如何提高電廠循環(huán)水泵啟動(dòng)成功率改造優(yōu)化方案探討

龔志凱

電廠循環(huán)水泵是一種將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為葉輪輸送流體的壓能和動(dòng)能的一種動(dòng)力設(shè)備，其主要作用是向汽輪機(jī)凝汽器供給冷卻水，用以冷凝汽輪機(jī)排汽，讓循環(huán)水泵順利啟動(dòng)是保證機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)行的一個(gè)至關(guān)重要的因素，因此，就如何提高電廠循環(huán)水泵啟動(dòng)成功率改造優(yōu)化方案進(jìn)行了探討。

一、項(xiàng)目背景

某電廠項(xiàng)目為兩臺(tái)390MW（GE96F級(jí)F級(jí)）機(jī)組，在正常情況下為三臺(tái)循環(huán)水泵配合兩套機(jī)組運(yùn)行，如果跳掉一臺(tái)循泵而備用泵未成功啟動(dòng)，在只有兩臺(tái)循泵配合兩套機(jī)組運(yùn)行，就會(huì)使循環(huán)冷卻水流量下降，循環(huán)水對(duì)凝汽器的冷卻效果變差，真空就會(huì)下降，真空異常下降會(huì)迫使機(jī)組降低負(fù)荷運(yùn)行從而影響效率，同時(shí)啟泵不成功也極易發(fā)生循環(huán)水倒流導(dǎo)致循泵倒轉(zhuǎn)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)直接燒毀六千伏電機(jī)，再甚者如果兩臺(tái)機(jī)組之間循環(huán)水聯(lián)絡(luò)閥未開啟的情況下甚至?xí)苯訉?dǎo)致機(jī)組因循環(huán)冷卻水缺失而跳機(jī)，因此讓循環(huán)水泵順利啟動(dòng)是保證機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)行的一個(gè)至關(guān)重要的因素，而電廠循環(huán)水泵在未改造前經(jīng)統(tǒng)計(jì)只有約80%的成功率，這存在極大的安全隱患。

二、主要研究?jī)?nèi)容

（一）循環(huán)水泵工作基本原理

電廠的GE9FA燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組運(yùn)行過程中，循環(huán)水泵系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)動(dòng)力循環(huán)的重要組成部分，包括泵體溫度、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速等測(cè)量元件、液控蝶閥及配套PLC控制系統(tǒng)以及泵體等設(shè)備。目前該電廠四臺(tái)循環(huán)水泵出口閥門均采用重錘式液控止回蝶閥，該蝶閥屬于蓄能器型，其開啟靠油泵，而關(guān)閉時(shí)靠蓄能器，省掉了重錘，具有占用空間小，安裝方便、結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點(diǎn)，其采用電液控制，它能與循環(huán)水泵聯(lián)動(dòng)控制，蝶閥預(yù)開15°后才可開啟循環(huán)水泵。開啟后液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)自動(dòng)保壓，使重錘不下降。當(dāng)循環(huán)水泵關(guān)閉時(shí)，蝶閥門聯(lián)動(dòng)關(guān)閉，分為快關(guān)和滿關(guān)兩個(gè)階段，作用是防止關(guān)閥時(shí)管路中水錘壓力上升的沖擊，緩沖保護(hù)管路，防止循環(huán)水泵的倒轉(zhuǎn)。其中液動(dòng)蝶閥15°行程開關(guān)通過PLC程序控制循環(huán)水泵聯(lián)鎖啟停功能。

（二）循環(huán)水泵啟動(dòng)失敗的原因分析

在未改造前該電廠循泵啟動(dòng)成功率在改造前均不足80%，經(jīng)熱工人員通過現(xiàn)場(chǎng)研究以及大量數(shù)據(jù)比對(duì)，發(fā)現(xiàn)機(jī)組循環(huán)水泵啟動(dòng)失敗主要存在兩方面原因：一方面循泵入口液位不滿足條件致使啟泵失??；一方面蝶閥經(jīng)常發(fā)生開反饋15°信號(hào)丟失致使循環(huán)水泵啟動(dòng)失敗，這是影響循環(huán)水泵啟動(dòng)成功率的最主要的因素。

1.循泵入口液位不滿足條件致使啟泵失敗原理分析。循泵入口液位為循環(huán)水泵啟泵允許條件，在未改造前液位計(jì)由于選型及安裝位置不合理造成測(cè)量不準(zhǔn)導(dǎo)致經(jīng)常循泵啟動(dòng)條件不滿足，從而最終導(dǎo)致啟泵失敗。

2.蝶閥開反饋15°信號(hào)丟失致使啟泵失敗原理分析。以3A循環(huán)水泵為例，熱工人員經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致3A循壞水泵啟動(dòng)成功率低的主要問題是啟動(dòng)過程中液控蝶閥打開失敗。

造成這種情況的原因主要有兩個(gè)：其一，液動(dòng)蝶閥的原裝接近開關(guān)的感應(yīng)片存在問題，蝶閥工作時(shí)產(chǎn)生頻繁振動(dòng)造成感應(yīng)片經(jīng)常性發(fā)生松脫，感應(yīng)片本身有生銹、存在油污等現(xiàn)象且感應(yīng)片規(guī)格大小設(shè)計(jì)不合理，運(yùn)動(dòng)過程中與接近開關(guān)間距過大等。其二，PLC控制邏輯本身存在著設(shè)計(jì)缺陷，當(dāng)接近開關(guān)被觸發(fā)時(shí)發(fā)出脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)發(fā)送至PLC，PLC經(jīng)過1s掃描周期接收處理觸發(fā)信號(hào)，并發(fā)出控制信號(hào)給繼電器以進(jìn)行下一步順控，而繼電器從起勵(lì)到觸點(diǎn)動(dòng)作是需要不確定的過渡時(shí)間的，而接近開關(guān)觸發(fā)信號(hào)很短時(shí)間內(nèi)就消失，當(dāng)接近開關(guān)信號(hào)消失后經(jīng)PLC發(fā)出給繼電器的控制脈沖信號(hào)也隨之消失，這就使繼電器動(dòng)作失敗，進(jìn)而邏輯順控失敗，最終直接導(dǎo)致閥門開啟失敗。

三、項(xiàng)目改造方案及核心技術(shù)點(diǎn)

本項(xiàng)目主要是針對(duì)于上述問題提出了一個(gè)可靠而且有效的改造方案并組織實(shí)施。對(duì)循泵入口液位計(jì)重新選型及設(shè)計(jì)安裝位置，同時(shí)將液動(dòng)蝶閥開反饋、關(guān)反饋、15°反饋的原裝接近開關(guān)感應(yīng)片拆除，通過選型更優(yōu)材質(zhì)感應(yīng)片并依據(jù)模擬計(jì)算結(jié)果加工出更長(zhǎng)更寬的感應(yīng)片，保證接近開關(guān)在振動(dòng)的環(huán)境下依然能夠感應(yīng)觸發(fā)；對(duì)于控制邏輯方面存在的問題，熱工人員決定優(yōu)化PLC內(nèi)部邏輯，增加脈沖模塊，使原來PLC發(fā)出的瞬時(shí)信號(hào)變成一定時(shí)長(zhǎng)脈沖信號(hào)，保證繼電器起勵(lì)動(dòng)作時(shí)間。

（一）入口液位計(jì)改造方案具體分析

由于原有的循泵入口液位計(jì)存在著種種缺陷，熱工人員通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際考察，科學(xué)選型，最終確定采用羅克希爾（ROHEVEL）導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)，此類型液位計(jì)抗干擾能力強(qiáng)同時(shí)具備低維護(hù)、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)；

熱工人員決定舍棄之前的測(cè)量位置，自行對(duì)測(cè)量井口覆蓋鐵板進(jìn)行加工，在避開下方障礙物處切割加工成一個(gè)15cmX15cm的方形測(cè)量孔，在更換新的安裝位置后，有效的避免了虛假回波，提高了液位的測(cè)量精度。

（二）蝶閥反饋信號(hào)改造方案具體分析

循泵蝶閥開反饋、關(guān)反饋、15°反饋信號(hào)皆是由電感式接近開關(guān)觸發(fā)的，電感式接近開關(guān)由三大部分組成：振蕩器、開關(guān)電路及放大輸出電路。振蕩器產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)。當(dāng)金屬目標(biāo)接近這一磁場(chǎng)，并達(dá)到感應(yīng)距離時(shí)，在金屬目標(biāo)內(nèi)產(chǎn)生渦流，從而導(dǎo)致振蕩衰減，以至停振。振蕩器振蕩及停振的變化被后級(jí)放大電路處理并轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號(hào)，觸發(fā)驅(qū)動(dòng)控制器件，從而達(dá)到非接觸式之檢測(cè)目的，電廠循泵蝶閥原有的接近開關(guān)感應(yīng)片存在著材質(zhì)生銹，松動(dòng)，接觸面積以及與接近開關(guān)距離不科學(xué)等問題，需要解決此問題就必須更換感應(yīng)片，科學(xué)選型。

感應(yīng)片材質(zhì)的不同其衰減系數(shù)也各不相同，就該電廠循泵蝶閥接近開關(guān)而言，選取衰減系數(shù)更高的材料對(duì)于信號(hào)精確觸發(fā)更有利，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)蝶閥安裝位置較惡劣，故決定采用不銹鋼材質(zhì)自行加工制成感應(yīng)片替換原有的劣質(zhì)鐵片。

當(dāng)一塊通有電流的金屬或半導(dǎo)體薄片垂直地放在磁場(chǎng)中時(shí)，薄片的兩端就會(huì)產(chǎn)生電位差，這種現(xiàn)象就稱為霍爾效應(yīng)。兩端具有的電位差值稱為霍爾電勢(shì)U，其表達(dá)式為：

U=K·I·B/d，其中K為霍爾系數(shù)，I為薄片中通過的電流，B為外加磁場(chǎng)（洛倫慈力Lorrentz）的磁感應(yīng)強(qiáng)度，d是薄片的厚度。

根據(jù)上述公式熱工人員精確推算出感應(yīng)片的科學(xué)厚度為1.76mm；

又由弧度公式：

弧長(zhǎng)l=θr（θ為圓心角的弧度數(shù)），其中l(wèi)即為我們要確定的感應(yīng)片尺寸，而r為蝶閥轉(zhuǎn)動(dòng)軸半徑，θ根據(jù)接近開關(guān)體積現(xiàn)場(chǎng)自行測(cè)量得出，最終確定改良的感應(yīng)片尺寸為4mmX3mm，形態(tài)為兩端略帶弧度，結(jié)合接近開關(guān)安裝規(guī)范手冊(cè)，用塞尺精密測(cè)量確定感應(yīng)開關(guān)與感應(yīng)片的間距為1.85mm，在安裝過程中替換掉原有的生銹螺栓，采用內(nèi)六角鍍鉻螺栓固定，并添加彈簧墊圈防止振動(dòng)環(huán)境下對(duì)感應(yīng)片安裝位置產(chǎn)生影響。

關(guān)于PLC內(nèi)部邏輯存在的問題，使用TwidoSoft軟件通過工程電腦與現(xiàn)場(chǎng)施耐德PLC進(jìn)行通訊，在原開、關(guān)反饋15°信號(hào)邏輯回路中增加10s脈沖模塊，使PLC接受接近開關(guān)觸發(fā)信號(hào)后給繼電器發(fā)出瞬時(shí)信號(hào)變成10s脈沖信號(hào)，給回路控制有充足的反應(yīng)時(shí)間，有效的保證繼電器從起勵(lì)到觸點(diǎn)動(dòng)作所需要的時(shí)間，使閥門正常順控，以此提高閥門開啟成功率。

四、研究成果介紹

（一）分析循泵入口液位計(jì)安裝位置存在障礙物反射回波干擾及安裝位置環(huán)境惡劣，通過計(jì)算雷達(dá)波速發(fā)布重新確定液位計(jì)安裝位置。

（二）針對(duì)接近開關(guān)與閥體接觸面積小的問題拆除目前現(xiàn)場(chǎng)原有鐵片，通過自主選型設(shè)計(jì)加工全新材質(zhì)感應(yīng)片，并優(yōu)安裝方式，確保接近開關(guān)即使在振動(dòng)情況下也能保證與接近開關(guān)正面接觸面積。

（三）對(duì)于PLC邏輯中存在的問題，利用工程電腦，在線通訊，添加10s脈沖模塊，使接近開關(guān)15°反饋觸發(fā)的瞬時(shí)信號(hào)給PLC后，PLC給繼電器的脈沖信號(hào)為10s，使繼電器成功動(dòng)作，程控順利進(jìn)行，進(jìn)而保證正常閥門動(dòng)作。

五、推廣應(yīng)用情況

本次優(yōu)化改造首先應(yīng)用于該電廠循環(huán)水泵，改造后循環(huán)水泵啟動(dòng)成功率大大提高，一切運(yùn)行參數(shù)均正常，經(jīng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，電廠循環(huán)水泵總體啟動(dòng)成功率達(dá)到98%，大大高于未改造前的啟泵成功率，為該電廠挽回了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)也消除了循泵啟動(dòng)失敗這一不安全隱患，有效保證了電廠機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。（作者單位為中山嘉明電力有限公司）