电动调速给水泵与汽动给水泵并列控制策略

孙阳1 ,刘本固1,张小庆1 ,毕军1,王宏斌2 ,孙旭升2

2中国能源建设集团西北电力试验研究院有限公司  陕西 西安 710000

摘 要：依托陕西美鑫铝镁合金配套动力站工程发电机组，对电动调速给水泵参与进入汽动给水泵并列运行控制进行深入研究，通过试验测算，控制模型选择及建立，实现汽、电给水泵并列运行的给水自动全程控制。最终电动给水泵从机组启动的备用泵，转向全负荷阶段的备用给水泵组，从而提高机组在给水系统的安全性及机组负荷的可利用率。通过机组调试过程中的建模、调整及实践，形成适用于本机组的汽、电给水并列运行的最佳控制策略，也为该技术领域的控制技术提供一些借鉴经验。

关键词：电动给水泵（电泵）  汽动给水泵（汽泵）  抢水  并列运行   给水自动

引言

对于火力发电厂，无论汽包炉还是直流炉，锅炉给水系统作为机组控制的关键环节，尤为重要的，保证其给水控制平稳、精准是机组整体安全、稳定的关键因素。针对本工程配备二台50％BMCR容量汽动给水泵，一台50％BMCR容量电动调速给水泵，机组启动初期使用电动给水泵，正常满负荷时使用两台汽动给水泵，电动给水泵退出运行，当想让电动给水泵与汽动给水泵因某些原因并列运行，如果不能保证并列运行的各泵出力和出口压力，会出现给水泵之间的互相抢水问题。

1 电泵与汽泵并列运行的本质问题

当特殊工况时一台汽动给水泵检修且负荷大于50%BMCR时，需要一台电动给水泵和一台汽动给水泵并列运行。当两台汽动给水泵运行时，因其转速对应的流量特性曲线相同，转速相近时，两台泵的出力、出口压力、流量基本相同，不会出现两台给水泵相互抢水的问题。但当电动给水泵与汽动给水泵并列运行时，由于其两个的转速-流量特性的不同，以及给水泵再循环调节阀调节波动等因素的影响，在机组变动负荷时，易造成电动给水泵与汽动给水泵的出力、流量比例失调，泵出口出现偏差，当到达临界值时，出口压力较低的泵在其出口逆止门的压差作用下关闭，失去了供水作用。当出现给水泵之间的相互抢水，引发给水流量的大幅波动，危及机组安全稳定运行。在手动进行两者并泵手动调整转速偏置，保持两泵之间的平衡，不但效率低下，同时增大了误操作的几率，影响了机组的安全稳定运行。

2 电泵与汽泵并列运行控制设计思路

现行机组的电动给水泵与汽动给水泵组合方式并列运行时大多数机组采取的方法有两种：1)电泵与汽泵的出力依靠运行人员不断手动改变两者的转速指令的偏置，防止给水泵抢水，给运行人员增加了操作强度，易发生安全风险；2)电泵和汽泵各单独设置一套调节系统，由于两套调节系统调节同一被调量，因此易出现两套系统的互相扰动。

为了克服工作特性曲线不同的电泵与汽泵并列运行时给水泵之间相互抢水的问题，本文设计电泵与汽泵并列运行两种控制方法，目的是能够实时自动控制电泵与汽泵的转速偏置，自动纠正电泵与汽泵之间的出力平衡，使运行中各给水泵的入口流量始终控制在设计出力比例，防止电动给水泵在变工况过程中出现并列运行的给水泵之间因出口压力偏差大引发抢水而造成的流量大幅波动。

2.1 转速对应勺管开度的开环控制

给水系统自动投入后，锅炉负荷函数、过热度闭环和变负荷预加量，共同折算省煤器入口给水流量总设定，通过PID控制转换为汽泵的小机转速指令设定，完成对给水流量的精确控制。因工程所设计的电动和汽动的给水泵均为同一厂家制造，且泵的参数基本接近，即同转速下，出力基本一致，无非为驱动方式的差异。所以设计原则在电泵当电泵与汽泵并泵后，将公共转速指令直接通过函数关系转换为对应的勺管开度，将电泵的转速控制直接纳入进省煤器给水流量的转速需求之中，在流量需求变化过程中，始终保持电泵与汽泵的转速保持变化速率及输出一致，即可实现两者的平衡输出。对比负荷变动过程将勺管与电泵转速的对应关系一一测算,如图1。

图1：勺管-电泵转速对应关系图

但在具体实现过程中，勺管不变的情况下，低负荷段随着其给水再循环阀打开的情况下，电泵的转速随之大幅的的下降，而且不同给水压力下，下降的幅度均不同（再循环开度越大，转速下降的幅度越大；给水压力越高，下降的幅度也越大），此时需要对于勺管给予相应的补偿，但补偿的相对难度较大，需要对电泵进行更为精准的工作性能测算。如若未加修正，依然会因两泵出力不平衡，导致抢水现象发生。勺管不变的情况，随再循环阀开度如图2所示：

图2：电泵再循环阀开度对应转速关系图

2.2 转速对应勺管开度的闭环控制

同样在给水系统自动投入后，将电泵的勺管纳入进省煤器流量总指令体系中，电泵勺管指令、电泵转速、流量指令三者形成双PID的串级闭环控制。即流量总指令经过给水主调PID转换为转速总指令，再经过副调PID转换为电泵勺管指令，同时在副调转速设定上加入转速偏置和电泵转速最终设定速率限制。偏置目的可用于实际过程中的转速偏差进行微调，转速速率限制用于变负荷过程中，因电泵勺管机械调节其转速的速率明显高于汽泵小机调节其速率，以防变负荷过程因两泵速度变化产生的偏差导致出力偏差达到临界，产生抢水现象。

3 两种控制方式优缺点比较

电泵与汽泵并列运行所采用的转速对应勺管的开环和闭环自动控制方式，各自均有其优缺点，前者开环控制方式较为直接，不受中间变量（电泵实际转速）相制约，但电泵转速（出力）受到再循环阀影响较大，需要专项的电泵出力特性试验加以校正，一但校正无误其可靠性较高；后者闭环控制方式，多出电泵转速中间环节控制，外加电泵的转速测量往往出厂只设计单点，且容易受到环境因素影响，从而导致该控制方式无法投入，降低其可靠性，但是针对本机组特殊性，汽泵和电泵的给水泵为同一厂家，且容量和参数较为一致，可不用电动给水泵工作特性试验，仅在并泵运行的全过程，让电泵与汽泵的转速始终保持一致即可，并且不受再循环阀的影响，且两泵出力控制平衡的精准性，要高于开环控制。转速对应勺管的闭环控制对于本机组适用性最佳，从而选择了后者。若电泵和汽泵的容量和参数不同，则需进行两种泵的工作性能测试，匹配出转速、勺管对应的给水泵实际出力，两者之间的平衡关系。

4 结语

通过本工程测试试验，电动给水泵与汽动给水泵并列运行，所采用的转速对应勺管开度串级闭环自动控制，能够实时自动控制电动给水泵与汽动给水泵的转速偏置，自动纠正电动给水泵与汽动给水泵之间的出力平衡，使运行中各给水泵的人口流量始终控制在设计出力比例，避免电动给水泵和汽动给水泵并列运行时出现的抢水现象，可以满足各负荷阶段的电泵和汽泵任意并列运行，提高给水自动调节系统的使用效率和安全性。

参考文献：

DL/T 592-2010 火力发电厂锅炉给水泵的检测与控制技术条件  国家能源局，2010-10-01

冯伟忠．1000MW超超临界机组给水泵及系统优化[J]．中国电力，2010，43(8)：26—30．

王建伟。杨培成．超临界600MW机组给水控制策略[J]．热力发电，2010，39(2)：78—84．

李敬，崔振东，李明，等．变速给水泵特性的数学模型[J]．东北电力学院学报，2004，24(6)：24—27．