電廠循環(huán)水系統(tǒng)智能控制的優(yōu)化分析

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研究院，遼寧 沈陽 110006；2.中國化學工業(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研究院，遼寧 沈陽 110006；2.中國化學工業(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)的智能控制設備及自動化控制水平的發(fā)展。對不同類型機組的循環(huán)水系統(tǒng)的智能控制進行優(yōu)化研究，同時對不同的控制系統(tǒng)在控制過程中的難點進行分析，逐一提出解決措施，保證整個循環(huán)水系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

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

火力發(fā)電廠在整個電力系統(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］，決定著整個汽輪發(fā)電機組是否能夠安全穩(wěn)定運行［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，將會影響整個汽輪發(fā)電機組的正常運行，本文對不同類型機組的循環(huán)水系統(tǒng)的自動控制策略進行詳細闡述和分析，制定合理的智能控制邏輯，同時對不同控制系統(tǒng)的控制難點進行分析，實現(xiàn)全程自動控制，保證整個電廠機組的安全穩(wěn)定運行。

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，也有的機組進入集控室內(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前循環(huán)水管的注水、啟動時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，而為了保證機組的穩(wěn)定運行，視不同情況可以決定是否需要選擇備用循環(huán)水泵，這樣在機組滿負荷時，一旦某一臺循環(huán)水泵發(fā)生故障可以隨時聯(lián)啟備用循環(huán)水泵，保證機組其他所有設備的安全穩(wěn)定運行，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)量相同在不同機組其系統(tǒng)也會有所不同，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，難點是循環(huán)水泵之間的聯(lián)鎖以及程控啟動時如何避免對系統(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，可實現(xiàn)遠方、就地自動和手動開關(guān)閥門［10－12］。液壓控制系統(tǒng)采用2臺油泵，互為備用，可自動切換，在電動油泵出現(xiàn)故障時，用手動油泵仍可開啟或關(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個節(jié)流閥，可調(diào)整閥門開啟、快關(guān)、慢關(guān)時間，即：用節(jié)流閥調(diào)整開閥時間，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)無壓時調(diào)整），調(diào)整到符合要求的數(shù)值，同時注意，這個角度必須要與循環(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，前面的75°快關(guān)，后面的15°慢關(guān)［13－15］，這3個過程中，每一個過程的動作時間均可以根據(jù)系統(tǒng)的實際要求進行調(diào)整。

2.2 循環(huán)水泵的控制

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

啟動循環(huán)水泵之前，管道應先通水，開所有排氣手動門，完成管道排氣工作，并且出口液控蝶閥處于關(guān)閉狀態(tài)。首次啟動時，一般采用手動開出口門，手動啟泵的方式，待出口液控蝶閥開至15°位置時，啟動循環(huán)水泵，同時注意凝汽器所有排空氣門見水后應該關(guān)閉，然后全開泵出口蝶閥；另1臺循泵試運時就可采用自動方式啟動。正常停泵時，先關(guān)閉出口蝶閥至15°位置，然后自動停止循環(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，為了滿足系統(tǒng)的需要，也為了保護設備不受損害，還對循環(huán)水泵設置了“保護條件”，即當有危害設備或者損壞整個系統(tǒng)的情況發(fā)生時，循環(huán)水泵可以無條件發(fā)出“停泵”指令，以保護設備；出口液控蝶閥要根據(jù)系統(tǒng)和循環(huán)水泵的需要進行開啟和關(guān)閉，為了減少手動操作的的失誤，對循環(huán)水泵和出口液控蝶閥設置了一系列聯(lián)鎖條件，保證系統(tǒng)的合理性，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時也防止了一些對系統(tǒng)或設備有害的因素，特別是人為難以發(fā)現(xiàn)和控制的危險因素。

3.1 控制模塊的優(yōu)化改進

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

目前大多數(shù)控制軟件，都是將驅(qū)動級做成集成的，也就是作為一個宏塊來使用，而有一些宏塊在使用過程中，會對實際運行中的某些操作造成影響，嚴重的會造成某些功能的不可使用。ABB的SYMPHONY控制系統(tǒng)，就出現(xiàn)因為宏塊造成離線下裝時運行設備的跳機現(xiàn)象。OVATION系統(tǒng)新開發(fā)了很多功能宏塊，結(jié)果在實際運行中都不是非常實用，還得根據(jù)實際需要對其進行改正。FOXBRO系統(tǒng)原有的功能宏塊在中停之后，不能實現(xiàn)自動啟動，只能手動進行啟動或者停止。針對宏塊的不足，可根據(jù)實際需要另外搭建邏輯實現(xiàn)，也可以進入宏塊的編輯模式進行修改。本文以FOXBRO系統(tǒng)為例，分析一下優(yōu)化過程：在循環(huán)水泵的啟動過程中，出現(xiàn)出口液控蝶閥在中停之后，不能自動啟動的現(xiàn)象，針對這一問題，從系統(tǒng)的驅(qū)動級功能進行深入分析，根據(jù)各個管腳的功能以及動作過程，對其CALCA STEPS進行修改，即可實現(xiàn)上述功能，修改后驅(qū)動級程序如圖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，對機組分系統(tǒng)的自動化控制水平的要求也就越來越高，尤其是循環(huán)水系統(tǒng)，增加了許多自動控制邏輯，增強了系統(tǒng)的可靠性，要求DCS控制系統(tǒng)必須完全可靠并準確無誤地完成每一項控制任務，保證系統(tǒng)的安全可靠運行［25－26］，下面對一些比較容易出錯、不容易實現(xiàn)的控制邏輯進行分析闡述，為相關(guān)研究人員提供經(jīng)驗。

a.在聯(lián)啟備用泵的時候，當備用泵聯(lián)啟且正常運行以后，該備用信號必須切除，否則就會出現(xiàn)再次聯(lián)啟，甚至是互聯(lián)很多次的現(xiàn)象，影響設備安全，這就要求備用復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)水泵的跳閘保護條件中有一條是：泵運行之后，如果一定時間之內(nèi)出口蝶閥未開至15°位置，則該泵跳閘。需要注意的是，不論是首臺啟動的泵，還是聯(lián)鎖啟動的泵，均應該跳閘，邏輯中非常容易出現(xiàn)首臺泵跳閘正常，而連鎖啟動的泵會出現(xiàn)不跳閘現(xiàn)象，這就要求在做邏輯保護試驗過程中，必須模擬所有實際工況，保證試驗的完整性和可靠性，才能更有效地保護設備。

c.控制邏輯搭建好后，必須注意各個功能塊之間的時序搭配，信號的長短區(qū)別以及有無延時等情況［27］，不同控制系統(tǒng)應根據(jù)自己的組態(tài)特征進行檢查，尤其注意的是FOXBRO系統(tǒng)，對時序的要求尤其嚴格，每一次修改邏輯后，都必須重新調(diào)整功能塊的時序，否則就會因為時序的混亂或不合理造成指令不能正常發(fā)出的現(xiàn)象，同時還必須注意時間的調(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.在負荷較大的情況下，需要運行2臺循環(huán)水泵，這時就涉及到如何讓2臺泵并列運行［28］，非首臺啟動時，出口液控蝶閥和循環(huán)水泵是同時動作的，這樣可以防止循環(huán)水泵因為出口門沒有開啟而空轉(zhuǎn)損壞電機的情況，與此同時，還可能會出現(xiàn)由于水沖擊而泵體振動過大的現(xiàn)象，這是主要影響并泵的不利因素，這時可以根據(jù)實際情況調(diào)整出口門開度，同時觀察循環(huán)水泵振動情況，有可能振動是短暫的，不會對設備或系統(tǒng)造成影響，待2臺泵均正常運行以后，再根據(jù)要求調(diào)整系統(tǒng)。

f.如果只有2臺循環(huán)水泵，之間的連鎖邏輯應該比較程式化，如果有3臺循環(huán)水泵，這就涉及到復雜工況，負荷小的工況下要求1臺運行，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，負荷大的情況下，要求2臺泵運行，另外1臺處于備用狀態(tài)，備用泵聯(lián)啟條件包括：運行泵跳閘或者出口壓力低，同時還涉及到聯(lián)啟優(yōu)先備用泵時，如果一定時間內(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，同時還必須保證邏輯的簡單性，防止相互之間造成擾動，圖4的邏輯既可以實現(xiàn)上述所有聯(lián)鎖功能，又簡明扼要，不會相互之間產(chǎn)生干擾或者擾動。

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)狀進行闡述，分析不同控制系統(tǒng)在操作中的難點及注意事項，對以往控制方法中的不足之處進行改進，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和更新，最終實現(xiàn)了整個系統(tǒng)的智能控制，提高了系統(tǒng)的自動化水平，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控制、智能控制等方面的研究。

2014－10－23）