CN113464416A - 一种大容量电泵应急启动试验初始参数设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大容量电泵应急启动试验初始参数设计方法，包括以下步骤：1)预设初始参数的影响因子；2)确立多组试验前的统一试验条件；3)设计多组试验，进行不同初始参数下的实际试验；4)确定试验结果的评价指标及寻优原则，所述评价指标包括电泵启动电流的持续时间、应急启动过程电泵的最大振动参数、电泵进线电源电压、电泵断流的持续时间及主给水流量断流时间；5)对多组试验的试验结果进行目标值寻优，确立最佳初始参数，完成大容量电泵应急启动试验初始参数设计，该方法能够在保证大容量电泵安全运行的前提下缩短主给水断流的时间。

Description

一种大容量电泵应急启动试验初始参数设计方法

技术领域

本发明属于火力发电机组技术领域，涉及一种大容量电泵应急启动 试验初始参数设计方法。

背景技术

给水系统是火电机组水动力循环的核心组成部分。电动给水泵作为 机组启动给水泵或备用给水泵，驱动方式通常有两种，一种是由定速电 机直接驱动的，称为定速电泵；另一种电动给水泵由电机通过勺管变速 驱动，称为变速泵。一般机组设置30％～50％额定容量的电泵，当机组负 荷大于40％额定负荷时，电泵逐步退出，由汽动给水泵介入，提供工质 循环的动力。

近年来，在超临界300MW～1000MW机组中，给水系统的配置中出现 越来越多50％以上大容量电泵，且电泵为带勺管可调节转速的变速泵。 机组配置大容量的电泵，不仅要求具备启动的功能，更多的是需要考虑 当汽动给水泵滤网堵塞或者小机(汽动给水泵小机)调阀卡涩等故障发 生时，大容量电动给水泵可以实现应急启动，电泵快速加载至给水流量 的实际需求，稳住机组负荷，避免发生跳闸。机组快速降负荷、电泵应 急启动，要做到响应迅速、调节精准，需要达到两个方面的要求。一是 大容量电泵退出运行后处在热备用状态，一旦触发汽泵RB动作，电泵可 自动启动，按照预设目标快速加载。二是大容量电泵在备用状态下的初 始参数(勺管开度指令和再循环开度等)设置合理，能达到快速加载、 电泵在断流时间内振动不超限、电泵断流时间短于主给水断流延时跳机 时间。

目前，大多专业技术人员仅仅掌握了电动给水泵的正常启动、加载 及停运的特性，并不熟悉电泵的应急连锁启动、启动后快速加载至所需 流量、加载的滞后时间及勺管的调节品质等，因此在实际操作中很难做 到汽泵RB后锅炉不灭火、汽机不跳闸，并不能真正发挥大容量电泵应急 启动的能力。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种大容量电 泵应急启动试验初始参数设计方法，该方法能够在保证大容量电泵安全 运行的前提下缩短主给水断流的时间。

为达到上述目的，本发明所述的大容量电泵应急启动试验初始参数 设计方法包括以下步骤：

1)预设初始参数的影响因子；

2)确立多组试验前的统一试验条件；

3)设计多组试验，进行不同初始参数下的实际试验；

4)确定试验结果的评价指标及寻优原则，所述评价指标包括电泵启 动电流的持续时间、应急启动过程电泵的最大振动参数、电泵进线电源 电压、电泵断流的持续时间及主给水流量断流时间；

5)对多组试验的试验结果进行目标值寻优，确立最佳初始参数，完 成大容量电泵应急启动试验初始参数设计。

步骤5)之后还包括：根据最佳初始参数对当前给水系统中的参数 进行校正。

步骤1)中，预设初始参数的影响因子包括勺管开度、电泵再循环 调节阀的开度、电泵过流保护的延时时间、电泵给水断流保护的投退状 态、主给水断流保护的投退状态、勺管开启过程的加载速率以及电泵再 循环调节阀的关闭速率。

多组试验前的统一试验条件包括：锅炉已点火；机组主汽压力已升 至汽轮机冲转压力，高低压旁路开启配合调整；汽动给水泵在正常运行 状态下，主给水已切换至主路运行；电动给水泵备用投入，电动给水泵 出口门联锁打开；主给水流量已加至锅炉40％负荷下对应的给水流量。

步骤3)中，设计六组试验，其中，六组试验的试验参数分别为：

第一组试验的试验参数为：勺管开度为0％，再循环调阀开度为 100％，勺管加载速率为2％/s～5％/s，再循环调阀关阀速率为2％/s～ 5％/s，汽泵手动打闸，电泵连锁启动，手动加载至40％Pe对应的给水流 量；

第二组试验的试验参数为：勺管开度为0％，再循环调阀开度为30％， 勺管加载速率为2％/s～5％/s，再循环调阀关阀速率为2％/s～5％/s，汽泵 手动打闸，电泵连锁启动，手动加载至40％Pe对应的给水流量；

第三组试验的试验参数为：勺管开度为20％，再循环调阀开度为 30％，勺管加载速率为2％/s～5％/s，再循环调阀关阀速率为2％/s～5％/s， 汽泵手动打闸，电泵连锁启动，手动加载至40％Pe对应的给水流量；

第四组试验的试验参数为：勺管开度为40％，再循环调阀开度为 30％，勺管加载速率为2％/s～5％/s，再循环调阀关阀速率为2％/s～5％/s， 汽泵手动打闸，电泵连锁启动，手动加载至40％Pe对应的给水流量；

第五组试验的试验参数为：勺管开度为60％，再循环调阀开度为 100％，勺管加载速率为2％/s～5％/s，再循环调阀关阀速率为2％/s～ 5％/s，汽泵手动打闸，电泵连锁启动，手动加载至40％Pe对应的给水流 量；

第六组试验的试验参数为：勺管开度为60％，再循环调阀开度为 30％，勺管加载速率为2％/s～5％/s，再循环调阀关阀速率为2％/s～5％/s， 汽泵手动打闸，电泵连锁启动，手动加载至40％Pe对应的给水流量。

步骤4)中试验结果的寻优原则为：

电泵启动电流持续时间Δt_start在多组试验中越小越好；电泵的振动参 数V_xmax/V_ymax在多组试验中均小于振动报警值V_alarm；电泵进线电源电压 U_m的下降值小于等于20％U_m；电泵的断流时间Δt_e在多组试验中越小越 好；主给水流量断流时间Δt_w在多组试验中越小越好。

步骤5)的具体操作为：

确定各组试验的评价指标数值；

排除电泵的最大振动参数V_xmax/V_ymax超过V_alarm的试验组；

排除电泵进线电源电压U_m的下降值高于20％U_m的试验组；

在剩余的试验组中选择电泵断流时间Δt_e与给水流量断流时间Δt_w之和最小的作为最佳试验组，并将该最佳试验组的参数作为最佳初始参 数。

根据最佳初始参数对当前给水系统中的参数进行校正的具体操作过 程为：

当最佳初始参数中的Δt_w＞现有给水断流保护延时时间Δt_current，且 Δt_w-Δtw_current＜5s时，则修改Δt_current为(Δt_w+2)s，否则，则保持Δt_current不 变。

当最佳初始参数中的Δt_e＞现有电泵断流保护延时时间Δte_current，且 Δt_w-Δte_current＜5s时，则修改Δte_current为(Δt_e+2)s，否则，则保持Δte_current不变。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的大容量电泵应急启动试验初始参数设计方法在具体操 作时，通过设计多组试验，进行不同初始参数下的实际试验，再根据试 验结果的评价指标及寻优原则选取最优试验组对应的最佳初始参数，其 中，评价指标包括电泵启动电流的持续时间、应急启动过程电泵的最大 振动参数、电泵进线电源电压、电泵断流的持续时间及主给水流量断流 时间，从而有效获取真实可靠的大容量电泵备用状态下的初始参数，在 保证大容量电泵安全运行的前提下缩短主给水断流的时间。

附图说明

图1为给水系统的结构示意图；

图2为实施例一的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发 明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描 述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的 实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略 了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前 提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非 是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可 能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相 对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制 而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同 形状、大小、相对位置的区域/层。

参考图2，本发明所述的大容量电泵应急启动试验初始参数设计方 法包括以下步骤；

1)预设初始参数的影响因子；

所述预设初始参数的影响因子包括勺管开度、电泵再循环调节阀的 开度、电泵过流保护的延时时间、电泵给水断流保护的投退状态、主给 水断流保护的投退状态、勺管开启过程的加载速率以及电泵再循环调节 阀的关闭速率；

2)确立多组试验前的统一试验条件；

所述多组试验前的统一试验条件包括：21)锅炉已点火；22)机组 主汽压力已升至汽轮机冲转压力，高低压旁路开启配合调整；23)汽动 给水泵在正常运行状态下，主给水已切换至主路运行；24)电动给水泵 备用投入，电动给水泵出口门联锁打开；25)主给水流量已加至锅炉40％ 负荷下对应的给水流量。

3)设计多组试验，进行不同初始参数下的实际试验；

步骤3)中进行六组试验，进行不同初始参数下的实际试验，所述 六组试验包括

第一组试验的试验参数为：勺管开度为0％，再循环调阀开度为 100％，勺管加载速率为2％/s～5％/s，再循环调阀关阀速率为2％/s～ 5％/s，汽泵手动打闸，电泵连锁启动，手动加载至40％Pe对应的给水流 量；

第二组试验的试验参数为：勺管开度为0％，再循环调阀开度为30％， 勺管加载速率为2％/s～5％/s，再循环调阀关阀速率为2％/s～5％/s，汽泵 手动打闸，电泵连锁启动，手动加载至40％Pe对应的给水流量；

第三组试验的试验参数为：勺管开度为20％，再循环调阀开度为 30％，勺管加载速率为2％/s～5％/s，再循环调阀关阀速率为2％/s～5％/s， 汽泵手动打闸，电泵连锁启动，手动加载至40％Pe对应的给水流量；

第四组试验的试验参数为：勺管开度为40％，再循环调阀开度为 30％，勺管加载速率为2％/s～5％/s，再循环调阀关阀速率为2％/s～5％/s， 汽泵手动打闸，电泵连锁启动，手动加载至40％Pe对应的给水流量；

第五组试验的试验参数为：勺管开度为60％，再循环调阀开度为 100％，勺管加载速率为2％/s～5％/s，再循环调阀关阀速率为2％/s～ 5％/s，汽泵手动打闸，电泵连锁启动，手动加载至40％Pe对应的给水流 量；

第六组试验的试验参数为：勺管开度为60％，再循环调阀开度为 30％，勺管加载速率为2％/s～5％/s，再循环调阀关阀速率为2％/s～5％/s， 汽泵手动打闸，电泵连锁启动，手动加载至40％Pe对应的给水流量。

多组试验之间为层层递进的关系，前一组试验成功后，再进行下一 组试验。另外，在试验之前，手动解除电泵给水断流跳闸保护，解除主 给水断流保护。

另外，当进行某一组试验时，当发生电泵跳闸或者振动大手动打闸 时，则对试验参数进行修正，再重新进行该组试验。

4)确立试验结果的评价指标及寻优原则。

步骤4)中，确立试验结果的评价指标包括电泵启动电流的持续时 间Δt_start、应急启动过程电泵的最大振动参数V_xmax/V_ymax、电泵进线电源 电压U_m、电泵断流的持续时间Δt_e及主给水流量断流时间Δt_w。

步骤4)中试验结果的寻优原则为：电泵启动电流持续时间Δt_start在 多组试验中越小越好；电泵的振动参数V_xmax/V_ymax在多组试验中均小于 振动报警值V_alarm；电泵进线电源电压U_m的下降值小于等于20％U_m；电 泵的断流时间Δt_e在多组试验中越小越好；主给水流量断流时间Δt_w在多 组试验中越小越好。

5)对多组试验结果进行目标值寻优，确立最佳的初始参数；

步骤5)的具体操作为：

51)列举每组试验时的评价指标数值，并以表格形式展示；

52)排除电泵的最大振动参数V_xmax/V_ymax超过V_alarm的试验组别；

53)排除电泵进线电源电压U_m的下降值高于20％U_m的试验组；

54)在剩余的试验组中选择电泵断流时间Δt_e与给水流量断流时间 Δt_w之和最小的作为最佳试验组，并将该最佳试验组的参数作为最佳初 始参数。

6)根据实际试验及最佳初始参数下的启动特性对当前给水系统中的 参数进行校正。

步骤6)的具体操作过程为：

61)当最佳初始参数中的Δt_w＞现有的给水断流保护延时时间 Δt_current，且Δt_w-Δtw_current＜5s时，则修改Δt_current为(Δt_w+2)s，当最佳初始 参数中的Δt_w＜现有的给水断流保护延时时间Δt_current，则保持Δt_current不 变。

当最佳初始参数中的Δt_e＞现有的电泵断流保护延时时间Δte_current， 且Δt_w-Δte_current＜5s时，则修改Δte_current为(Δt_e+2)s，否则，则保持Δte_current不变。

本发明修改现有的给水泵全停直接触发锅炉MFT逻辑为汽泵跳闸 且电泵处于备用状态且汽泵跳闸前机组负荷在60％Pe～80％Pe区间时触 发汽泵RB动作。

实施例一

以京能某2×350MW热电联产机组为例，参考图1，机组配置1台 50％容量的电动给水泵，作为机组启动给水泵或备用给水泵。电动给水 泵的驱动方式为前置泵由电动机的一端直接驱动，电泵由电机经液力耦 合器通过勺管变速驱动，每台机组各配置1台100％容量汽动给水泵。

启动阶段，来自除氧器中的给水依次经过电动阀及入口滤网进入电 泵前置泵，电泵前置泵由电泵电机通过固定传输比的减速箱减速后驱动， 经过电泵前置泵加压后的给水经过滤网后进入大容量电泵。大容量电泵 经液耦装置传动力矩，通过勺管调节转速。电泵电机的进线电源来自6kV 母线电压，母线电压值用Um表示，电泵的运行状态除了正常的转速、 出口压力、电流等参数表征外，还增加了电泵振动测点，即Vx和Vy, 主要监视电泵运行中出现断水工况下的安全状态。经电泵加压后的高压 给水通过出口电动阀依次进入各列高压加热器和外置式蒸汽冷却器，最 终进入锅炉省煤器集箱。

当机组负荷高于40％Pe(额定负荷)或汽泵具备启动条件后，冲转给 水泵小汽轮机，机组给水系统由电泵切换至汽泵运行，电泵处于热备用 状态，出口电动阀全开。

为深度发掘大容量电泵应急启动的特性，即当机组在60％Pe～ 80％Pe负荷区间运行时，汽泵因故障发生跳闸，大容量电泵需要应急启 动，快速加载至机组RB动作后设定的负荷对应的给水流量。

参考图2，本实施例的具体操作过程为：

1)预设初始参数的影响因子；

本实施例的初始参数影响因子包括电泵勺管开度、电泵再循环调节 阀的开度、电泵给水断流保护的投退状态、主给水断流保护的投退状态、 勺管开启过程的加载速率及电泵再循环调节阀的关闭速率，各影响因子 及参数设定如下表1所示。

表1

2)确立多组试验前的统一试验条件。

本实施例分多组进行，初步设计六组试验，六组试验采用统一的试 验条件，具体包括：锅炉已点火；机组主汽压力已升至汽轮机冲转压力， 即主汽压力为6MPa，温度为390℃，再热汽压力为1.0MPa，温度为370℃， 高低压旁路开启配合调整；汽动给水泵在正常运行状态，主给水已切换 至主路运行；电动给水泵备用投入，电动给水泵出口门联锁打开；主给 水流量已加至锅炉40％负荷下对应的给水流量，即487t/h。

3)设计多组试验，进行不同初始参数下的实际试验。

本实施例共设计六组试验，当影响因子的参数设定改变时，采集不 同试验工况下的过程数据，试验组别的设计及内容具体如表2所示。

表2

4)确立试验结果的评价指标及寻优原则。

试验结果的评价指标包括：电泵启动电流的持续时间Δt_start、应急启 动过程电泵的最大振动参数V_xmax/V_ymax、电泵进线电源电压U_m、电泵断 流的持续时间Δt_e及主给水流量断流时间Δt_w。

寻优原则为：电泵启动电流持续时间Δt_start在多组试验中越小越好， 电泵的振动参数Vxmax/Vymax在多组试验中应均小于振动报警值V_alarm (本实施例设定为90μm),电泵进线电源电压Um的下降值不高于20％Um (即不低于5.04kV)，电泵的断流时间与主给水断流时间之和(Δt_e+ Δt_w)在多组试验中越小越佳。

5)对多组试验结果进行目标值寻优，确立最佳的初始参数；

具体过程为：

列举每组试验时的评价指标数值，以表格形式展示。

设按照步骤3)进行六组试验，试验过程中记录数据如表3所示；

表3

排除电泵的最大振动参数V_xmax/V_ymax超过V_alarm(即振动超过90μm) 的试验组别，从表3中可知第5组试验和第6组试验中电泵振动值超过 报警值，故排除。

排除电泵进线电源电压Um的下降值高于20％Um(即低于5.03kV) 的试验组，从表3可知6次试验过程中电泵进线电压均未低于5.03kV。

在剩余的组别中选择电泵断流时间Δt_e与给水流量断流时间Δt_w之和 最小的组别即为最佳组别，其对应的初始参数即为最佳初始参数。

其中，第1组中，(Δt_e+Δt_w)＝33s，第2组中，(Δt_e+Δt_w)＝31s，第 3组中，(Δt_e+Δt_w)＝28.6s，第4组中，(Δt_e+Δt_w)＝23.7s。

由此可知，第4组为最佳组别，对应的最佳初始参数为：勺管开度 为40％，再循环调阀开度为30％，勺管加载速率为4％/s，再循环关阀速 率为4％/s。

6)根据实际试验及最佳初始参数下的启动特性修正当前给水系统中 的参数。

以上述六组试验的数据为例，修正的参数如下：

最佳组别中的Δt_w为18.3s，现有的给水断流保护延时时间Δt_current为15s，且Δt_w-Δtw_current＜5s，则修改Δt_current值为(Δt_w+2)s，即20.3s。

最佳组别中的Δt_e为5.4s，现有的电泵断流保护延时时间Δte_current为 2s，且Δt_w-Δte_current＜5s，则修改Δte_current值为(Δt_e+1)s，即6.4s。

修改现有的给水泵全停触发锅炉MFT逻辑为汽泵跳闸且电泵处于 备用状态且汽泵跳闸前机组负荷在60％Pe～80％Pe区间时触发汽泵RB 动作。

Claims (8)

1.一种大容量电泵应急启动试验初始参数设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)预设初始参数的影响因子；

2)确立多组试验前的统一试验条件；

3)设计多组试验，进行不同初始参数下的实际试验；

4)确定试验结果的评价指标及寻优原则，所述评价指标包括电泵启动电流的持续时间、应急启动过程电泵的最大振动参数、电泵进线电源电压、电泵断流的持续时间及主给水流量断流时间；

5)对多组试验的试验结果进行目标值寻优，确立最佳初始参数，完成大容量电泵应急启动试验初始参数设计。

2.根据权利要求1所述的大容量电泵应急启动试验初始参数设计方法，其特征在于，步骤5)之后还包括：根据最佳初始参数对当前给水系统中的参数进行校正。

3.根据权利要求1所述的大容量电泵应急启动试验初始参数设计方法，其特征在于，步骤1)中，预设初始参数的影响因子包括勺管开度、电泵再循环调节阀的开度、电泵过流保护的延时时间、电泵给水断流保护的投退状态、主给水断流保护的投退状态、勺管开启过程的加载速率以及电泵再循环调节阀的关闭速率。

4.根据权利要求1所述的大容量电泵应急启动试验初始参数设计方法，其特征在于，多组试验前的统一试验条件包括：锅炉已点火；机组主汽压力已升至汽轮机冲转压力，高低压旁路开启配合调整；汽动给水泵在正常运行状态下，主给水已切换至主路运行；电动给水泵备用投入，电动给水泵出口门联锁打开；主给水流量已加至锅炉40％负荷下对应的给水流量。

5.根据权利要求1所述的大容量电泵应急启动试验初始参数设计方法，其特征在于，步骤3)中，设计六组试验，其中，六组试验的试验参数分别为：

第一组试验的试验参数为：勺管开度为0％，再循环调阀开度为100％，勺管加载速率为2％/s～5％/s，再循环调阀关阀速率为2％/s～5％/s，汽泵手动打闸，电泵连锁启动，手动加载至40％Pe对应的给水流量；

第二组试验的试验参数为：勺管开度为0％，再循环调阀开度为30％，勺管加载速率为2％/s～5％/s，再循环调阀关阀速率为2％/s～5％/s，汽泵手动打闸，电泵连锁启动，手动加载至40％Pe对应的给水流量；

第三组试验的试验参数为：勺管开度为20％，再循环调阀开度为30％，勺管加载速率为2％/s～5％/s，再循环调阀关阀速率为2％/s～5％/s，汽泵手动打闸，电泵连锁启动，手动加载至40％Pe对应的给水流量；

第四组试验的试验参数为：勺管开度为40％，再循环调阀开度为30％，勺管加载速率为2％/s～5％/s，再循环调阀关阀速率为2％/s～5％/s，汽泵手动打闸，电泵连锁启动，手动加载至40％Pe对应的给水流量；

第五组试验的试验参数为：勺管开度为60％，再循环调阀开度为100％，勺管加载速率为2％/s～5％/s，再循环调阀关阀速率为2％/s～5％/s，汽泵手动打闸，电泵连锁启动，手动加载至40％Pe对应的给水流量；

第六组试验的试验参数为：勺管开度为60％，再循环调阀开度为30％，勺管加载速率为2％/s～5％/s，再循环调阀关阀速率为2％/s～5％/s，汽泵手动打闸，电泵连锁启动，手动加载至40％Pe对应的给水流量。

6.根据权利要求1所述的大容量电泵应急启动试验初始参数设计方法，其特征在于，步骤4)中试验结果的寻优原则为：

电泵启动电流持续时间Δt_start在多组试验中越小越好；电泵的振动参数V_xmax/V_ymax在多组试验中均小于振动报警值V_alarm；电泵进线电源电压U_m的下降值小于等于20％U_m；电泵的断流时间Δt_e在多组试验中越小越好；主给水流量断流时间Δt_w在多组试验中越小越好。

7.根据权利要求1所述的大容量电泵应急启动试验初始参数设计方法，其特征在于，步骤5)的具体操作为：

确定各组试验的评价指标数值；

排除电泵的最大振动参数V_xmax/V_ymax超过V_alarm的试验组；

排除电泵进线电源电压U_m的下降值高于20％U_m的试验组；

在剩余的试验组中选择电泵断流时间Δt_e与给水流量断流时间Δt_w之和最小的作为最佳试验组，并将该最佳试验组的参数作为最佳初始参数。

8.根据权利要求1所述的大容量电泵应急启动试验初始参数设计方法，其特征在于，根据最佳初始参数对当前给水系统中的参数进行校正的具体操作过程为：

当最佳初始参数中的Δt_w＞现有给水断流保护延时时间Δt_current，且Δt_w-Δtw_current＜5s时，则修改Δt_current为(Δt_w+2)s，否则，则保持Δt_current不变；

当最佳初始参数中的Δt_e＞现有电泵断流保护延时时间Δte_current，且Δt_w-Δte_current＜5s时，则修改Δte_current为(Δt_e+2)s，否则，则保持Δte_current不变。

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