基于改進的給水泵最小流量閥控制策略

袁俊文，張富柱

（1.黑龍江省電力科學研究院，黑龍江 哈爾濱 150030；2.國網哈爾濱供電公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

基于改進的給水泵最小流量閥控制策略

袁俊文1，張富柱2

（1.黑龍江省電力科學研究院，黑龍江 哈爾濱 150030；2.國網哈爾濱供電公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

介紹了給水泵系統最小流量閥的技術特性以及控制原則，分析了常用最小流量閥控制方法存在的問題，提出一種改進的最小流量閥控制方案。試驗結果表明：采用改進的方法控制給水泵最小流量閥，能消除流量小幅波動對閥門開度的影響，提高機組的安全經濟運行水平。

最小流量閥；控制原則；給水系統

1 給水泵最小流量控制系統分析

1.1 給水泵最小流量閥的技術分析

為了防止給水泵發生汽蝕而影響給水泵的正常安全運行，必須滿足給水泵的有效汽蝕余量不小于必需汽蝕余量。給水泵的有效汽蝕余量的大小由泵自身的吸入系統決定，而給水泵的必需汽蝕余量的大小由泵本身的特性（結構、轉速、流量等）決定。二者均與給水泵的流量相關。給水泵最小流量值即為有效汽蝕余量與必需汽蝕余量等值時的流量值。因此，為了防止給水泵的入口流量小于最小流量值而造成設備的損壞，有必要利用最小流量保護裝置對給水泵入口流量進行控制［1－3］。

1.2 給水泵最小流量閥的控制原則

最小流量閥的控制方法一方面要能克服由于給水泵入口流量的小幅波動引起閥門的頻繁動作，而增加閥門發生故障的概率，另一方面應減少由于最小流量閥的頻繁動作而引起給水流量的波動進而影響到鍋爐給水自動調節。因此，最小流量閥的控制最終要能實現給水泵的安全可靠運行以及整個給水調節系統的穩定。

1.3 給水泵工作安全區［4］

給水泵壓力—流量特性如圖1所示。為了保證鍋爐和泵的安全經濟運行，泵必須工作在泵的上限特性Qmin、下限特性Qmax、鍋爐允許最高給水壓力Pmax和最低給水壓力Pmin以及泵的最高轉速nmax和最低轉速nmin包圍的區域，該區域稱為泵的安全工作區。在給水流量控制的過程中必須保證泵的工作點在安全工作區內：當工作點進入上限特性曲線之外時，打開泵出口至除氧器再循環管上的最小流量再循環閥；當工作點進入下限特性曲線之外時，關小管路的給水調節閥，提高給水泵轉速。

圖1 給水泵壓力－流量特性曲線

2 改進的最小流量閥控制策略

2.1 間隙特性函數理論

2.1.1 函數的間隙特性［5］

間隙特性是實際系統中常見的非線性因素，為非單值函數y＝f（x）：

y分段確定增益，其間隙特性見圖2。

圖2 回滯函數間隙特性曲線

系統的跟蹤精度由于間隙特性的存在而有所降低，但間隙特性會對系統輸入端存在的干擾信號起到一定的抑制作用。另外，間隙特性函數的非單值性決定了函數的輸出不僅與輸入值有關，還與輸入值的方向有關。

2.1.2 間隙特性函數的確定［6］

根據給水泵的運行安全區域以及給水泵流量保護定值確定最小流量閥的關閉方向函數F1（x）和開啟方向函數F2（x）。隨著給水泵入口流量的增加，最小流量閥的開度將由關閉方向函數F1（x）決定；隨著給水泵入口流量的減小，最小流量閥的開度將由開啟方向函數F2（x）決定。間隙特性環節由F1（x）和F2（x）組成，給水泵入口流量在該范圍內變化時，最小流量閥開度保持不變。最小流量閥間隙特性控制曲線如圖3所示。

關閉方向函數F1（x）與開啟方向函數F2（x）表達式見式（2）、（3）：

圖3 最小流量閥間隙特性控制曲線

實際應用中，根據給水泵的運行安全區域及給水泵流量保護定值確定的關閉方向函數F1（x）應大于最小流量閥開啟保持特性函數，即Q2應大于給水泵廠家提供的最小流量閥聯鎖打開的流量值，并且保持間隙特性所需余量。Q4為給水泵廠家提供的最小流量閥聯鎖關閉的流量值。F2（x）根據給水泵各種工況入口流量測點的波動值δ（x）及F1（x）來確定，其中δ（x）為給水泵入口流量測點的波動值隨入口流量變化的函數，應通過試驗測量流量測點在各種流量下的實際波動值得到。

間隙特性函數由F1（x）和F2（x）組成。Q1、Q2、Q3、Q44點流量值選擇恰當與否，將關系到最小流量閥動作是否頻繁，從而是否有利于給水泵的安全運行以及給水自動控制的穩定，因此適當選擇間隙特性函數至關重要。

2.2 最小流量閥的控制邏輯

天津國投津能一期1號1 000 MW超超臨界機組給水泵最小流量閥控制邏輯如圖4所示。控制邏輯圖中，F1（x）和F2（x）為間隙特性控制函數，接受給水泵入口流量信號。F1（x）和F2（x）函數輸出經過小選大選運算后得到最小流量閥的閥位開度指令。函數F3（x）起到對最小流量閥保護的作用：間隙特性函數輸出的閥位開度指令在大于20%時，函數F3（x）才會有等值輸出，控制最小流量閥的開度。這是因為最小流量閥兩側存在較大差壓（給水泵出口壓力與除氧器壓力之差），在閥門開度小于20%時，較大差壓將對閥門閥芯產生強烈沖刷，損壞閥門。函數F3（x）輸出經過限速作用后控制閥門的開度。另外，控制邏輯中增加最小流量閥的保護開和保護關邏輯，該保護優于最小流量閥的手動、自動控制［7］。

圖4 給水泵最小流量閥控制邏輯

3 試驗分析

將間隙特性函數控制策略應用于天津國投津能一期1號1 000 MW超超臨界機組給水泵最小流量閥的控制，控制過程曲線如圖5所示。

給水泵的額定流量為1 400 t／h，給水泵要求入口流量小于500 t／h時打開最小流量循環閥，入口流量大于700 t／h時關閉最小流量循環閥。由圖5可以看出，改進的控制方法能實現最小流量閥的自動控制，在給水泵入口流量小于520 t／h或大于700 t／h時，最小流量閥能保持打開或關閉狀態；當給水泵入口流量在520～700 t／h時，間隙特性函數能較好地控制給水泵入口流量小幅波動對最小流量閥的影響。

圖5 間隙特性函數控制的最小流量閥開度變化曲線

4 結束語

給水泵最小流量閥對超超臨界機組給水系統的正常運行起著至關重要的作用。運行結果表明，采用間隙特性函數控制給水泵最小流量閥開度可靠，不僅能夠保證給水泵的安全運行，而且能有效降低給水泵發生汽蝕的可能性。

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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，碩士，工程師，主要從事熱工自動化技術研究工作。

2016－06－25）