0引言
　　
　　循環(huán)水系統是火力發(fā)電廠的“血液”，其性能直接影響發(fā)電機組的出力。茂名熱電廠原設計2臺100MW機組運行時3臺循環(huán)泵并聯供水，約30000m3；1臺100MW機組滿負荷運行時，1臺泵供水不能滿足機組運行要求，當電網調峰負荷較低時，1臺泵供水能滿足要求，但因水壓偏低，冷油器的供水量不能保證。一般情況下，1臺100MW機組運行，都是2臺泵供水，出口壓力為0.088MPa～0.090MPa。正常情況下，1臺循環(huán)泵供水時機組可帶600MW左右負荷。為了節(jié)約廠用電和提高電廠自動化水平，對循環(huán)水泵采用變頻調速。本文設計并研制了循環(huán)水泵的高壓變頻調速控制系統，提出并實現了循環(huán)水系統“*真空”的控制策略。
　　
　　經過論證，采用“高—高”式高壓變頻器對4號機組循環(huán)泵進行調速：當2臺100MW機組滿負荷運行時，3臺泵并聯供水，變頻器不調節(jié)運行；當機組調峰低負荷運行時，變頻器調節(jié)運行；當1臺100MW機組單獨滿負荷運行時，2臺泵運行，變頻器調節(jié)運行；當冬春季節(jié)，機組調峰運行時，若能做到1臺泵供水，變頻器可退出運行。
　　
　　循環(huán)水量的調節(jié)范圍大小，目前除受機組負荷影響外，還受冷油器運行狀況的制約，而且循環(huán)水泵啟動開關與出口閥無聯動裝置，各自獨立運行。變頻調速后，要求變頻器調節(jié)切換到市電控制的過程是動態(tài)、無級的。循環(huán)水系統的控制參數為：流量、水壓、前池液位、進出水渠的液位、汽機負荷、真空。由于循環(huán)水泵為一恒功率負載，“*真空”控制器根據汽機負荷、真空的變化不斷調整循環(huán)水量，保證“*真空”，使汽機的效率*。這樣，不但節(jié)約了廠用電，而且提高了電廠自動化水平，達到了火電廠節(jié)能降耗的目的。
　　
　　1循環(huán)水系統工作原理
　　
　　茂名熱電廠4號機組的循環(huán)水系統結構如圖1所示。系統基本參數為：循環(huán)水泵型號為40ZLQ50，流量8460m3/h～12200m3/h（-8°～-20°），揚程10.5m～12.2m，轉速585r／min；驅動電機型號為JSLl5-10M，額定功率480kW，額定電壓6kV，額定電流61A，實際工作電流59A～62A，電機接線方式為Y型，功率因數0.77，絕緣等級為B；現場環(huán)境為溫度0～40℃，濕度97％。　　
　　循環(huán)水泵系統自1997年底改造成全閉式循環(huán)后，實行二級循環(huán)通水。機房前循環(huán)水泵出口壓力為10m～12m水柱，從進水渠打人凝汽器，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，經降溫（9℃～12℃）后的冷卻水從水渠又回到機房前循環(huán)水泵人口，打人凝汽器，這樣不斷循環(huán)。
　　
　　循環(huán)水泵的運行主要由8m控制室遠方操作控制其啟、停。循環(huán)水泵及凝汽器進出口門也由遠方控制開啟、關閉及調節(jié)。循環(huán)水與升壓水系統的水量平衡控制表現在進水渠與回水渠的水位調節(jié)上，關鍵點是升壓水泵進水前池水位要比溢流堰標高低，產生熱水溢流，影響運行的經濟性。水量（即水位）的平衡調節(jié)主要是根據機組運行需要的水量，利用泵的運行方式組合和凝汽器的排水門來粗調，由汽機運行班長根據表盤水位的批示值下指令執(zhí)行，因無法細調，難以達到水量平衡。升壓水泵系統是茂名熱電廠循環(huán)水系統的后置部份，設置有3500m2和5500m2冷卻塔升壓水泵，其控制啟、停由運行人員通過表盤遠方操作。12000HLCQ3.25-17升壓水泵出口設置有儲能式液壓（油壓）逆止門，開泵時先合上開關，聯動出口逆止門開啟后，水泵電機再啟動。停泵也是這樣，目的是防止水泵倒轉。
　　
　　2高壓變頻調速系統
　　
　　高壓變頻調速主要有以下優(yōu)點：
　　
　　a．軟啟動，即啟動電流從0緩慢升至額定值，可減少對電網沖擊及機械設備的損耗；
　　
　　b．現代變頻器都采用半導體模塊及其驅動器和控制模塊，元器件數量少、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，以便及時排除；
　　
　　c．變頻器都留有標準接口，以備與微型機系統聯接，實現優(yōu)化運行；
　　
　　d.小變頻器的保護功能齊全，能從電流、電壓、溫度等多方面對電機進行保護。
　　
　　高壓變頻調速系統采用直接高—高方案和美國ROBICON（羅賓康）公司的無諧波高壓變頻器（480kW/6kY），變頻器能對一臺循環(huán)水泵進行動態(tài)投入、調整、退出；在8m控制室或就地控制盤實現對變頻器的遠方調整操作；變頻器裝置安裝在備用泵上，現場的安裝、接口、調試時間相對可安排得長一些；目前循環(huán)水泵啟動開關與出口閥門無聯動裝置，各自獨立運行。變頻器調節(jié)切換到市電控制的過程是動態(tài)、無級的。
　　
　　茂名熱電廠處于華南地區(qū)，由于特殊的地理環(huán)境，對高壓變頻器的環(huán)境適應性有著特殊的要求；
　　
　　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)境下運行；
　　
　　b.溫度要求：高壓變頻器要保證能在技術指標規(guī)定的溫度極限下長期連續(xù)滿負荷運行；
　　
　　c.氣體要求：高壓變頻器的運行環(huán)境對各種粉塵等有嚴格要求。
　　
　　3控制系統功能
　　
　　循環(huán)水泵控制系統的結構如圖2所示?？刂破饔蒔LC（可編程控制器）系統和IPC（工業(yè)控制計算機）系統組成，控制系統安裝在循環(huán)泵房控制室。運行員可選擇在主控室（遠方）、PLC控制柜（就地）和IPC上位機對循環(huán)泵系統進行操作。　　
　　循環(huán)水泵控制系統主要的工作方式有以下幾種：
　　
　　a．2臺100MW機組同時運行，循環(huán)水3臺泵并聯供水，升壓水泵3臺泵運行，調整泵的組合方式與之對應，保持水位大致平衡。
　　
　　b．一臺100MW機組停運，另一臺100MW機組運行，由于目前配置的冷油器安裝標高較高，需保證一定的進水壓力，維持其冷卻效果，因此仍需2臺泵運行，即使是低負荷調峰，也是如此。
　　
　　c．安裝變頻器調速調節(jié)后，調峰和2臺泵運行時始終有1臺水泵采用變頻驅動，其他情況變頻調速系統可以退出或選用。
　　
　　控制系統將根據汽機負荷、真空的變化，通過控制循環(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)水泵的出力來不斷調整冷卻循環(huán)水量，保證在冷、熱水池不溢流的前提下控制發(fā)電機組凝汽器的真空度為*，實現節(jié)能的目的。
　　
　　循環(huán)水泵控制系統各種運行方式中的注意事項及參數如下：
　　
　　a.循環(huán)水泵和升壓水泵流量要基本達到平衡，避免熱水溢流至冷水渠。
　　
　　b.保證冷油器有一定的進水壓力。
　　
　　c.正常情況下，1臺循環(huán)水泵供水機組可帶60MW左右負荷。當2臺100MW機組滿負荷運行時，3臺泵并聯供水，變頻器不調節(jié)運行；當機組調峰低負荷運行時，變頻器調節(jié)運行；當1臺100MW機組單獨滿負荷運行時，2臺泵運行，變頻器調節(jié)運行；當冬春季節(jié)，機組調峰運行時，若能做到1臺泵供水，變頻器可退出運行。循環(huán)水量的調節(jié)范圍大小，目前除受機組負荷影響外，還受冷油器運行狀況的制約。
　　
　　d．改造后的循環(huán)水泵不可能只運行于調節(jié)狀態(tài)。
　　
　　e．循環(huán)水泵的控制參數為：流量、水壓、前池和進出水渠的液位。
　　
　　f．水泵的年平均運行時間約為5500h。
　　
　　g．冷、熱水池堰堤的標高29．2m；凝汽器真空測量用真實表。
　　
　　h．控制系統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、真空等信號及指示值，能指導循環(huán)水、升壓水系統的運行操作。
　　
　　3.1PLC系統的功能
　　
　　PLC實現循環(huán)水系統*節(jié)能控制器的所有邏輯控制功能。PLC系統實現的主要功能如下：
　　
　　a．實現循環(huán)泵及其附屬設備的啟、停程序控制；
　　
　　b．實現循環(huán)泵出口門、聯絡門等的開、關程序控制及聯動功能；
　　
　　c．實現溫度、水位等保護的三選二控制邏輯，在保證“真空*”的前提下，控制變頻器使熱水池不溢流；
　　
　　d．實現重要故障的記憶邏輯功能；
　　
　　e．PLC系統失電、IPC上位機死機和重新啟動時應不影響系統控制邏輯；
　　
　　f．控制系統預留出與DCS通信的標準接口；
　　
　　g．系統出現故障信號，要在PLC控制柜、IPC和主控室都有聲光報警。
　　
　　3.21PC系統的功能
　　
　　IPC系統實現的主要功能是操作、記錄、顯示和查詢等管理功能：
　　
　　a．通過IPC進行各泵的啟、停及閥門的開關操作；
　　
　　b．系統圖是運行人員監(jiān)視和操作設備的主畫面；
　　
　　c．在系統圖上點擊某設備進行操作，要有是否滿足啟動／停止該設備的“幫助”提示；
　　
　　d．系統圖上水路、密封水路和油路以及閥門的開關狀態(tài)要有明顯的顏色區(qū)分；
　　
　　e．系統圖上設備的工作、停止和故障狀態(tài)要有明顯的顏色區(qū)分；
　　
　　f．系統圖上模擬量測點位置有實時數據和工程單位顯示；
　　
　　g．系統具有記錄運行員的操作的功能，記錄時間要求準確到秒級；
　　
　　h．系統具有對所有輸入／輸出開關量信號的記錄功能；
　　
　　i.系統具有模擬量趨勢圖顯示功能，歷史趨勢的存儲周期為1星期；
　　
　　j.系統對所有報警和故障跳閘信號有實時顯示和事故追憶功能。
　　
　　4控制系統的實現
　　
　　4.1PLC系統的實現
　　
　　循環(huán)水系統工作的可靠性至關重要，因此，它的控制系統也要求*的可靠性。根據系統的要求，選擇Schneider公司的Quantum系列具有雙機熱備用功能的PLC系統作為核心控制器。以日本OMRON公司為代表的PLC雙機熱備用系統，實際上是“溫備”，它是把2個CPU模塊放在一個基板上；而以Schneider公司為代表的PLC雙機熱備用系統，是2套PLC系統互為熱備用，可靠性更高。
　　
　　如圖3所示，循環(huán)水泵控制系統配置由雙機熱備用的PLC系統和IPC系統組成。PLC系統中，CHS單元為雙機熱備用單元，通過光纖連接；CPU單元和IPC系統通過屏蔽雙絞線組成MB+網絡，傳輸速率為1Mbit/s；CRP單元和CRA單元組成遠程I/O控制系統，通過同軸電纜連接；CPS為電源模塊單元。　　4.2IPC系統的實現
　　
　　IPC上位機系統完成所有控制命令的發(fā)出和設備狀態(tài)的顯示、信號的查詢等功能。IPC系統的監(jiān)控軟件選擇北京亞控公司的組態(tài)王6.0，通過SA85網卡與PLC系統通信，組成MB+網，很好地完成了系統要求的功能。為可靠運行，系統安裝WindowsNT作為操作系統。IPC工控機選擇Advantech的PⅢ-866機型（硬盤40GB），顯示器選擇Philips純平顯示器。
　　
　　循環(huán)水泵控制系統還給DCS預留了MB+網絡通信接口，為控制系統的擴展做好準備。
　　
　　循環(huán)水泵控制系統主程序框圖如圖4所示。　　
　　4.3“*真空”控制器
　　
　　“*真空”的獲得方法是：選擇機組分別在60％，70％，80％，85％，90％和100％負荷不變的情況下，保證汽機蒸汽人口壓力／溫度不變，保證水的過冷度滿足要求，調節(jié)循環(huán)水流量（通過變頻調速，也可以在使用變頻調速之前的系統上測量），測出汽機的*熱效率曲線。綜合考慮汽機的機械特性、*效率等得到的對應凝汽器真空就是“*真空”，此時循環(huán)水泵的速度就保證了在“*真空”下使汽機的工作狀態(tài)*。
　　
　　“*真空”的測量根據季節(jié)的不同，至少要在冬季和夏季分別進行測量，冬季在一月份左右測量，夏季在七八月份左右測量；每個測量點要保證系統能夠正常運行2h～4h，測量數據一定要折算到標準工況。測量數據的后處理工作也很重要，綜合各種因素進行曲線擬合，對奇異點進行具體分析，必要時要重新測量該點的數據。“*真空”的測量可以由電廠自己完成，也可以由中試所或熱工所來進行。測量的方法根據循環(huán)水系統的構造、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結語
　　
　　本文設計并研制了茂名熱電廠4號機組的循環(huán)水泵高壓變頻調速監(jiān)視控制系統。該控制系統根據汽機負荷、真空的變化，通過控制循環(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)水泵的出力來實現循環(huán)水系統的*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)電機組凝汽器的真空度為*，實現了節(jié)能的目的。