0引言
　　
　　循環(huán)水系統(tǒng)是火力發(fā)電廠(chǎng)的“血液”，其性能直接影響發(fā)電機(jī)組的出力。茂名熱電廠(chǎng)原設(shè)計(jì)2臺(tái)100MW機(jī)組運(yùn)行時(shí)3臺(tái)循環(huán)泵并聯(lián)供水，約30000m3；1臺(tái)100MW機(jī)組滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，1臺(tái)泵供水不能滿(mǎn)足機(jī)組運(yùn)行要求，當(dāng)電網(wǎng)調(diào)峰負(fù)荷較低時(shí)，1臺(tái)泵供水能滿(mǎn)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(tái)100MW機(jī)組運(yùn)行，都是2臺(tái)泵供水，出口壓力為0.088MPa～0.090MPa。正常情況下，1臺(tái)循環(huán)泵供水時(shí)機(jī)組可帶600MW左右負(fù)荷。為了節(jié)約廠(chǎng)用電和提高電廠(chǎng)自動(dòng)化水平，對(duì)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(guò)論證，采用“高—高”式高壓變頻器對(duì)4號(hào)機(jī)組循環(huán)泵進(jìn)行調(diào)速：當(dāng)2臺(tái)100MW機(jī)組滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，3臺(tái)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(shí)，變頻器調(diào)節(jié)運(yùn)行；當(dāng)1臺(tái)100MW機(jī)組單獨(dú)滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，2臺(tái)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(shí)，若能做到1臺(tái)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(dòng)開(kāi)關(guān)與出口閥無(wú)聯(lián)動(dòng)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(guò)程是動(dòng)態(tài)、無(wú)級(jí)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(chǎng)用電，而且提高了電廠(chǎng)自動(dòng)化水平，達(dá)到了火電廠(chǎng)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(chǎng)4號(hào)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(hào)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(dòng)電機(jī)型號(hào)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(xiàn)方式為Y型，功率因數(shù)0.77，絕緣等級(jí)為B；現(xiàn)場(chǎng)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(jí)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(mén)也由遠(yuǎn)方控制開(kāi)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(mén)來(lái)粗調(diào)，由汽機(jī)運(yùn)行班長(zhǎng)根據(jù)表盤(pán)水位的批示值下指令執(zhí)行，因無(wú)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(chǎng)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(guò)表盤(pán)遠(yuǎn)方操作。12000HLCQ3.25-17升壓水泵出口設(shè)置有儲(chǔ)能式液壓（油壓）逆止門(mén)，開(kāi)泵時(shí)先合上開(kāi)關(guān)，聯(lián)動(dòng)出口逆止門(mén)開(kāi)啟后，水泵電機(jī)再啟動(dòng)。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(dòng)，即啟動(dòng)電流從0緩慢升至額定值，可減少對(duì)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(dòng)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(shí)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(duì)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(guó)ROBICON（羅賓康）公司的無(wú)諧波高壓變頻器（480kW/6kY），變頻器能對(duì)一臺(tái)循環(huán)水泵進(jìn)行動(dòng)態(tài)投入、調(diào)整、退出；在8m控制室或就地控制盤(pán)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(chǎng)的安裝、接口、調(diào)試時(shí)間相對(duì)可安排得長(zhǎng)一些；目前循環(huán)水泵啟動(dòng)開(kāi)關(guān)與出口閥門(mén)無(wú)聯(lián)動(dòng)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(guò)程是動(dòng)態(tài)、無(wú)級(jí)的。
　　
　　茂名熱電廠(chǎng)處于華南地區(qū)，由于特殊的地理環(huán)境，對(duì)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(zhǎng)期連續(xù)滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行；
　　
　　c.氣體要求：高壓變頻器的運(yùn)行環(huán)境對(duì)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。控制器由PLC（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(duì)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(tái)100MW機(jī)組同時(shí)運(yùn)行，循環(huán)水3臺(tái)泵并聯(lián)供水，升壓水泵3臺(tái)泵運(yùn)行，調(diào)整泵的組合方式與之對(duì)應(yīng)，保持水位大致平衡。
　　
　　b．一臺(tái)100MW機(jī)組停運(yùn)，另一臺(tái)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(tái)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(tái)泵運(yùn)行時(shí)始終有1臺(tái)水泵采用變頻驅(qū)動(dòng)，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(guò)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(lái)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(tái)循環(huán)水泵供水機(jī)組可帶60MW左右負(fù)荷。當(dāng)2臺(tái)100MW機(jī)組滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，3臺(tái)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(shí)，變頻器調(diào)節(jié)運(yùn)行；當(dāng)1臺(tái)100MW機(jī)組單獨(dú)滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，2臺(tái)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(shí)，若能做到1臺(tái)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(shí)間約為5500h。
　　
　　g．冷、熱水池堰堤的標(biāo)高29．2m；凝汽器真空測(cè)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(hào)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(mén)、聯(lián)絡(luò)門(mén)等的開(kāi)、關(guān)程序控制及聯(lián)動(dòng)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(dòng)時(shí)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(hào)，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(xún)等管理功能：
　　
　　a．通過(guò)IPC進(jìn)行各泵的啟、停及閥門(mén)的開(kāi)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(huà)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(mǎn)足啟動(dòng)／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(mén)的開(kāi)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(cè)點(diǎn)位置有實(shí)時(shí)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(shí)間要求準(zhǔn)確到秒級(jí)；
　　
　　h．系統(tǒng)具有對(duì)所有輸入／輸出開(kāi)關(guān)量信號(hào)的記錄功能；
　　
　　i.系統(tǒng)具有模擬量趨勢(shì)圖顯示功能，歷史趨勢(shì)的存儲(chǔ)周期為1星期；
　　
　　j.系統(tǒng)對(duì)所有報(bào)警和故障跳閘信號(hào)有實(shí)時(shí)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(gè)CPU模塊放在一個(gè)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(guò)光纖連接；CPU單元和IPC系統(tǒng)通過(guò)屏蔽雙絞線(xiàn)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(guò)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(hào)的查詢(xún)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(guò)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(pán)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(guò)冷度滿(mǎn)足要求，調(diào)節(jié)循環(huán)水流量（通過(guò)變頻調(diào)速，也可以在使用變頻調(diào)速之前的系統(tǒng)上測(cè)量），測(cè)出汽機(jī)的*熱效率曲線(xiàn)。綜合考慮汽機(jī)的機(jī)械特性、*效率等得到的對(duì)應(yīng)凝汽器真空就是“*真空”，此時(shí)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(cè)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(cè)量，冬季在一月份左右測(cè)量，夏季在七八月份左右測(cè)量；每個(gè)測(cè)量點(diǎn)要保證系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行2h～4h，測(cè)量數(shù)據(jù)一定要折算到標(biāo)準(zhǔn)工況。測(cè)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(xiàn)擬合，對(duì)奇異點(diǎn)進(jìn)行具體分析，必要時(shí)要重新測(cè)量該點(diǎn)的數(shù)據(jù)。“*真空”的測(cè)量可以由電廠(chǎng)自己完成，也可以由中試所或熱工所來(lái)進(jìn)行。測(cè)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(yǔ)
　　
　　本文設(shè)計(jì)并研制了茂名熱電廠(chǎng)4號(hào)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(guò)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(lái)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。