基于改进的给水泵最小流量阀控制策略

袁俊文，张富柱

（1.黑龙江省电力科学研究院，黑龙江 哈尔滨 150030；2.国网哈尔滨供电公司，黑龙江 哈尔滨 150000）

基于改进的给水泵最小流量阀控制策略

袁俊文1，张富柱2

（1.黑龙江省电力科学研究院，黑龙江 哈尔滨 150030；2.国网哈尔滨供电公司，黑龙江 哈尔滨 150000）

介绍了给水泵系统最小流量阀的技术特性以及控制原则，分析了常用最小流量阀控制方法存在的问题，提出一种改进的最小流量阀控制方案。试验结果表明：采用改进的方法控制给水泵最小流量阀，能消除流量小幅波动对阀门开度的影响，提高机组的安全经济运行水平。

最小流量阀；控制原则；给水系统

1 给水泵最小流量控制系统分析

1.1 给水泵最小流量阀的技术分析

为了防止给水泵发生汽蚀而影响给水泵的正常安全运行，必须满足给水泵的有效汽蚀余量不小于必需汽蚀余量。给水泵的有效汽蚀余量的大小由泵自身的吸入系统决定，而给水泵的必需汽蚀余量的大小由泵本身的特性（结构、转速、流量等）决定。二者均与给水泵的流量相关。给水泵最小流量值即为有效汽蚀余量与必需汽蚀余量等值时的流量值。因此，为了防止给水泵的入口流量小于最小流量值而造成设备的损坏，有必要利用最小流量保护装置对给水泵入口流量进行控制［1－3］。

1.2 给水泵最小流量阀的控制原则

最小流量阀的控制方法一方面要能克服由于给水泵入口流量的小幅波动引起阀门的频繁动作，而增加阀门发生故障的概率，另一方面应减少由于最小流量阀的频繁动作而引起给水流量的波动进而影响到锅炉给水自动调节。因此，最小流量阀的控制最终要能实现给水泵的安全可靠运行以及整个给水调节系统的稳定。

1.3 给水泵工作安全区［4］

给水泵压力—流量特性如图1所示。为了保证锅炉和泵的安全经济运行，泵必须工作在泵的上限特性Qmin、下限特性Qmax、锅炉允许最高给水压力Pmax和最低给水压力Pmin以及泵的最高转速nmax和最低转速nmin包围的区域，该区域称为泵的安全工作区。在给水流量控制的过程中必须保证泵的工作点在安全工作区内：当工作点进入上限特性曲线之外时，打开泵出口至除氧器再循环管上的最小流量再循环阀；当工作点进入下限特性曲线之外时，关小管路的给水调节阀，提高给水泵转速。

图1 给水泵压力－流量特性曲线

2 改进的最小流量阀控制策略

2.1 间隙特性函数理论

2.1.1 函数的间隙特性［5］

间隙特性是实际系统中常见的非线性因素，为非单值函数y＝f（x）：

y分段确定增益，其间隙特性见图2。

图2 回滞函数间隙特性曲线

系统的跟踪精度由于间隙特性的存在而有所降低，但间隙特性会对系统输入端存在的干扰信号起到一定的抑制作用。另外，间隙特性函数的非单值性决定了函数的输出不仅与输入值有关，还与输入值的方向有关。

2.1.2 间隙特性函数的确定［6］

根据给水泵的运行安全区域以及给水泵流量保护定值确定最小流量阀的关闭方向函数F1（x）和开启方向函数F2（x）。随着给水泵入口流量的增加，最小流量阀的开度将由关闭方向函数F1（x）决定；随着给水泵入口流量的减小，最小流量阀的开度将由开启方向函数F2（x）决定。间隙特性环节由F1（x）和F2（x）组成，给水泵入口流量在该范围内变化时，最小流量阀开度保持不变。最小流量阀间隙特性控制曲线如图3所示。

关闭方向函数F1（x）与开启方向函数F2（x）表达式见式（2）、（3）：

图3 最小流量阀间隙特性控制曲线

实际应用中，根据给水泵的运行安全区域及给水泵流量保护定值确定的关闭方向函数F1（x）应大于最小流量阀开启保持特性函数，即Q2应大于给水泵厂家提供的最小流量阀联锁打开的流量值，并且保持间隙特性所需余量。Q4为给水泵厂家提供的最小流量阀联锁关闭的流量值。F2（x）根据给水泵各种工况入口流量测点的波动值δ（x）及F1（x）来确定，其中δ（x）为给水泵入口流量测点的波动值随入口流量变化的函数，应通过试验测量流量测点在各种流量下的实际波动值得到。

间隙特性函数由F1（x）和F2（x）组成。Q1、Q2、Q3、Q44点流量值选择恰当与否，将关系到最小流量阀动作是否频繁，从而是否有利于给水泵的安全运行以及给水自动控制的稳定，因此适当选择间隙特性函数至关重要。

2.2 最小流量阀的控制逻辑

天津国投津能一期1号1 000 MW超超临界机组给水泵最小流量阀控制逻辑如图4所示。控制逻辑图中，F1（x）和F2（x）为间隙特性控制函数，接受给水泵入口流量信号。F1（x）和F2（x）函数输出经过小选大选运算后得到最小流量阀的阀位开度指令。函数F3（x）起到对最小流量阀保护的作用：间隙特性函数输出的阀位开度指令在大于20%时，函数F3（x）才会有等值输出，控制最小流量阀的开度。这是因为最小流量阀两侧存在较大差压（给水泵出口压力与除氧器压力之差），在阀门开度小于20%时，较大差压将对阀门阀芯产生强烈冲刷，损坏阀门。函数F3（x）输出经过限速作用后控制阀门的开度。另外，控制逻辑中增加最小流量阀的保护开和保护关逻辑，该保护优于最小流量阀的手动、自动控制［7］。

图4 给水泵最小流量阀控制逻辑

3 试验分析

将间隙特性函数控制策略应用于天津国投津能一期1号1 000 MW超超临界机组给水泵最小流量阀的控制，控制过程曲线如图5所示。

给水泵的额定流量为1 400 t／h，给水泵要求入口流量小于500 t／h时打开最小流量循环阀，入口流量大于700 t／h时关闭最小流量循环阀。由图5可以看出，改进的控制方法能实现最小流量阀的自动控制，在给水泵入口流量小于520 t／h或大于700 t／h时，最小流量阀能保持打开或关闭状态；当给水泵入口流量在520～700 t／h时，间隙特性函数能较好地控制给水泵入口流量小幅波动对最小流量阀的影响。

图5 间隙特性函数控制的最小流量阀开度变化曲线

4 结束语

给水泵最小流量阀对超超临界机组给水系统的正常运行起着至关重要的作用。运行结果表明，采用间隙特性函数控制给水泵最小流量阀开度可靠，不仅能够保证给水泵的安全运行，而且能有效降低给水泵发生汽蚀的可能性。

［1］阮大伟.给水泵最小流量的技术分析及其控制系统改造［J］.热力发电，1999，11（4）：55－57.

［2］燕洪明.670 MW机组最小流量阀改造［J］.东北电力技术，2014，35（8）：20－21.

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［4］林文孚，胡 燕.单元机组自动控制技术［M］.北京：中国电力出版社，2008.

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［7］赖加良，戈黎红.超临界机组给水泵最小流量控制方法的改进［J］.发电设备，2009，23（5）：358－360.

Control Strategy on Minimum Flow Valve of Water Supply Pump Based on Improvement

YUAN Jun⁃wen1，ZHANG Fu⁃zhu2
（1.Heilongjiang Electric Power Research Institute，Harbin，Heilongjiang 150030，China；2.State Grid Harbin Power Supply Company，Harbin，Heilongjiang 150000，China）

The technical characteristics and the control principle of minimum flow valve of the water supply pump system are intro⁃duced，the existing problems are analyzed，an improvement control scheme is proposed.The test results show that the minimum flow valve of water supply pump is controlled by the improvement way which can eliminate influence of small fluctuation on the valve opening and improve safe and economic operation of unit.

Improvement；Minimum flow valve；Control principle；Water supply pump system

TM621.6

A

1004－7913（2016）08－0047－03

袁俊文（1982—），男，硕士，工程师，主要从事热工自动化技术研究工作。

2016－06－25）