電廠循環水系統智能控制的優化分析

房國成，李長寬，馬銘宏，丁永允

（1.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006；2.中國化學工業桂林工程有限公司沈陽分公司，遼寧 沈陽 110003）

電廠循環水系統智能控制的優化分析

房國成1，李長寬2，馬銘宏1，丁永允1

（1.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006；2.中國化學工業桂林工程有限公司沈陽分公司，遼寧 沈陽 110003）

智能電網的發展取決于系統內的智能控制設備及自動化控制水平的發展。對不同類型機組的循環水系統的智能控制進行優化研究，同時對不同的控制系統在控制過程中的難點進行分析，逐一提出解決措施，保證整個循環水系統的安全穩定運行。

智能電網；自動化控制；循環水系統；優化分析

火力發電廠在整個電力系統中占有非常重要的地位，而循環水系統又是電廠冷卻的關鍵系統［1］，決定著整個汽輪發電機組是否能夠安全穩定運行［2－3］，如果循環水系統沒有控制好或者控制不合理的話，將會影響整個汽輪發電機組的正常運行，本文對不同類型機組的循環水系統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的控制難點進行分析，實現全程自動控制，保證整個電廠機組的安全穩定運行。

1 系統概述

循環水一般通過循環水管經濾網先進入低背壓凝汽器，再流經高背壓凝汽器后回到冷卻塔。循環水泵電機冷卻水由工業水供給。循環水泵及其出口閥門等在主廠房集控室內集中控制，旋轉濾網、攔污柵等在循環水泵房內控制室中的PLC控制，也有的機組進入集控室內集中控制［4－6］。循環水系統主要包括：循環水泵、循環水泵出口液控蝶閥、循環水管道及凝汽器等，并配有凝汽器膠球清洗系統。調試過程中主要注意啟動前循環水管的注水、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水泵的容量不同，有50%容量和100%容量等，根據選用的容量可以確定本廠所用循環水泵的數量，而為了保證機組的穩定運行，視不同情況可以決定是否需要選擇備用循環水泵，這樣在機組滿負荷時，一旦某一臺循環水泵發生故障可以隨時聯啟備用循環水泵，保證機組其他所有設備的安全穩定運行，一般情況下，循環水系統通常包含2臺或3臺循環水泵［7－8］，當然根據容量的不同，也有其他不同的系統，即使水泵數量相同在不同機組其系統也會有所不同，但工作方式及原理是相同的，其中2臺循環水泵的系統示意圖如圖1所示。

圖1 2臺循環水泵的系統示意圖

2 系統控制策略

整個循環水系統的控制過程中，關鍵是對循環水泵出口液控蝶閥的控制，難點是循環水泵之間的聯鎖以及程控啟動時如何避免對系統的沖擊［9］，下面只是對循環水泵及其出口液控蝶閥的常規控制策略進行闡述。

2.1 循環水泵出口液控蝶閥的控制

循環水泵出口液控蝶閥一般都是由自帶的PLC程序控制，可實現遠方、就地自動和手動開關閥門［10－12］。液壓控制系統采用2臺油泵，互為備用，可自動切換，在電動油泵出現故障時，用手動油泵仍可開啟或關閉閥門。

閥門具有中停功能，即：開關閥過程中，按停止按鈕，閥門可在任意位置停留；通過調整閥門的3個節流閥，可調整閥門開啟、快關、慢關時間，即：用節流閥調整開閥時間，用快關角度調節閥、慢關角度調節閥調整閥門快關、慢關角度（系統無壓時調整），調整到符合要求的數值，同時注意，這個角度必須要與循環水泵要求的角度相匹配。

一般情況下，循環水泵出口液控蝶閥可以勻速開啟，分2階段關閉，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，而關閉時，前面的75°快關，后面的15°慢關［13－15］，這3個過程中，每一個過程的動作時間均可以根據系統的實際要求進行調整。

2.2 循環水泵的控制

按泵啟動按鈕時，出口液控蝶閥開啟，當打開至15°位置時聯鎖啟動循環水泵，出口蝶閥繼續開啟至全開位置；按泵停止按鈕時，出口蝶閥關閉，當關閉至15°位置時，聯鎖停止循環水泵，出口蝶閥繼續關閉至全關位置；事故停泵時，聯鎖關閉出口液動閥門，延時5 min，聯鎖關閉循環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，待出口蝶閥關閉30 s后才能再次啟動，即管道內水流穩定后再啟動；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閉狀態。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，啟動循環水泵，同時注意凝汽器所有排空氣門見水后應該關閉，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，先關閉出口蝶閥至15°位置，然后自動停止循環水泵，出口門繼續關閉至全關位置［22－24］。循環水泵及其出口蝶閥的控制流程圖如圖2所示。

圖2 循環水泵及其出口蝶閥的控制流程

3 優化控制分析

由以上分析可知：整個循環水系統的控制核心是循環水泵及其出口液控蝶閥的控制，循環水泵在滿足啟動允許條件之后可以發出“啟泵”指令，滿足停止允許條件之后可以發出“停泵”指令，同時，為了滿足系統的需要，也為了保護設備不受損害，還對循環水泵設置了“保護條件”，即當有危害設備或者損壞整個系統的情況發生時，循環水泵可以無條件發出“停泵”指令，以保護設備；出口液控蝶閥要根據系統和循環水泵的需要進行開啟和關閉，為了減少手動操作的的失誤，對循環水泵和出口液控蝶閥設置了一系列聯鎖條件，保證系統的合理性，增加系統的穩定性，同時也防止了一些對系統或設備有害的因素，特別是人為難以發現和控制的危險因素。

3.1 控制模塊的優化改進

不論使用什么控制軟件，其驅動級的控制功能應該是能夠滿足實際運行需要的，不同的只是驅動級各個管腳的名稱有所區別而已。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，之后再根據開指令或者關指令進行開啟或關閉，同理，在關閉過程中，也可以通過點擊中停按鈕使設備停在當前位置，之后再根據開指令或者關指令進行開啟或關閉，除此之外，不同的控制軟件還會有一些自己的控制功能，使用者可根據實際運行的需要進行選擇。

目前大多數控制軟件，都是將驅動級做成集成的，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，就出現因為宏塊造成離線下裝時運行設備的跳機現象。OVATION系統新開發了很多功能宏塊，結果在實際運行中都不是非常實用，還得根據實際需要對其進行改正。FOXBRO系統原有的功能宏塊在中停之后，不能實現自動啟動，只能手動進行啟動或者停止。針對宏塊的不足，可根據實際需要另外搭建邏輯實現，也可以進入宏塊的編輯模式進行修改。本文以FOXBRO系統為例，分析一下優化過程：在循環水泵的啟動過程中，出現出口液控蝶閥在中停之后，不能自動啟動的現象，針對這一問題，從系統的驅動級功能進行深入分析，根據各個管腳的功能以及動作過程，對其CALCA STEPS進行修改，即可實現上述功能，修改后驅動級程序如圖3所示。

圖3 修改后的程序示意圖

3.2 控制邏輯的優化

隨著電廠集控程度的要求越來越高，對機組分系統的自動化控制水平的要求也就越來越高，尤其是循環水系統，增加了許多自動控制邏輯，增強了系統的可靠性，要求DCS控制系統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、不容易實現的控制邏輯進行分析闡述，為相關研究人員提供經驗。

a.在聯啟備用泵的時候，當備用泵聯啟且正常運行以后，該備用信號必須切除，否則就會出現再次聯啟，甚至是互聯很多次的現象，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，否則就會出現備用信號不能正常切除現象。

b.循環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，還是聯鎖啟動的泵，均應該跳閘，邏輯中非常容易出現首臺泵跳閘正常，而連鎖啟動的泵會出現不跳閘現象，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，信號的長短區別以及有無延時等情況［27］，不同控制系統應根據自己的組態特征進行檢查，尤其注意的是FOXBRO系統，對時序的要求尤其嚴格，每一次修改邏輯后，都必須重新調整功能塊的時序，否則就會因為時序的混亂或不合理造成指令不能正常發出的現象，同時還必須注意時間的調整，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、關指令必須是長信號，否則中停信號發不出去，如果開指令和關指令均是脈沖信號，那么在開或關的過程中，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水泵是同時動作的，這樣可以防止循環水泵因為出口門沒有開啟而空轉損壞電機的情況，與此同時，還可能會出現由于水沖擊而泵體振動過大的現象，這是主要影響并泵的不利因素，這時可以根據實際情況調整出口門開度，同時觀察循環水泵振動情況，有可能振動是短暫的，不會對設備或系統造成影響，待2臺泵均正常運行以后，再根據要求調整系統。

f.如果只有2臺循環水泵，之間的連鎖邏輯應該比較程式化，如果有3臺循環水泵，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臺優先備用，另外1臺等待優先備用的泵聯啟以后轉換為優先備用，負荷大的情況下，要求2臺泵運行，另外1臺處于備用狀態，備用泵聯啟條件包括：運行泵跳閘或者出口壓力低，同時還涉及到聯啟優先備用泵時，如果一定時間內聯啟失敗，則聯啟另外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的邏輯既可以實現上述所有聯鎖功能，又簡明扼要，不會相互之間產生干擾或者擾動。

圖4 3臺循泵聯鎖邏輯示意圖

4 結束語

主要對發電廠中循環水系統的控制現狀進行闡述，分析不同控制系統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，最終實現了整個系統的智能控制，提高了系統的自動化水平，滿足了智能電網的控制要求。

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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）