c.控制逻辑搭建好后，必须注意各个功能块之间的时序搭配，信号的长短区别以及有无延时等情况［27］，不同控制系统应根据自己的组态特征进行检查，尤其注意的是FOXBRO系统，对时序的要求尤其严格，每一次修改逻辑后，都必须重新调整功能块的时序，否则就会因为时序的混乱或不合理造成指令不能正常发出的现象，同时还必须注意时间的调整，这样才能保证控制逻辑的可靠性。

d.需要中停的设备，其开指令、关指令必须是长信号，否则中停信号发不出去，如果开指令和关指令均是脉冲信号，那么在开或关的过程中，中停信号是不起作用的。

e.在负荷较大的情况下，需要运行2台循环水泵，这时就涉及到如何让2台泵并列运行［28］，非首台启动时，出口液控蝶阀和循环水泵是同时动作的，这样可以防止循环水泵因为出口门没有开启而空转损坏电机的情况，与此同时，还可能会出现由于水冲击而泵体振动过大的现象，这是主要影响并泵的不利因素，这时可以根据实际情况调整出口门开度，同时观察循环水泵振动情况，有可能振动是短暂的，不会对设备或系统造成影响，待2台泵均正常运行以后，再根据要求调整系统。

f.如果只有2台循环水泵，之间的连锁逻辑应该比较程式化，如果有3台循环水泵，这就涉及到复杂工况，负荷小的工况下要求1台运行，另外2台其中1台优先备用，另外1台等待优先备用的泵联启以后转换为优先备用，负荷大的情况下，要求2台泵运行，另外1台处于备用状态，备用泵联启条件包括：运行泵跳闸或者出口压力低，同时还涉及到联启优先备用泵时，如果一定时间内联启失败，则联启另外1台等等，逐条逻辑考究的话一共有27种连锁方式，这就要求必须保证逻辑的可靠性，同时还必须保证逻辑的简单性，防止相互之间造成扰动，图4的逻辑既可以实现上述所有联锁功能，又简明扼要，不会相互之间产生干扰或者扰动。

图4 3台循泵联锁逻辑示意图

4 结束语

主要对发电厂中循环水系统的控制现状进行阐述，分析不同控制系统在操作中的难点及注意事项，对以往控制方法中的不足之处进行改进，针对具体情况提出新的控制策略，尤其是对固有逻辑的改进和更新，最终实现了整个系统的智能控制，提高了系统的自动化水平，满足了智能电网的控制要求。

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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

房国成（1979—），男，硕士，工程师，主要从事热工过程先进控制、智能控制等方面的研究。

2014－10－23）