CN109356675B - 给水泵汽轮机自动启动控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及自动控制领域，具体涉及一种给水泵汽轮机自动启动控制方法，包括如下步骤：S1、检测给水泵汽轮机是否有超速情况，并判断汽轮机转速是否存在故障，检测遥控退出按钮是否被触发，判断给水指令值是否有效；S2、在不存在超速状况、汽轮机转速正常、退出按钮没有被触发且检测给水指令值有效时冲转子组复位，执行挂闸，并在挂闸成功后判断泵组状态为冷态、温态或热态；S3、根据泵组状态和给水泵汽轮机的启动曲线计算需要暖机时间和升速速率；S4、根据升速速率生成给水泵汽轮机的转速设定值，并根据转速设定值和实际转速进行PID闭环控制，最终使得给水泵汽轮机升速到遥控转速，启动结束。
Description
技术领域
本发明涉及自动控制领域，具体涉及一种给水泵汽轮机自动启动控制方法。
背景技术
给水泵汽轮机(俗称小机或小汽轮机)作为给水系统的一部分，是电站热力循环系统的主要部件之一，能够在小机调速保安系统(MEH)的控制下以不同转速驱动给水泵，满足给水的要求。其在高参数大容量的超临界机组中占有重要地位，其安全可靠的运行，直接影响着整个电站设备运行，因此在安全可靠性和负荷适应性等方面要求很高。
给水泵汽轮机由高压气源(备用汽源)或低压汽源供汽(工作汽源)，高压汽源来自汽轮机的高压缸排汽(即再热冷段蒸汽)，低压汽源来自主机四段抽汽，蒸汽做功后排入主机凝汽器。给水泵汽轮机与给水泵通过齿形联轴器连接，驱动给水泵箱锅炉供水。
目前，给水泵汽轮机的启动控制方法有两种：手动启动方法和半自动启动方法(转速自动控制)。手动启动为MEH系统的后备方式，手动方式操作如下：
第一步：巡检各工艺系统阀门正常，就地各种表计显示正常；第二步：挂闸；第三步：打开给水泵汽轮机速关阀、调节阀；第四步：汽轮机升速至中间暖机转速；第五步：保持阀门开度，使得汽轮机保持中间暖机转速；第六步：暖机结束后升速至转速设定值；第七步：启动结束。
在转速自动控制方式，给水泵汽轮机启动过程如下：
第一步：巡检各工艺系统阀门正常，就地各种表计显示正常；第二步：挂闸；第三步：设定暖机转速、升速率、暖机时间；第四步：升速；第五步：汽轮机到暖机转速后暖机；第六步：暖机结束后输入转速设定值；第七步：升速；第八步：转速升至转速设定值；第九步：启动结束。
上述的手动方式为非常规启动方式，一般作为突发情况时候的辅助手段，转速自动方式为目前使用最多的启动方式，但两种启动方式的共同特点是：自动化程度不高，操作复杂，操作工作量较多，存在误操作的风险。
发明内容
本发明目的在于提供一种给水泵汽轮机自动启动控制方法，以解决现有给水泵汽轮机自动启动控制自动化程度不高导致操作复杂且费时费力的问题。
本发明提供的基础方案为：给水泵汽轮机自动启动控制方法，包括如下步骤：
S1、自动检测给水泵汽轮机是否有超速情况，同时通过速度检测模块判断汽轮机转速是否存在故障，检测遥控退出按钮是否被触发，根据判断给水指令值是否在预设值范围内判断给水指令值是否有效，在不存在超速状况、汽轮机转速正常、退出按钮没有被触发且给水指令值有效时发送一个条件满足信号；
S2、发送一个远程启动指令，使得冲转子组复位，同时执行挂闸，并在挂闸成功后，通过温度检测模块判断泵组状态为冷态、温态还是热态；
S3、根据得到的泵组状态和给水泵汽轮机的汽轮机启动曲线计算需要暖机时间，并根据计算的暖机时间生成给水泵汽轮机的升速速率；
S4、根据升速速率生成给水泵汽轮机的转速设定值，然后根据转速设定值和实际转速进行PID的闭环控制，形成给水泵汽轮机的高低压调门指令，最终使得给水泵汽轮机升速到遥控转速。
本发明的优点在于：本方案通过步骤S1-S4实现了给水泵汽轮机自动冲转，使得给水泵汽轮机从原来的手段启动方式转变为全程自动启动方式，整个启动过程无需人为干预，取消了操作员对给水泵汽轮机暖机时间和升速率等的设定，从根本上消除了误操作的可能性。本方案中自动实现给水泵汽轮机的自动冲转，减少了工作人员的手动操作流程，便于提高工作效率。
进一步，在步骤S1中，判断给水泵汽轮机是否有超速情况前进行了工艺系统是否符合冲转条件的自动判断。
本方案中通过工艺系统冲转条件的自动判断替换了人工巡检判断工作，进一步减少了人工工作量。
进一步，进行了工艺系统冲转条件的自动判断后，自动对热控仪表监测情况是否符合冲转条件进行了判断。
通过对热控仪表监测情况是否符合冲转条件进行自动判断，进一步减少了操作员的工作量，避免了人工操作导致的误差。
进一步，判断工艺系统是否符合冲转条件时，判断四级抽汽至给水泵汽轮机水压是否正常、判断给水泵汽轮机润滑油油压是否正常、判断给水泵汽轮机排气压力是否正常、判断给水泵汽轮机轴封供汽压力是否正常、判断除氧水位是否正常、判断锅炉给水前置泵是否已经运行、判断给水泵上筒体和下筒体温度差是否小于20℃、判断除氧器与下筒体温度差是否小于50℃、判断给水泵汽轮机封管疏水阀是否已经打开、判断给水泵汽轮机低压缸疏水阀是否已经打开、判断给水泵汽轮机高压缸疏水阀是否已经打开以及判断给水泵汽轮机平衡管疏水阀是否已经打开。
本方案对工艺系统进行冲转条件的自动判断时，进行了判断四级抽汽至给水泵汽轮机水压是否正常、判断给水泵汽轮机润滑油油压是否正常、判断给水泵汽轮机排气压力是否正常、判断给水泵汽轮机轴封供汽压力是否正常、判断除氧水位是否正常等多方面的自动判断，保证了冲转能正常进行。
进一步，对热控仪表监测情况是否符合冲转条件进行判断时，判断是否有小机ETS报警信号、判断是否有跳闸保护条件以及判断给水泵汽轮机MTSI系统是否正常。
本方案中自动对是否有小机ETS报警信号、是否有跳闸保护条件以及给水泵汽轮机MTSI系统是否正常进行了判断，能有效避免故障发生。
进一步，在步骤S1中，对热控仪表监测情况是否符合冲转条件判断后，进行了控制调节回路是否符合冲转条件的判断。
对控制调节回路是否符合冲转条件的判断，能进一步避免冲转不成功的问题出现。
附图说明
图1为本发明实施例一中给水泵汽轮机自动启动控制方法的实施流程图；
图2为本发明实施例一中PID控制系统的方块图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
实施例一
如图1所示，给水泵汽轮机自动启动控制方法，本方法具体指给水泵汽轮机自动启动冲转，包括如下步骤：
S1、工艺系统冲转条件判断
S1-1：给水泵汽轮机控制系统就绪；
S1-2：判断四级抽汽至给水泵汽轮机水压是否正常，在水压正常时符合冲转条件；水压检测时可以选用现有DATA-52系列的水压压力传感器进行检测；
S1-3：判断给水泵汽轮机润滑油油压是否正常，在油压正常时满足冲转条件；其中油压检测可以选用现有MIK-P300型号的油压检测传感器；
S1-4：判断给水泵汽轮机排气压力是否正常，在排气压力正常时满足冲转条件；排气压力检测选用现有SIN-P300型号的压力传感器；
S1-5：判断给水泵汽轮机轴封供汽压力是否正常，在供汽压力正常时满足冲转条件；供汽压力检测时选用现有SIN-P300型号的压力传感器；
S1-6：判断除氧水位是否正常，在除氧水位正常时满足冲转条件；除氧水位检测选用现有的SIN-P260型号的水位检测传感器；
S1-7：判断锅炉给水前置泵是否已经运行，运行时满足冲转条件；判断给水前置泵是否运行时可以通过判断其电机是否转动的方式判断给水前置泵是否正常运行，具体检测时可以通过安装现有TELESKY品牌的霍尔传感器进行检测；
S1-8：判断给水泵上筒体和下筒体温度差是否小于20℃，小于20℃时满足冲转条件；具体实现时通过在给水泵的上筒体和下筒体上分别安装现K型热电偶，并将K型热电偶和现有的DCS系统连接，然后通过DCS系统判断两个温度传感器检测输出温度值之间的差值；
S1-9：判断除氧器与下筒体温度差是否小于50℃，小于50℃时满足冲转条件，具体实现时通过在除氧器上安装现有HK-TTC型号的温度传感器，然后通过DCS系统判断除氧器和下筒体上温度传感器输出温度值之间的差值；
S1-10：判断给水泵汽轮机封管疏水阀是否已经打开，在已经打开时满足冲转条件，检测封管疏水阀的是否打开是通过对开度进行检测判断的，开度检测采用现有SDVG型号的阀门开度检测传感器；
S1-11：判断给水泵汽轮机低压缸疏水阀是否已经打开，在已经打开时满足冲转条件，检测低压缸疏水阀是否已经打开是通过开度检测进行判断的，开度检测采用现有SDVG型号的阀门开度检测传感器；
S1-12：判断给水泵汽轮机高压缸疏水阀是否已经打开，在已经打开时满足冲转条件；检测高压缸疏水阀是否打开同样是通过对开度进行检测判断的，开度检测采用现有SDVG型号的阀门开度检测传感器；
S1-13：判断给水泵汽轮机平衡管疏水阀是否已经打开，在已经打开时满足冲转条件；检测平衡管疏水阀是否打开是通过对开度进行检测判断的，开度检测采用现有SDVG型号的阀门开度检测传感器。
S2、判断热控仪表监测情况是否符合冲转条件
S2-1：判断是否有小机ETS报警信号，在无小机ETS报警信号时满足冲转条件；比如当小机发生故障无法运行等将触发小机ETS报警信号；
S2-2：判断是否有跳闸保护条件，无跳闸保护条件时满足冲转条件；比如当控制小机动作的线路发生短路情况将触发跳闸保护条件；
S2-3：判断给水泵汽轮机MTSI系统是否正常，在正常时满足冲转条件；通过对MTSI系统试运行或通过仿真运行判断其运行是否正常。
S3、判断控制调节回路是否正常
S3-1：判断给水量有无故障，无故障时满足冲转条件；判断给水量是否有故障时，是通过对水位进行检测判断给水量是否正常，给水量的水位检测是根据现有20140501001货号的水位检测传感器进行检测的；
S3-2：判断给水泵汽轮机遥控设定是否有故障，无故障时满足冲转条件；比如检测遥控退出按钮是否被触发，在没有触发时满足冲转条件。
S3-3：判断给水泵汽轮机转速是否正常，正常时满足冲转条件；转速检测是通过现有TELESKY品牌的霍尔传感器进行检测。
其中，通过MEH自动检测给水泵汽轮机是否有超速情况，同时通过速度检测模块(速度检测模块包括霍尔传感器)判断汽轮机转速是否存在故障，检测遥控退出按钮是否被触发，根据判断给水指令值是否在预设值范围内判断给水指令值是否有效，在不存在超速状况、汽轮机转速正常、退出按钮没有被触发且检测给水指令值有效时发送一个条件满足信号给DCS。
S4、DCS系统在接收到MEH发送的满足条件信息后发送一个远程启动指令，使得冲转子组复位，同时执行挂闸，并在挂闸成功后，通过温度检测模块(温度检测模块包括温度传感器)判断泵组状态为冷态、温态、热态或者极热态；泵组处于冷态、温态、热态或者极热态是通以启动前高压缸内上半内壁(调节级处)金属温度来定的。
其中，冷态、温态、热态或者极热态的判断条件为：
(1)冷态：调节级处金属温度低于150一180℃之间。
(2)温态：调节级处金属温度在180一350℃之间。
(3)热态：调节级处金属温度在350一450℃之间。
(4)极热态：调节级处金属温度高于450℃。
另外，调节级处金属温度低于150℃时的状态不参与判断。
S5、根据得到的泵组状态和给水泵汽轮机的汽轮机启动曲线计算需要暖机时间(实际启动曲线是根据不同的机型而不同，属于经验测量得出的曲线模型；实际曲线模型生成过程中，是通过对时间、泵组的温度和给水泵汽轮机转速的点值测量，然后通过excel曲线拟合而成)，并根据计算的暖机时间、汽轮机转速生成水泵汽轮机的升速速率；其中，汽轮机启动曲线存储在DCS系统中，启动曲线包括时间、泵组的温度和给水泵汽轮机的转速；汽轮机转速小于800转/分，则升速率为160转/分，转速等于800转/分且暖机未结束，则升速率为0，转速大于800小于3000转/分，则升速率为210转/分2，转速大于3000转/分，则升速率为0。
S6、根据升速速率生成给水泵汽轮机的转速设定值(通过转速设定值计算模块进行计算，实际过程中转速设定值计算模块可以设置在DCS系统中执行该计算工作，也可以通过设置在控制器中实现该计算工作，比如现有的单片机或PLC)，然后根据转速设定值和实际转速进行PID的闭环控制，形成给水泵汽轮机的高低压调门指令，最终使得给水泵汽轮机升速到遥控转速，遥控转速为3000转/分。
其中，PID闭环控制是根据通过闭环控制系统实现，如图2所示，闭环控制系统从左往右依次包括第一检测元件、第一比较器、转速设定值计算模块、第二比较器、PID控制器和执行器，第一检测元件即为上述温度检测模块中使用的温度传感器，第一检测元件的输入值i(t)为高压缸上半内壁金属实际温度，温度检测模块的输出值k0(t)为高压缸上半内壁金属检测温度，温度检测模块的检测值k0(t)传送给第一比较器，且执行机构上连接有第二检测元件，第二检测元件用于检测给水泵汽轮机的输出转速(可通过现有的霍尔传感器实现转速检测)，第二检测元件的检测值m(t)将反馈给第一比较器和第二比较器，第一比较器的输出值k1(t)发送给转速设定值计算模块，转速设定值计算模块计算处转速设定值后将计算的转速设定值s(t)输出给第二比较器，第二比较器将输出值e(t)传送给PID控制器进行PID调节，PID控制器将输出值r(t)发送给执行机构(即给水泵汽轮机)，实现给水泵汽轮机转速的控制。通过PID调节的方式调节给水泵汽轮机的转速，以快速的跟踪变化，减小稳态误差。
实施例二
而实施例二与实施例一的区别在于，本实施例中转速设定值计算模块在接收到第一检测元件检测值k(t)和第二检测元件检测值m(t)之间的实际差值Ni小于预设差值N0时，转速设定值计算模块的输出值s(t)不变，即在转速设定值计算模块的输出值s(t)处于稳态运行时，执行机构的输出转速u(t)便不会发生变化。其中，预设差值N0设置的最佳范围为10转/分至15转/分之间。
本方案与实施例一相比，本方案中通过预设差值N0的设置，避免了不必要的输出转速调整，减小给水泵汽轮机输出转速的变化频率。
给水泵汽轮机输出转速变化过快，将增加给水泵汽轮机的磨损，减小其使用寿命，且导致其输出不稳等问题出现。比如：由于给水泵汽轮机工作是通过电机转动实现，即控制给水泵汽轮机输出转速便是控制电机转速，而电机转速变化过于频繁，导致电机运行稳定性差，导致电机的电刷磨损严重，减小其使用寿命。本实施例通过在接收到第一检测传元件检测值k(t)和第二检测元件检测值m(t)之间的实际差值Ni小于预设差值N0时，转速设定值计算模块的输出值s(t)不变，减小了对给水泵汽轮机的控制频次，只有在超过预设差值N0时，才会启动调控，这样能够减少整个控制系统的扰动，使得整个系统更加稳定，延长给水泵汽轮机的使用寿命。
实施例三
实施例三与实施例一的区别在于，实施例三中为了避免给水泵汽轮机的低压汽源中提供蒸汽太多导致给水泵汽轮机输出转动过快，故在低压汽源处设置用于出气的阀门；在给水泵汽轮机的输出轴上套设凸轮，在凸轮旁竖直放置机架，在机架上竖直向下设置套筒，在套筒顶端内滑动连接有滑块，滑块和开关把柄通过钢索连接，滑块底端固定有弹簧，在弹簧底端固定拨动条，拨动条底端正对凸轮侧固定有凸台，拨动条和套筒滑动连接且拨动条底端伸出套筒，凸台位于套筒下方，凸轮转动时将能够拨动凸台，凸台下方的机架上设置有触发开关。本实施例中选用1.0cm线径的不锈钢材质的弹簧。
低压汽源作为常用的工作汽源，在低压汽源提供的蒸汽量大时，给水泵汽轮机输出转速便快，即低压汽源提供蒸汽量决定了给水泵汽轮机输出轴转动速度；本方案适用于调节给水泵汽轮机输出轴转动速度的系统发生故障时使用，即在该系统无法控制给水泵汽轮机输出轴转动速度时使用。给水泵汽轮机输出轴转动越快，则输出轴上设置的凸轮转动就越快；当凸轮转动时，凸轮将拨动凸台，在凸轮转速较慢时，凸台向下运动幅度小，凸台无法接触到触发按钮，然后在弹簧的弹性回复力下回到初始位置；当凸轮转动越快，凸台向下移动的幅度便越大，凸台动作时给弹簧施加的拉力便越大，当凸台碰触到触发按钮后阀门开启，这样低压汽源提供的蒸汽便可以出去，减小抵压汽源提供蒸汽量，进而实现给水泵汽轮机输出轴转动速度的调节。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (6)
1.给水泵汽轮机自动启动控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、自动检测给水泵汽轮机是否有超速情况，同时通过速度检测模块判断汽轮机转速是否存在故障，检测遥控退出按钮是否被触发，根据判断给水指令值是否在预设值范围内判断给水指令值是否有效，在不存在超速状况、汽轮机转速正常、退出按钮没有被触发且给水指令值有效时发送一个条件满足信号；
S2、发送一个远程启动指令，使得冲转子组复位，同时执行挂闸，并在挂闸成功后，通过温度检测模块判断泵组状态为冷态、温态还是热态；
S3、根据得到的泵组状态和给水泵汽轮机的汽轮机启动曲线计算需要暖机时间，并根据计算的暖机时间生成给水泵汽轮机的升速速率；
S4、根据升速速率生成给水泵汽轮机的转速设定值，然后根据转速设定值和实际转速进行PID的闭环控制，形成给水泵汽轮机的高低压调门指令，最终使得给水泵汽轮机升速到遥控转速；
PID的闭环控制是根据通过闭环控制系统实现，闭环控制系统从左往右依次包括第一检测元件、第一比较器、转速设定值计算模块、第二比较器、PID控制器和执行器，温度检测模块的检测值传送给第一比较器，且执行机构上连接有第二检测元件，第二检测元件用于检测给水泵汽轮机的输出转速，第二检测元件的检测值将反馈给第一比较器和第二比较器，第一比较器的输出值发送给转速设定值计算模块，转速设定值计算模块计算出转速设定值后将计算的转速设定值输出给第二比较器，第二比较器将输出值传送给PID控制器进行PID调节，PID控制器将输出值发送给执行机构，转速设定值计算模块在接收到第一检测元件检测值和第二检测元件检测值之间的实际差值小于预设差值时，转速设定值计算模块的输出值不变；
在低压汽源处设置用于出气的阀门；在给水泵汽轮机的输出轴上套设凸轮，在凸轮旁竖直放置机架，在机架上竖直向下设置套筒，在套筒顶端内滑动连接有滑块，滑块和开关把柄通过钢索连接，滑块底端固定有弹簧，在弹簧底端固定拨动条，拨动条底端正对凸轮侧固定有凸台，拨动条和套筒滑动连接且拨动条底端伸出套筒，凸台位于套筒下方，凸轮转动时将能够拨动凸台，凸台下方的机架上设置有触发开关，当凸台碰触到触发按钮后阀门开启；当凸轮转动时，凸轮将拨动凸台，在凸轮转速较慢时，凸台向下运动幅度小，凸台无法接触到触发按钮，然后在弹簧的弹性回复力下回到初始位置；当凸轮转动越快，凸台向下移动的幅度便越大，凸台动作时给弹簧施加的拉力便越大，当凸台碰触到触发按钮后阀门开启，这样低压汽源提供的蒸汽便可以出去，减小低压汽源提供蒸汽量，进而实现给水泵汽轮机输出轴转动速度的调节。
2.根据权利要求1所述的给水泵汽轮机自动启动控制方法，其特征在于：在步骤S1中，判断给水泵汽轮机是否有超速情况前进行了工艺系统是否符合冲转条件的自动判断。
3.根据权利要求2所述的给水泵汽轮机自动启动控制方法，其特征在于：进行了工艺系统冲转条件的自动判断后，自动对热控仪表监测情况是否符合冲转条件进行了判断。
4.根据权利要求2所述的给水泵汽轮机自动启动控制方法，其特征在于：判断工艺系统是否符合冲转条件时，判断四级抽汽至给水泵汽轮机水压是否正常、判断给水泵汽轮机润滑油油压是否正常、判断给水泵汽轮机排气压力是否正常、判断给水泵汽轮机轴封供汽压力是否正常、判断除氧水位是否正常、判断锅炉给水前置泵是否已经运行、判断给水泵上筒体和下筒体温度差是否小于20℃、判断除氧器与下筒体温度差是否小于50℃、判断给水泵汽轮机封管疏水阀是否已经打开、判断给水泵汽轮机低压缸疏水阀是否已经打开、判断给水泵汽轮机高压缸疏水阀是否已经打开以及判断给水泵汽轮机平衡管疏水阀是否已经打开。
5.根据权利要求3所述的给水泵汽轮机自动启动控制方法，其特征在于：对热控仪表监测情况是否符合冲转条件进行判断时，判断是否有小机ETS报警信号、判断是否有跳闸保护条件以及判断给水泵汽轮机MTSI系统是否正常。
6.根据权利要求3所述的给水泵汽轮机自动启动控制方法，其特征在于：对热控仪表监测情况是否符合冲转条件判断后，进行了控制调节回路是否符合冲转条件的判断。
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