基于凝泵变频可调的除氧器水位节能控制应用

基于凝泵变频可调的除氧器水位节能控制应用

胡国群杨强

（湛江电力有限公司广东湛江524099）

摘要：本文根据湛江电力有限公司＃4机组凝泵改造为变频控制后的除氧器水位控制策略应用，以实践为基础，分析凝泵改造为变频控制后的控制特性，提出并比较论述两种不同除氧器水位控制策略的优劣性和实现方法，达到机组节能的目的，用超驰控制手段解决了凝泵变频低速运行时凝泵出口压力过低问题。

关键词：凝泵；变频控制；除氧器水位；节能；超驰控制

1、前言

随着电价竟价上网，节能降耗、降低成本已是发电企业提高经济效益的有效措施；变频技术的发展并成熟，其优良调速特性和应用业绩已符合电厂技术特点要求。湛江发电厂于2005年10月对#4机组进行凝结水泵变频改造，同时除氧器水位自动控制逻辑也要相应改变，为确保改造设备安全经济运行，除氧器水位自动控制策略及其对凝泵和热力系统的保护逻辑优劣就成为主要指标之一。

2、凝泵变频改造后的控制策略分析

2.1、凝泵变频改造后的热力系统调节特性分析

湛江发电厂对#4机组进行凝结水泵变频改造措施为：将原来两台6KV工频运行的凝结水泵中的A泵改为变频运行，采用东方日立（成都）电控设备有限公司DHCVERT-MV1320/6B高压大功率变频器控制，并在变频装置增加大旁路，以确保变频故障时工频能投入；B凝结水泵工频运行，用来防止变频器故障时备用投入。虽然凝结水泵变频改造前后的凝结水系统设备没有改变（如图一），但其水流量控制特性以及电动机和泵的运行特性明显改变，被控对象具有滞后、大惯性、时变性、不确定性等特点，而且被控对象的特性随机组负荷而变化，特别是在大变化、全过程控制运行中，其控制效果更差。同时凝结水作为机组低旁减温以及其它疏水减温等杂用用水，凝泵出口压力过低会影响到其它热力设备供水安全，给机组安全经济运行带来威胁。

2.2、两种控制策略的比较

针对变频改造后凝结水系统的特性，选用以下两种方案：

2.2.1方案一：

变频器控制逻辑和原除氧器水位控制逻辑相同：单冲量比例积分和串级三冲量联合冗余控制。凝泵出口压力采用比例积分单回路调节阀控制。

优点：1、减轻运行监盘压力，方便运行操作。2、凝泵出口压力可根据运行情况随意调整，节能性能较好。

缺点：1、机组低负荷时，凝泵出口压力定值调节易受凝泵出口压力波动影响，凝泵出口压力控制回路频繁动作，易造成水流量不稳，水位波动，引起主控系统振荡。2、凝泵出口压力控制回路频繁动作反过来会影响凝泵出力，加上主控系统振荡要求变频器频繁动作，两者影响频率不同，综合起来会造成控制失灵，严重时回损坏泵体或烧坏变频器。3）、凝泵出口压力调节采用带死区定值调节时，由于其死区外是按偏差调节，主控系统出现大扰动时，跟踪不了凝泵出口压力变化，造成凝泵出口压力超调。引起凝泵出口压力过低，联启备用泵，甚至供水压力小于低旁减温水闭锁压力（<1.3Mpa）等现象。4、同一热力系统采用了两套控制系统，控制复杂，相互干扰较多，整定参数比较困难。

2.2.2方案二：

变频器控制逻辑和原除氧器水位控制逻辑相同：单冲量比例积分和串级三冲量联合冗余控制。凝泵出口压力采用除氧水位调整门定开度运行控制。

优点：1、逻辑结构简单，容易实现。2、凝泵出口压力可根据运行情况随意调整。3、整定参数主要是主控系统的PID参数，比较容易实现。

缺点：1、机组低负荷时，易造成凝泵出口压力过低现象，联启备用泵，甚至供水压力小于低旁减温水闭锁压力（<1.3Mpa）。2、机组高负荷时，除氧器水位调整门调整不好，易造成节流过大，变频节能能力下降。3、控制逻辑只是除氧器水位的自动控制，没有考虑凝泵出口压力变化对系统造成的影响。

比较两种方案优劣，考虑湛江发电厂#4机组变频改造的工期，以及现有DCS系统资源使用情况，采用方案二比较容易实现。

2.3、凝泵出口压力过低时的解决方案

按方案二修改逻辑整定参数时，调门定开度在不同负荷段时都出现了凝泵出口压力<1.3Mpa的情况，经分析影响凝泵出口压力的主要因数是：不同负荷不同调门开度影响凝泵出口压力。总结分析后，在方案二的基础上，增加调门超驰控制逻辑，防止凝泵出口压力出现过低现象，具体为：

1、变频器运行，定速泵备用时，变频器控制逻辑调整除氧器水位，除氧器水位调门切至手动控制方式，并可由调门的跟踪开关切至超驰逻辑控制，以维持凝结水泵出口母管压力维持在1.7～1.95MPa内。

2、超驰逻辑控制按以下处理，逻辑图如图二：

（1）、调门超驰按钮投入时，除氧器水位调门控制指令根据负荷与调门开度函数关系进行超驰控制。负荷与调门开度函数关系初定如下表一：

（2）、在以下条件都成立时按一定速率（初定1%/3秒）增加除氧器水位调门指令到一定的幅度（初定15%）。

A、凝结水泵出口压力大于1.9MPa。

B、凝结水泵出口压力与除氧器压力之差大于0.4MPa。

C、除氧器水位不高于2500mm。

D、B凝结水泵不运行。

E、调门超驰按钮投入。

（3）、在以下条件都成立时按一定速率（初定1%/秒）减少除氧器水位调门指令到一定的幅度（初定15%）。

A、调门超驰按钮投入。

B、凝结水泵出口压力小于1.75MPa时。

（4）、变频器跳闸或在变频器控制的A凝结水泵跳闸后，延时3秒钟切除调门超驰控制。

2.4、修改后的控制策略试验

控制策略修改后，湛江电厂热控人员于2005年10月25日、26日分两种情况调试：一种是变频器控制逻辑投入自动，调门超驰控制不投入的水位设定值±3%（±84mm）、±5%（±140mm）、±10%（±280mm）扰动试验；一种是变频器控制逻辑投入自动，调门超驰控制投入的水位设定值±3%（±84mm）、±5%（±140mm）、±10%（±280mm）扰动试验，同时根据凝泵出口压力修改调门负荷关系曲线、超驰控制增减速率、增减幅度，至凝泵出口压力稳定在1.7~1.95MPa范围内。试验记录：见表二、表三、表四。

注：调节系统品质指标见附表《MCS系统调节品质指标表》。

3、效果分析

经过反复调试和修改，2005年10月27日完成湛江发电厂＃4机组凝泵变频改造逻辑修改及调试，并取得显著效果：

1）、既有利于维持除氧器水位恒定，又不影响凝结水系统安全运行。使用超驰逻辑控制调节阀，利用调节阀节流特性改变被控对象滞后大、惯性大等控制特性，提高水位控制性能指标，同时利用调节阀节流特性控制凝泵出口压力。经精心调试，合理搭配参数，除氧器水位和凝泵出口压力控制效果良好。

2）、有效提高变频器节能效果。因为凝泵变频改造节能计算是按调门开度45％时的电流计算，所以采用带有超驰控制的除氧器水位控制系统在一定程度上提高了凝泵变频节能效果，可以由下式算：

无超驰控制时功率：P1＝U；=（40+45+49+52）/4＝46.5A

P1＝646.50.94＝454.2kW

有超驰控制时功率：P2＝U；＝（30+35+40+49）/4＝38.5A

P2＝638.50.94＝376.0kW

每小时节约功率：P＝P2－P1＝454.2－376.0＝78.2kW

实践证明，此控制系统结构简单、稳定可靠、操作方便、节约能源、控制精度高，完全满足生产要求、可提高电厂的经济效益。

参考文献：

①《高压变频调速装置在电厂的应用》中国电力网

②《高压变频器在300MW汽轮发电机组凝泵上的应用》中国电力网山西阳光发电有限责任公司。

③《模糊控制、变频调速技术在发电厂凝结水系统中的应用》

④朱北恒主编《火电厂热工自动化系统试验》中国电力出版社。

⑤F.G.Shinskey著萧德云、吕伯明译《过程控制系统——应用、设计与整定》清华大学出版社。