深度调峰机组给水泵自动并泵退泵控制策略及单列运行方式研究与应用

白玉忠，王福宁，李志鹏

（1.国华宁东发电有限公司，宁夏 灵武 750408；2.长沙理工大学能源与动力工程学院，湖南 长沙 410114）

目前，大型火力发电机组给水调节基本均能实现自动控制，但给水泵并泵退泵几乎很少实现自动控制。大同发电有限责任公司秦治国等根据机组工况特性完成了给水泵自动并泵、退泵控制逻辑设计，解决了机组并泵、退泵影响机组参数、安全运行的技术问题。江苏方天电力技术有限公司杨小龙等结合并泵中出现的问题，提出了自动并泵控制策略，减轻了运行人员的操作强度，同时，提高了机组的自动化水平及可靠性。王锡辉等通过在电泵运行时自动并入汽泵的控制策略，采用不同参数的折线函数生成升速率，实现了对并泵过程的精准控制，使得并泵过程非常平稳，减小了节流能耗和对设备的冲击。

宁东电厂一期工程2×330MW循环流化床直接空冷机组，分别配置两台50%容量的电动给水泵，正常运行时，两台泵同时运行，无备用。2018 年以前，机组负荷率均在50%以上，运行期间无须进行并泵退泵操作，只有启停机及单泵故障缺陷处理期间进行并泵退泵操作。但我国新能源发电的迅猛发展，以及煤电产能的过剩，煤电的灵活性改造势在必行。2017 年我厂将深度调峰提上日程，2018 年8 月两台机组先后实现30%负荷深度调峰。伴随着深度调峰，给水泵的并泵退泵操作也将会越来越多。为彻底解放运行人员，杜绝运行误操作的发生，我厂深入研究给水泵自动并泵退泵控制策略并成功实施。

另外，50%负荷以下两台电泵无法正常并列运行。因此，给水泵单列运行也是必须要解决的问题。由于我厂两台机组正常运行时未设置备用泵，而给水泵单列运行存在很大的安全风险。为解决此问题，经专业人员调研同类型电厂，提出了两种可靠灵活的单列运行备用方案。

目前，国内发电机组给水泵实现自动并泵退泵的机组并不是很多。其控制策略主要有分级分布式闭环控制和转速开环控制两种方式。分级分布式闭环控制以给水泵出口流量为被调量，出口流量相等作为并泵结束条件判断。并泵结束后，通过调整偏置调节器输出指令来保持两台泵之间的出力平衡；转速开环控制方式以给水泵转速为被调量，转速相等作为并泵结束条件。并泵结束后，通过调整偏置调节器输出指令保持两台泵之间的出力平衡。以上两种控制方式均未考虑给水泵在循环的动作情况。若在循环在手动状态，将严重影响并泵过程，期间若备泵出力大于最小流量时，备泵再循环将快速关闭，从而导致给水流量和汽包水位的大幅波动，给水流量和汽包水位的波动必将影响主泵的勺管的快速动作，备泵也将同步跟随动作，给水调整可能出现发散导致并泵过程无法顺利进行。

本文在研究以上并泵控制方式的基础上，加入给水泵再循环自动控制，提出了分步式全自动程控并泵退泵策略。

1 分步式全自动程控并泵退泵策略

1.1 基本控制思路

分步式全自动程控并泵退泵策略将再循环控制加入控制。并泵过程中再循环始终自动控制，主泵闭环控制给水流量，备泵勺管指令分阶段变速逼近主泵勺管指令，给水泵出口母管压力与备泵出口压力偏差大于0.2MPa 时快速逼近，小于0.2MPa 时慢速逼近，防止给水流量波动。当两台泵勺管指令偏差小于1%时并泵结束，勺管投自动。再循环分阶段变速关闭，即再循环开度小于60%时慢速关闭，开度大于60%时快速关闭，防止再循环开度影响给水流量。

1.2 给水泵并泵程序控制

第一步开出指令：开B 电泵出口电动门，脉冲3s；再循环阀手操器输入跟踪当前指令（手动状态跟踪输出指令，自动状态保持当前值），延时3s，投自动。第一步完成条件：出口电动门全开；再循环阀在自动状态。

第二步开出指令：电泵勺管加指令（备泵勺管指令跟踪A泵勺管指令，以每秒0.2%的速率缓慢增加；当备泵出口压力与母管压差小于1MPa，以每秒0.1%的速率缓慢增加）。第二步完成条件：备泵勺管指令与A 泵勺管指令偏差小于1%。

第三步开出指令：备泵勺管投自动，延时10s。第三步完成条件：备泵勺管在自动状态。

第四步开出指令：备泵再循环阀第二次投自动，关再循环阀（指令从当前值减至0%，按0.2%/s 速率限制）。第四步完成条件：备泵再循环阀在自动状态，再循环阀全关（手操器输入跟踪正常调节曲线,指令小于2%）。

1.3 给水泵自动退泵程序控制

第一步开出指令：备泵勺管切手动，脉冲3s。第一步完成条件：备泵勺管在手动状态。

第二步开出指令：开B 电泵再循环（以每秒0.2%的速率缓慢开至100%）。第二步完成条件：B 电泵再循环反馈大于80%。

第三步开出指令：关B 电泵勺管至13%（以每秒0.2%的速率缓慢开至100%）第三步完成条件：B 电泵勺管开度小于15%。

2 单列运行备用泵联锁方案

考虑我厂处于宁夏电网末端，频率受风电、太阳能等新能源及西北水电影响较大，AGC 调整频繁，深度调峰参与度高。为此，我们设计了给水泵单列运行方式下的旋转备用事故联锁和停机备用事故联锁。

运行人员可根据电网负荷曲线灵活选择备用泵的为旋转备用或停机备用方式。当调峰深度较深且预计时间较长时，可选择备用泵停机备用；当调峰深度较浅且预计时间较短时，可选择旋转备用方式。一方面，满足50%负荷附近快速响应AGC 调节，保证机组安全性，另一方面，也可减少高压电机的频繁启停，保证电机的安全。

2.1 备泵旋转备用联锁

当备用泵在旋转备用状态时，运行人员投入备泵勺管联锁，备泵勺管指令跟踪主泵勺管指令。当主泵失去出力或跳闸故障时，备泵勺管可快速增加至主泵跳闸前一扫描周期的勺管指令并投自动，实现备泵勺管自动联锁并参与水位调整。其动作过程如下：

第一步开出指令：开备泵出口门，3s 脉冲；备泵勺管指令跟踪主泵跳闸或失去出力前一时刻指令（跟踪速率与备泵勺管手操器速率保持一致）备泵再循环阀指令超驰关至35%（等待10s），投自动。第一步完成条件：备泵勺管指令与主泵跳闸或失去出力前一时刻指令偏差小于2%。

第二步开出指令：备泵勺管投自动，3s 脉冲。

2.2 备泵停机备用联锁

当备用泵在停机备用状态时，运行人员投入备泵联锁，备泵勺管保持最小开度。当主泵失去出力或跳闸故障时，备泵联锁启动，快速增加勺管至主泵跳闸前一扫描周期的勺管指令并投自动，实现备泵自动启动并参与水位调整。其动作过程如下：

第一步开出指令：开备泵出口门，3s 脉冲；勺管开度10%，启动备泵；备泵勺管指令跟踪A 泵跳闸或失去出力前一时刻指令（跟踪速率与备泵勺管手操器速率保持一致）；备泵再循环阀指令超驰关至35%（等待10s），投自动。第一步完成条件：备泵运行且备泵勺管指令与A 泵跳闸或失去出力前一时刻指令偏差小于2%。

第二步开出指令：备泵勺管投自动，3s 脉冲。

3 节能效果评估

在50%负荷以下可实现单泵运行，自动并泵退泵可在4分钟以内完成，汽包水位波动控制在±30mm 以内，给水流量波动50t/h 以内。可节约厂用电率0.7%，两台机组按年发电量30 亿kWh 计算，年节电量可达600 万kWh，按上网电价0.237 元计算，新增利润约146.8 万元。

4 结语

本项目的实施，在无投资或小投资的情况下，火力发电机组可自行通过试验确定单台给水泵的最大出力试验，从而确定给水泵单列运行负荷点。节能效果明显，具有很强的推广价值。