0引言
循環(huán)水系統(tǒng)是火力發(fā)電廠的“血液”，其性能直接影響發(fā)電機(jī)組的出力。茂名熱電廠原設(shè)計(jì)2臺100mw機(jī)組運(yùn)行時3臺循環(huán)泵并聯(lián)供水，約30000m3；1臺100mw機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時，1臺泵供水不能滿足機(jī)組運(yùn)行要求，當(dāng)電網(wǎng)調(diào)峰負(fù)荷較低時，1臺泵供水能滿足要求，但因水壓偏低，冷油器的供水量不能保證。一般情況下，1臺100mw機(jī)組運(yùn)行，都是2臺泵供水，出口壓力為0.088mpa～0.090mpa。正常情況下，1臺循環(huán)泵供水時機(jī)組可帶600mw左右負(fù)荷。為了節(jié)約廠用電和提高電廠自動化水平，對循環(huán)水泵采用變頻調(diào)速。本文設(shè)計(jì)并研制了循環(huán)水泵的高壓變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，提出并實(shí)現(xiàn)了循環(huán)水系統(tǒng)“*真空”的控制策略。
經(jīng)過論證，采用“高—高”式高壓變頻器對4號機(jī)組循環(huán)泵進(jìn)行調(diào)速：當(dāng)2臺100mw機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時，3臺泵并聯(lián)供水，變頻器不調(diào)節(jié)運(yùn)行；當(dāng)機(jī)組調(diào)峰低負(fù)荷運(yùn)行時，變頻器調(diào)節(jié)運(yùn)行；當(dāng)1臺100mw機(jī)組單獨(dú)滿負(fù)荷運(yùn)行時，2臺泵運(yùn)行，變頻器調(diào)節(jié)運(yùn)行；當(dāng)冬春季節(jié)，機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行時，若能做到1臺泵供水，變頻器可退出運(yùn)行。
循環(huán)水量的調(diào)節(jié)范圍大小，目前除受機(jī)組負(fù)荷影響外，還受冷油器運(yùn)行狀況的制約，而且循環(huán)水泵啟動開關(guān)與出口閥無聯(lián)動裝置，各自獨(dú)立運(yùn)行。變頻調(diào)速后，要求變頻器調(diào)節(jié)切換到市電控制的過程是動態(tài)、無級的。循環(huán)水系統(tǒng)的控制參數(shù)為：流量、水壓、前池液位、進(jìn)出水渠的液位、汽機(jī)負(fù)荷、真空。由于循環(huán)水泵為一恒功率負(fù)載，“*真空”控制器根據(jù)汽機(jī)負(fù)荷、真空的變化不斷調(diào)整循環(huán)水量，保證“*真空”，使汽機(jī)的效率*。這樣，不但節(jié)約了廠用電，而且提高了電廠自動化水平，達(dá)到了火電廠節(jié)能降耗的目的。
1循環(huán)水系統(tǒng)工作原理
茂名熱電廠4號機(jī)組的循環(huán)水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)基本參數(shù)為：循環(huán)水泵型號為40zlq50，流量8460m3/h～12200m3/h（-8°～-20°），揚(yáng)程10.5m～12.2m，轉(zhuǎn)速585r／min；驅(qū)動電機(jī)型號為jsll5-10m，額定功率480kw，額定電壓6kv，額定電流61a，實(shí)際工作電流59a～62a，電機(jī)接線方式為y型，功率因數(shù)0.77，絕緣等級為b；現(xiàn)場環(huán)境為溫度0～40℃，濕度97％。
循環(huán)水泵系統(tǒng)自1997年底改造成全閉式循環(huán)后，實(shí)行二級循環(huán)通水。機(jī)房前循環(huán)水泵出口壓力為10m～12m水柱，從進(jìn)水渠打人凝汽器，排水人出水暗渠，回到冷卻塔升壓水泵前池，由升壓水泵提壓后（出口壓力16.9m水柱）送上冷卻塔，經(jīng)降溫（9℃～12℃）后的冷卻水從水渠又回到機(jī)房前循環(huán)水泵人口，打人凝汽器，這樣不斷循環(huán)。
循環(huán)水泵的運(yùn)行主要由8m控制室遠(yuǎn)方操作控制其啟、停。循環(huán)水泵及凝汽器進(jìn)出口門也由遠(yuǎn)方控制開啟、關(guān)閉及調(diào)節(jié)。循環(huán)水與升壓水系統(tǒng)的水量平衡控制表現(xiàn)在進(jìn)水渠與回水渠的水位調(diào)節(jié)上，關(guān)鍵點(diǎn)是升壓水泵進(jìn)水前池水位要比溢流堰標(biāo)高低，產(chǎn)生熱水溢流，影響運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。水量（即水位）的平衡調(diào)節(jié)主要是根據(jù)機(jī)組運(yùn)行需要的水量，利用泵的運(yùn)行方式組合和凝汽器的排水門來粗調(diào)，由汽機(jī)運(yùn)行班長根據(jù)表盤水位的批示值下指令執(zhí)行，因無法細(xì)調(diào)，難以達(dá)到水量平衡。升壓水泵系統(tǒng)是茂名熱電廠循環(huán)水系統(tǒng)的后置部份，設(shè)置有3500m2和5500m2冷卻塔升壓水泵，其控制啟、停由運(yùn)行人員通過表盤遠(yuǎn)方操作。12000hlcq3.25-17升壓水泵出口設(shè)置有儲能式液壓（油壓）逆止門，開泵時先合上開關(guān)，聯(lián)動出口逆止門開啟后，水泵電機(jī)再啟動。停泵也是這樣，目的是防止水泵倒轉(zhuǎn)。
2高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)
高壓變頻調(diào)速主要有以下優(yōu)點(diǎn)：
a．軟啟動，即啟動電流從0緩慢升至額定值，可減少對電網(wǎng)沖擊及機(jī)械設(shè)備的損耗；
b．現(xiàn)代變頻器都采用半導(dǎo)體模塊及其驅(qū)動器和控制模塊，元器件數(shù)量少、可靠性高，變頻器的故障率低，即使發(fā)生了故障，也能自診斷并顯示其故障原因，以便及時排除；
c．變頻器都留有標(biāo)準(zhǔn)接口，以備與微型機(jī)系統(tǒng)聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化運(yùn)行；
d.小變頻器的保護(hù)功能齊全，能從電流、電壓、溫度等多方面對電機(jī)進(jìn)行保護(hù)。
高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用直接高—高方案和美國robicon（羅賓康）公司的無諧波高壓變頻器（480kw/6ky），變頻器能對一臺循環(huán)水泵進(jìn)行動態(tài)投入、調(diào)整、退出；在8m控制室或就地控制盤實(shí)現(xiàn)對變頻器的遠(yuǎn)方調(diào)整操作；變頻器裝置安裝在備用泵上，現(xiàn)場的安裝、接口、調(diào)試時間相對可安排得長一些；目前循環(huán)水泵啟動開關(guān)與出口閥門無聯(lián)動裝置，各自獨(dú)立運(yùn)行。變頻器調(diào)節(jié)切換到市電控制的過程是動態(tài)、無級的。
茂名熱電廠處于華南地區(qū)，由于特殊的地理環(huán)境，對高壓變頻器的環(huán)境適應(yīng)性有著特殊的要求；
a.濕度要求：華南的潮濕氣候要求高壓變頻器能夠在至少98％濕度的環(huán)境下運(yùn)行；
b.溫度要求：高壓變頻器要保證能在技術(shù)指標(biāo)規(guī)定的溫度極限下長期連續(xù)滿負(fù)荷運(yùn)行；
c.氣體要求：高壓變頻器的運(yùn)行環(huán)境對各種粉塵等有嚴(yán)格要求。
3控制系統(tǒng)功能
循環(huán)水泵控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示?？刂破饔蓀lc（可編程控制器）系統(tǒng)和ipc（工業(yè)控制計(jì)算機(jī)）系統(tǒng)組成，控制系統(tǒng)安裝在循環(huán)泵房控制室。運(yùn)行員可選擇在主控室（遠(yuǎn)方）、plc控制柜（就地）和ipc上位機(jī)對循環(huán)泵系統(tǒng)進(jìn)行操作。
循環(huán)水泵控制系統(tǒng)主要的工作方式有以下幾種：
a．2臺100mw機(jī)組同時運(yùn)行，循環(huán)水3臺泵并聯(lián)供水，升壓水泵3臺泵運(yùn)行，調(diào)整泵的組合方式與之對應(yīng)，保持水位大致平衡。
b．一臺100mw機(jī)組停運(yùn)，另一臺100mw機(jī)組運(yùn)行，由于目前配置的冷油器安裝標(biāo)高較高，需保證一定的進(jìn)水壓力，維持其冷卻效果，因此仍需2臺泵運(yùn)行，即使是低負(fù)荷調(diào)峰，也是如此。
c．安裝變頻器調(diào)速調(diào)節(jié)后，調(diào)峰和2臺泵運(yùn)行時始終有1臺水泵采用變頻驅(qū)動，其他情況變頻調(diào)速系統(tǒng)可以退出或選用。
控制系統(tǒng)將根據(jù)汽機(jī)負(fù)荷、真空的變化，通過控制循環(huán)水泵、升壓水泵的不同組合和使用高壓變頻器控制循環(huán)水泵的出力來不斷調(diào)整冷卻循環(huán)水量，保證在冷、熱水池不溢流的前提下控制發(fā)電機(jī)組凝汽器的真空度為*，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。
循環(huán)水泵控制系統(tǒng)各種運(yùn)行方式中的注意事項(xiàng)及參數(shù)如下：
a.循環(huán)水泵和升壓水泵流量要基本達(dá)到平衡，避免熱水溢流至冷水渠。
b.保證冷油器有一定的進(jìn)水壓力。
c.正常情況下，1臺循環(huán)水泵供水機(jī)組可帶60mw左右負(fù)荷。當(dāng)2臺100mw機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時，3臺泵并聯(lián)供水，變頻器不調(diào)節(jié)運(yùn)行；當(dāng)機(jī)組調(diào)峰低負(fù)荷運(yùn)行時，變頻器調(diào)節(jié)運(yùn)行；當(dāng)1臺100mw機(jī)組單獨(dú)滿負(fù)荷運(yùn)行時，2臺泵運(yùn)行，變頻器調(diào)節(jié)運(yùn)行；當(dāng)冬春季節(jié)，機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行時，若能做到1臺泵供水，變頻器可退出運(yùn)行。循環(huán)水量的調(diào)節(jié)范圍大小，目前除受機(jī)組負(fù)荷影響外，還受冷油器運(yùn)行狀況的制約。
d．改造后的循環(huán)水泵不可能只運(yùn)行于調(diào)節(jié)狀態(tài)。
e．循環(huán)水泵的控制參數(shù)為：流量、水壓、前池和進(jìn)出水渠的液位。
f．水泵的年平均運(yùn)行時間約為5500h。
g．冷、熱水池堰堤的標(biāo)高29．2m；凝汽器真空測量用真實(shí)表。
h．控制系統(tǒng)能提供反映升壓水泵流量、前池水位、水渠水位、循環(huán)泵流量、凝汽器冷卻水需量、真空等信號及指示值，能指導(dǎo)循環(huán)水、升壓水系統(tǒng)的運(yùn)行操作。
3.1plc系統(tǒng)的功能
plc實(shí)現(xiàn)循環(huán)水系統(tǒng)*節(jié)能控制器的所有邏輯控制功能。plc系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能如下：
a．實(shí)現(xiàn)循環(huán)泵及其附屬設(shè)備的啟、停程序控制；
b．實(shí)現(xiàn)循環(huán)泵出口門、聯(lián)絡(luò)門等的開、關(guān)程序控制及聯(lián)動功能；
c．實(shí)現(xiàn)溫度、水位等保護(hù)的三選二控制邏輯，在保證“真空*”的前提下，控制變頻器使熱水池不溢流；
d．實(shí)現(xiàn)重要故障的記憶邏輯功能；
e．plc系統(tǒng)失電、ipc上位機(jī)死機(jī)和重新啟動時應(yīng)不影響系統(tǒng)控制邏輯；
f．控制系統(tǒng)預(yù)留出與dcs通信的標(biāo)準(zhǔn)接口；
g．系統(tǒng)出現(xiàn)故障信號，要在plc控制柜、ipc和主控室都有聲光報(bào)警。
3.21pc系統(tǒng)的功能
ipc系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能是操作、記錄、顯示和查詢等管理功能：
a．通過ipc進(jìn)行各泵的啟、停及閥門的開關(guān)操作；
b．系統(tǒng)圖是運(yùn)行人員監(jiān)視和操作設(shè)備的主畫面；
c．在系統(tǒng)圖上點(diǎn)擊某設(shè)備進(jìn)行操作，要有是否滿足啟動／停止該設(shè)備的“幫助”提示；
d．系統(tǒng)圖上水路、密封水路和油路以及閥門的開關(guān)狀態(tài)要有明顯的顏色區(qū)分；
e．系統(tǒng)圖上設(shè)備的工作、停止和故障狀態(tài)要有明顯的顏色區(qū)分；
f．系統(tǒng)圖上模擬量測點(diǎn)位置有實(shí)時數(shù)據(jù)和工程單位顯示；
g．系統(tǒng)具有記錄運(yùn)行員的操作的功能，記錄時間要求準(zhǔn)確到秒級；
h．系統(tǒng)具有對所有輸入／輸出開關(guān)量信號的記錄功能；
i.系統(tǒng)具有模擬量趨勢圖顯示功能，歷史趨勢的存儲周期為1星期；
j.系統(tǒng)對所有報(bào)警和故障跳閘信號有實(shí)時顯示和事故追憶功能。
4控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
4.1plc系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
循環(huán)水系統(tǒng)工作的可靠性至關(guān)重要，因此，它的控制系統(tǒng)也要求*的可靠性。根據(jù)系統(tǒng)的要求，選擇schneider公司的quantum系列具有雙機(jī)熱備用功能的plc系統(tǒng)作為核心控制器。以日本omron公司為代表的plc雙機(jī)熱備用系統(tǒng)，實(shí)際上是“溫備”，它是把2個cpu模塊放在一個基板上；而以schneider公司為代表的plc雙機(jī)熱備用系統(tǒng)，是2套plc系統(tǒng)互為熱備用，可靠性更高。
如圖3所示，循環(huán)水泵控制系統(tǒng)配置由雙機(jī)熱備用的plc系統(tǒng)和ipc系統(tǒng)組成。plc系統(tǒng)中，chs單元為雙機(jī)熱備用單元，通過光纖連接；cpu單元和ipc系統(tǒng)通過屏蔽雙絞線組成mb+網(wǎng)絡(luò)，傳輸速率為1mbit/s；crp單元和cra單元組成遠(yuǎn)程i/o控制系統(tǒng)，通過同軸電纜連接；cps為電源模塊單元。
4.2ipc系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
ipc上位機(jī)系統(tǒng)完成所有控制命令的發(fā)出和設(shè)備狀態(tài)的顯示、信號的查詢等功能。ipc系統(tǒng)的監(jiān)控軟件選擇北京亞控公司的組態(tài)王6.0，通過sa85網(wǎng)卡與plc系統(tǒng)通信，組成mb+網(wǎng)，很好地完成了系統(tǒng)要求的功能。為可靠運(yùn)行，系統(tǒng)安裝windowsnt作為操作系統(tǒng)。ipc工控機(jī)選擇advantech的pⅲ-866機(jī)型（硬盤40gb），顯示器選擇philips純平顯示器。
循環(huán)水泵控制系統(tǒng)還給dcs預(yù)留了mb+網(wǎng)絡(luò)通信接口，為控制系統(tǒng)的擴(kuò)展做好準(zhǔn)備。
循環(huán)水泵控制系統(tǒng)主程序框圖如圖4所示。
4.3“*真空”控制器
“*真空”的獲得方法是：選擇機(jī)組分別在60％，70％，80％，85％，90％和100％負(fù)荷不變的情況下，保證汽機(jī)蒸汽人口壓力／溫度不變，保證水的過冷度滿足要求，調(diào)節(jié)循環(huán)水流量（通過變頻調(diào)速，也可以在使用變頻調(diào)速之前的系統(tǒng)上測量），測出汽機(jī)的*熱效率曲線。綜合考慮汽機(jī)的機(jī)械特性、*效率等得到的對應(yīng)凝汽器真空就是“*真空”，此時循環(huán)水泵的速度就保證了在“*真空”下使汽機(jī)的工作狀態(tài)*。
“*真空”的測量根據(jù)季節(jié)的不同，至少要在冬季和夏季分別進(jìn)行測量，冬季在一月份左右測量，夏季在七八月份左右測量；每個測量點(diǎn)要保證系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行2h～4h，測量數(shù)據(jù)一定要折算到標(biāo)準(zhǔn)工況。測量數(shù)據(jù)的后處理工作也很重要，綜合各種因素進(jìn)行曲線擬合，對奇異點(diǎn)進(jìn)行具體分析，必要時要重新測量該點(diǎn)的數(shù)據(jù)。“*真空”的測量可以由電廠自己完成，也可以由中試所或熱工所來進(jìn)行。測量的方法根據(jù)循環(huán)水系統(tǒng)的構(gòu)造、凝汽器的配置、高低壓缸的出力情況等有所不同，本文的方法僅供參考。
5結(jié)語
本文設(shè)計(jì)并研制了茂名熱電廠4號機(jī)組的循環(huán)水泵高壓變頻調(diào)速監(jiān)視控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)根據(jù)汽機(jī)負(fù)荷、真空的變化，通過控制循環(huán)水泵、升壓水泵的不同組合和使用高壓變頻器控制循環(huán)水泵的出力來實(shí)現(xiàn)循環(huán)水系統(tǒng)的*節(jié)能控制器的控制策略，保證了在冷、熱水池不溢流的前提下控制發(fā)電機(jī)組凝汽器的真空度為*，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能的目的。