CN113405088A - 一种三冲量变频自动调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种火力发电机组低负荷或深度调峰条件下凝结水系统除氧器水位三冲量变频自动调节方法，该方法通过火力发电机组低负荷或深度调峰条件下将除氧器水位、给水流量、凝结水流量三个冲量信号作用于凝结泵高压变频器，通过改变凝结泵转速从而达到除氧器水位自动调节的目的，彻底解决了传统的除氧器水位调节阀节流损失大问题。
Description
技术领域
本发明属于电力系统运行和控制技术领域，具体涉及火力发电机组深度调峰条件下凝结水系统除氧器水位三冲量变频自动调节方法。
背景技术
目前国内火力发电机组凝结水系统中一般设置并存的两套自动调节系统，一套是除氧器水位自动调节系统，通过控制除氧器水位调节阀的开度来调节凝结水流量从而控制除氧器水位在规定范围内。除氧器水位调节阀采用除氧器水位、锅炉给水流量和凝结水流量三个冲量调节。另一套是凝结泵变频自动调节系统，是以凝结水母管压力为调节对象，通过自动调节变频器频率（或者说改变凝结泵电机转速）来控制凝结水母管压力在设定值。机组正常运行过程中，两套自动调节系统同时投入。
电力紧缺时期，机组负荷率较高，出力一般都在额定负荷的90%以上甚至满负荷运行，此工况下凝结水流量较大，除氧器水位调节阀开度基本上在90%以上，几乎不存在节流损失，运行方式比较经济。
随着近些年来我国火电机组总装机容量的大幅攀升导致产能严重过剩，机组负荷率大幅下降，大部分火力发电厂机组长期低负荷工况运行，部分电厂的机组负荷率平均不足50%额定负荷。与此同时，为改善能源结构，减少环境污染，风电、光电等新能源装机容量比例逐步增加，为尽可能地降低弃风弃光率，火电机组参与新能源消纳而进行深度调峰已成大势所趋，深度调峰期间机组负荷率在30%~100%额定负荷区间变工况运行，火电机组深度调峰时凝结水系统凝结水流量变化幅度大，当机组负荷小于90%额定负荷甚至更低负荷参与调峰时，除氧器水位调节阀开度基本上在35%-90%之间，机组负荷越小，开度越小，节流损失越大。凝结泵变频自动调节系统虽然也参与调节，但以凝结水母管压力为调节对象的调节模式，不能解决除氧器水位调节阀节流损失大的问题，凝结泵变频调节节能的最大潜力没有发挥出来。
为解决火力发电厂机组低负荷或深度调峰条件下凝结水系统除氧器水位自动调节节流损失的问题，理想的节能调节应该是：机组低负荷或深度调峰时，也要尽量保持除氧器水位调节阀开度较大甚至全开，凝结泵变频自动调节系统起主导调节作用，在满足除氧器水位自动调节和凝杂水用户（按照工艺流程，凝结水除向除氧器补水外，另外的用途是作为冷却水、减温水和密封水）压力、流量要求的情况下，尽量降低变频器频率来达到节电的目的。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种全新的火力发电机组低负荷或深度调峰条件下凝结水系统除氧器水位自动调节的方法，以降低节流损失，达到最大程度节能的目的。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种三冲量变频自动调节方法，包括如下步骤
取消凝结泵出口母管压力变频调节控制回路，即取消机组DCS控制系统中给凝结泵变频控制器发出调节指令的凝结泵调节PID控制回路；
增加三冲量变频调节控制回路，将除氧器水位、给水流量、凝结水流量三个冲量引入串级调节控制器，调节器校正水位偏差，保证水位无静态偏差，主调节器的输出信号和给水流量前馈信号通过主调节器作用产生主凝结水流量的设定值，此设定值与实际主凝结水流量的偏差作用到副调节器，经副调节器输出，控制凝结水泵变频调节的频率输出信号，通过频率变化达到改变凝结水泵转速进而改变凝结水流量，控制除氧器水位调节，主调节器采用负荷比例控制，保证主调节回路的调节稳定，副调节器采用负荷比例控制，以使副回路调节快速，三冲量信号作用于凝结泵高压变频器，使凝结泵变频控制器直接自动调节除氧器水位；火力发电机组深度调峰条件下将除氧器水位、给水流量、凝结水流量三个冲量信号作用于凝结泵高压变频器，通过改变凝结泵转速从而达到除氧器水位自动调节，降低除氧器水位调节阀节流损失。
所述凝结泵变频运行方式下，切断除氧器水位调节阀三冲量调节逻辑回路，除氧器水位调节阀全开，最大限度降低节流损失。
所述凝结泵变频装置故障，工频运行方式下，自动切换至除氧器水位调节阀三冲量调节逻辑回路。
所述取消凝结泵出口压力变频调节控制，增加凝结泵出口压力降低至1.5MPa闭锁减凝结泵电机频率的限制，将凝结泵出口压力低联锁启动备用泵的定值由1.8MPa改为为1.3MPa。
所述增加凝结泵出口压力低至1.5MPa闭锁减凝结泵电机频率的限制，当两台凝结水泵任一台处于变频状态时，除氧器水位调节为变频调节功能时，若凝结水泵出口压力降低至1.5MPa时限制除氧器水位变频调节频率进一步降低功能，同时将凝结水泵变频控制器由自动状态切为手动调节状态并保持除氧器水位主调节阀当前阀位不变，防止凝结泵出口压力过低不满足凝杂水供应需求。
本发明的有益效果为：
本发明公开了一种火力发电机组低负荷或深度调峰条件下凝结水系统除氧器水位三冲量变频自动调节方法，该方法通过火力发电机组低负荷或深度调峰条件下将除氧器水位、给水流量、凝结水流量三个冲量信号作用于凝结泵高压变频器，通过改变凝结泵转速从而达到除氧器水位自动调节的目的，彻底解决了传统的除氧器水位调节阀节流损失大问题。
附图说明
图1为本发明的结构连接示意图；
图2为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面对本发明做进一步描述：
一种三冲量变频自动调节方法，包括如下步骤
取消凝结泵出口母管压力变频调节控制回路，即取消机组DCS控制系统中给凝结泵变频控制器发出调节指令的凝结泵调节PID控制回路；
增加三冲量变频调节控制回路，将除氧器水位、给水流量、凝结水流量三个冲量引入串级调节控制器，调节器校正水位偏差，保证水位无静态偏差，主调节器的输出信号和给水流量前馈信号通过主调节器作用产生主凝结水流量的设定值，此设定值与实际主凝结水流量的偏差作用到副调节器，经副调节器输出，控制凝结水泵变频调节的频率输出信号，通过频率变化达到改变凝结水泵转速进而改变凝结水流量，控制除氧器水位调节，主调节器采用负荷比例控制，保证主调节回路的调节稳定，副调节器采用负荷比例控制，以使副回路调节快速，三冲量信号作用于凝结泵高压变频器，使凝结泵变频控制器直接自动调节除氧器水位；火力发电机组深度调峰条件下将除氧器水位、给水流量、凝结水流量三个冲量信号作用于凝结泵高压变频器，通过改变凝结泵转速从而达到除氧器水位自动调节，降低除氧器水位调节阀节流损失。
所述凝结泵变频运行方式下，切断除氧器水位调节阀三冲量调节逻辑回路，除氧器水位调节阀全开，最大限度降低节流损失。所述凝结泵变频装置故障，工频运行方式下，自动切换至除氧器水位调节阀三冲量调节逻辑回路。所述取消凝结泵出口压力变频调节控制，增加凝结泵出口压力降低至1.5MPa闭锁减凝结泵电机频率的限制，将凝结泵出口压力低联锁启动备用泵的定值由1.8MPa改为为1.3MPa。所述增加凝结泵出口压力低至1.5MPa闭锁减凝结泵电机频率的限制，当两台凝结水泵A和B任一台处于变频状态时，除氧器水位调节为变频调节功能时，若凝结水泵出口压力降低至1.5MPa时限制除氧器水位变频调节频率进一步降低功能，同时将凝结水泵变频控制器由自动状态切为手动调节状态并保持除氧器水位主调节阀当前阀位不变，防止凝结泵出口压力过低不满足凝杂水供应需求。
在实际使用中具体注意事项为：
1.取消凝结泵出口母管压力变频调节控制回路，即取消机组DCS控制系统中给凝结泵变频控制器发出调节指令的“凝结泵调节PID”控制回路，相应地，可以在厂区一并将工程师站、操作员站凝结泵变频调节操作画面中“凝结泵出口母管压力”指令输入、操作框相应取消。
2.增加三冲量变频调节控制回路，将除氧器水位、给水流量、凝结水流量三个冲量引入串级调节控制器，调节器的任务是校正水位偏差，保证水位无静态偏差，串级调节主、副调节任务不同，主调节器的输出信号和给水流量前馈信号通过主调节器作用产生主凝结水流量的设定值，此设定值与实际主凝结水流量的偏差作用到副调节器，经副调节器输出，控制凝结水泵变频调节的频率输出信号，通过频率变化达到改变凝结水泵转速进而改变凝结水流量，以达到除氧器水位调节的目的。由于任务的不同，主调节器采用比例积分控制，保证主调节回路的调节稳定性，副调节器采用比例控制，以使副回路调节具有快速性。三冲量信号作用于凝结泵高压变频器，实现凝结泵变频控制器直接自动调节除氧器水位的目的。相应地，工程师站、操作员站凝结泵变频调节操作画面重新组态，增加“除氧器水位”调节的指令输入、操作框。
3.当两台凝结水泵任一台处于变频状态时，切除除氧器水位主调节阀控制回路，同时将除氧器水位主调节阀置为全开，彻底解决传统的除氧器水位调节阀在机组低负荷时阀门开度过小节流损失大的问题。
4.当两台凝结泵变频装置故障，退出变频模式，均处于工频状态时，切除除氧器水位变频调节控制回路，将除氧器水位控制回路切换为除氧器水位主调节阀控制回路，保证除氧器水位调节功能在不同运行方式下的完整性，保证不影响生产。
5.增加凝结泵出口压力低至1.5MPa闭锁减凝结泵电机频率的限制，当两台凝结水泵任一台处于变频状态时，除氧器水位调节为变频调节功能时，若凝结水泵出口压力降低至1.5MPa时限制除氧器水位变频调节频率进一步降低功能，同时将凝结水泵变频控制器由自动状态切为手动调节状态并保持除氧器水位主调节阀当前阀位不变，防止凝结泵出口压力过低不满足凝杂水用户需求。
6.将凝结泵出口压力低联锁启动备用泵的定值由1.8MPa调整为1.3MPa。机组低负荷或深度调峰时，为尽可能地降低频率达到变频调节节能而非节流调节的目的，经理论分析计算和实际验证，凝结泵出口母管压力1.3MPa以上即可满足除氧器水位调节和凝杂水用户需求，原调节方式下备用泵联动值1.8MPa过高，不利于机组低负荷下进一步降低凝结泵电机频率。
为解决传统的凝结水系统除氧器水位自动调节在机组低负荷时节流损失大的弊端，提出三冲量变频自动调节的思路，首先通过开展现场试验来验证思路的可行性，其次结合试验提出具体的解决方案，最后对方案进行实际的验证。
1.开展现场试验
以某厂350MW超临界空冷机组为试验机型，以10MW为幅度逐步降低机组负荷的方式进行深度调峰，每个负荷点停留，对凝结水流量、凝结泵出口压力、除氧器水位、变频控制器输出频率等参数进行记录，直至调峰负荷降至30%额定负荷，过程中解除除氧器水位调节阀自动调节，始终保持阀门开度在90%以上，即除氧器水位调节阀不参与调节，采用随机组负荷下降手动逐渐降低凝结泵变频控制器频率的方法来调节除氧器水位，试验结果表明，频率最低可降至37Hz，此时凝结水流量及压力满足向除氧器补水的要求，除氧器水位可控。
电厂凝结水的另一用途是向给水泵等转机提供密封水或冷却水，同时也向某些系统提供减温水，称之为“凝杂水”，如果一味地降低凝结泵变频器频率即降低凝结泵转速，可能会导致凝结泵出口压力过低，不能满足凝杂水用户对凝结水压力的工艺要求。试验结果表明，机组调峰负荷为30%时（已达到目前国内机组不投油稳燃的调峰极限），凝结泵出口压力为1.7MPa，也满足凝杂水用户对凝结水压力参数的要求。
因此，在调峰负荷范围内，试验结果表明，通过改变凝结泵频率、开大除氧器水位调节阀降低节流损失的调整方法是可行的。
上述试验是在解除所有自动的条件下完成的，机组在实际运行中必须实现自动调节，才能满足稳定运行、减少劳动强度、调节品质的要求，因此，需要在试验基础上设计全新的控制策略和控制方案，达到自动调节的目的。
2.全新控制策略
（1）取消凝结泵出口母管压力变频调节控制回路，当凝结泵变频方式运行时，高压变频器只根据除氧器水位、给水流量、凝结水流量三个冲量通过改变凝结泵电机频率从而改变凝结水流量来实现调整除氧器水位的目的。这种全新的调节模式实现了由传统的压力调节向流量调节的转变。
（2）为了解决原凝结水系统中两套自动调节系统（即除氧器水位调节阀三冲量自动调节系统和凝结泵出口压力变频自动调节系统）并存而使系统节流损失大、运行方式不经济的弊端，在新的三冲量变频自动调节系统投入后，除氧器水位调节阀三冲量自动调节系统将切除，即凝结泵变频正常运行方式下，除氧器水位调节阀不参与调节，阀门保持全开，系统中只有凝结泵三冲量自动变频调节系统投入和参与调节，实现最大程度降低节流损失的目的，同时充分发挥高压变频调节节能的优势。
（3）为了实现调节模式由压力调节向流量调节的转变，本发明增加了三冲量变频调节控制回路。实际上实现除氧器水位的调节只需要直接调节凝结水流量即可，即单冲量调节，但为了提高调节品质和稳定性以及调节的快速响应性，火力发电领域重要系统的水位调节往往都采用三冲量调节，这是常规的做法，在此不再赘述。
（4）本发明的核心内容之一是通过凝结泵高压变频器改变电机频率（也就是改变凝结水流量）来实现除氧器水位调节的目的，也就是说要建立频率与凝结水流量之间的函数关系，即频率特性函数F（x）的建立。频率特性函数F（x）建立后，频率特性函数F（x）输出除氧器水位（或者说凝结水流量）对应的频率，作为凝泵变频控制器的输入指令来改变凝结泵电机转速，从而实现除氧器水位的自动调节。
根据流体力学的相关知识，水泵的出口流量与泵的转速成正比，因为转速与频率是一一对应的关系，因此，将来建立的频率特性函数F（x）中频率与凝结水流量之间的函数关系一定是一个一次函数表达式，即F（x）=kx+b，如果公式中k和b已知，则频率特性函数F（x）也就确定了。
本发明通过上述现场试验的方法，通过以10MW为幅度逐步降低机组负荷的方式进行深度调峰，人为改变凝结泵频率，得到多组频率与凝结水流量的试验数据。我们知道，对二元一次方程y=kx+b，两组数据连立方程组就能求出k与b，频率特性函数F（x）也就确定了。
（5）在实际生产中，高压变频装置故障不能投入运行是大概率事件，当两台凝结泵变频装置故障，退出变频模式，均处于工频状态时，切除三冲量变频调节控制回路，将除氧器水位控制回路切换为除氧器水位主调节阀控制回路，保证除氧器水位调节功能在不同运行方式下的完整性，保证不影响生产。当变频装置故障处理完毕后，切换为三冲量变频调节方式。
（6）增加凝结泵出口压力低至1.5MPa闭锁减凝结泵电机频率的限制，当两台凝结水泵任一台处于变频状态时，除氧器水位调节为变频调节功能时，若凝结水泵出口压力降低至1.5MPa时限制除氧器水位变频调节频率进一步降低功能，同时将凝结水泵变频控制器由自动状态切为手动调节状态并保持除氧器水位主调节阀当前阀位不变，防止凝结泵出口压力过低不满足凝杂水用户需求。
（7）将凝结泵出口压力低联锁启动备用泵的定值由1.8MPa调整为1.3MPa。机组低负荷或深度调峰时，为尽可能地降低频率达到变频调节节能而非节流调节的目的，经理论分析计算和实际验证，凝结泵出口母管压力1.3MPa以上即可满足除氧器水位调节和凝杂水用户需求，原调节方式下备用泵联动值1.8MPa过高，不利于机组低负荷下进一步降低凝结泵电机频率。
3.方案实际验证
机组满负荷运行时除氧器运行压力最高，凝结水的压力必须满足除氧器最高压力时凝结水能够补进去，即凝结水克服系统所有阻力，以350MW超临界空冷机组为例，机组满负荷时除氧器运行压力0.75MPa，凝结水精处理系统的最大阻力为0.1MPa，回热系统加热器最大阻力为0.2MPa，除氧器布置在22米标高处，高程静压阻力和管道阻力按0.25MPa计算，则系统总的阻力为1.3MPa，实际上机组调峰期间，变频控制器输出频率最低37Hz，凝结水压力1.7MPa，完全满足调节需求。
按照本发明的方法，对现有的控制策略进行了修改，并进行了全调峰阶段（30%~100%额定负荷）试验验证，除氧器水位三冲量变频自动调节特性曲线收敛无振荡，调节品质良好，满足调节需求，彻底解决了调节阀节流损失大的问题。
Claims (5)
1.一种三冲量变频自动调节方法，其特征在于：包括如下步骤
取消凝结泵出口母管压力变频调节控制回路，即取消机组DCS控制系统中给凝结泵变频控制器发出调节指令的凝结泵调节PID控制回路；
增加三冲量变频调节控制回路，将除氧器水位、给水流量、凝结水流量三个冲量引入串级调节控制器，调节器校正水位偏差，保证水位无静态偏差，主调节器的输出信号和给水流量前馈信号通过主调节器作用产生主凝结水流量的设定值，此设定值与实际主凝结水流量的偏差作用到副调节器，经副调节器输出，控制凝结水泵变频调节的频率输出信号，通过频率变化达到改变凝结水泵转速进而改变凝结水流量，控制除氧器水位调节，主调节器采用负荷比例控制，保证主调节回路的调节稳定，副调节器采用负荷比例控制，以使副回路调节快速，三冲量信号作用于凝结泵高压变频器，使凝结泵变频控制器直接自动调节除氧器水位；火力发电机组深度调峰条件下将除氧器水位、给水流量、凝结水流量三个冲量信号作用于凝结泵高压变频器，通过改变凝结泵转速从而达到除氧器水位自动调节，降低除氧器水位调节阀节流损失。
2.根据权利要求1所述一种三冲量变频自动调节方法，其特征在于：所述凝结泵变频运行方式下，切断除氧器水位调节阀三冲量调节逻辑回路，除氧器水位调节阀全开，最大限度降低节流损失。
3.根据权利要求1所述一种三冲量变频自动调节方法，其特征在于：所述凝结泵变频装置故障，工频运行方式下，自动切换至除氧器水位调节阀三冲量调节逻辑回路。
4.根据权利要求1所述一种三冲量变频自动调节方法，其特征在于：所述取消凝结泵出口压力变频调节控制，增加凝结泵出口压力降低至1.5MPa闭锁减凝结泵电机频率的限制，将凝结泵出口压力低联锁启动备用泵的定值由1.8MPa改为为1.3MPa。
5.根据权利要求4所述一种三冲量变频自动调节方法，其特征在于：所述增加凝结泵出口压力低至1.5MPa闭锁减凝结泵电机频率的限制，当两台凝结水泵任一台处于变频状态时，除氧器水位调节为变频调节功能时，若凝结水泵出口压力降低至1.5MPa时限制除氧器水位变频调节频率进一步降低功能，同时将凝结水泵变频控制器由自动状态切为手动调节状态并保持除氧器水位主调节阀当前阀位不变，防止凝结泵出口压力过低不满足凝杂水供应需求。
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