一種新的給水泵汽輪機高壓汽源控制方法
2023-10-25 11:06:42
專利名稱：一種新的給水泵汽輪機高壓汽源控制方法
技術領域：
本發明涉及一種新的火力發電廠給水泵汽輪機高壓汽源控制方法。
背景技術：
隨著熱力發電廠單機容量的增加，給水系統的配置被逐步優化，目前國內600麗等級機組，給水系統配置一般為兩臺汽動給水泵組加一臺電動給水泵，但1000MW等級機組 一般只配置兩臺汽動給水泵，取消電動給水泵，簡化了給水系統，節省了大量的初投資，但 對汽動給水泵的可靠性提出了更高的要求，而給水泵汽輪機的可靠性在很大程度上受其汽 源的制約。目前，火力發電廠用給水泵汽輪機典型汽源配置方式為一路來自冷段再熱蒸汽 或主蒸汽的高壓汽源，一路來自中壓缸排汽或五段抽汽的低壓汽源，一路來自輔助蒸汽的 調試汽源。高壓汽源在機組低負荷或給水泵高出力時投入使用，機組正常運行時給水泵汽 輪機使用低壓汽源，高、低壓汽源分別由各自的調節汽門進行控制，控制方法為順序開啟， 也就是低壓汽源不足的情況下，低壓調節汽門開啟到一定開度時高壓調節汽門才開啟。這 種控制方法在機組給水量需求緩慢變化時可滿足控制目標的要求，但當單臺給水泵出水量 要求突增時，或者在一臺汽動給水泵正常低壓汽源失去時，這種控制方法就無法滿足系統 需要，而這兩種情況的出現都會直接威脅到機組的安全穩定運行，因此，尋求新的給水泵汽 輪機高壓汽源控制方法很有必要。
發明內容
本發明的目的在於給水泵汽輪機高壓汽源提供了一種新的控制方法，其可在滿足 給高、低壓汽源正常投用的同時也可應對諸如單臺給水泵出水量要求突增、低壓汽源快速 失去等突發情況，以有效提高給水泵汽輪機運行的可靠性。為此，本發明採用以下的技術方案一種新的給水泵汽輪機高壓汽源控制方法，其 特徵在於採用低壓調節汽門控制給水泵轉速或流量，高壓調節汽門控制低壓調節汽門前壓 力；使用兩個控制器對高壓調節汽門進行分段控制，所述的兩個控制器分別是高、低壓調節 汽門順序開啟控制器與低壓調節汽門前壓力控制器。目前，給水泵汽輪機高、低壓汽源均設計為順序投用，為此，給水泵汽輪機高、低壓 調節汽門控制目標值均為同一個，即同為給水泵轉速或流量。高、低壓調節汽門兩者的動作 差別只是開啟的時機不同，高壓調節汽閥只有等到低壓調節汽門達到一定開度時才投入使 用，當給水流量要求突變，尤其是在低壓汽源突然失去時，高壓調節汽門仍然需要等待低壓 調節汽門達到設定的開度時才參與調節，出於控制品質的考慮，低壓調節汽門在控制邏輯 作用下的開啟速度是有一定限制的，這就造成此工況下高壓調節汽門無謂的等待，錯過了 開啟時機，此時機組就可能因給水流量低而跳閘。本發明經過研究認為，造成上述問題的原因在於高、低壓調節汽門使用同一控制 對象，目標值也相同，必然要求其開啟有先後，否則會造成系統控制功能的紊亂，導致給水 系統不穩定。為此，從給水泵汽輪機高、低壓汽源配置結構的出發，本發明對目前高、低壓調節汽門控制方式進行改進，給它們分別設計不同的控制目標，即低壓調節汽門控制給水泵 轉速或流量，高壓調節汽門控制低壓調節汽門前壓力，這樣做可確保高壓調節汽源的快速 響應。在低壓汽源突然失去的情況下，低壓調節汽門前壓力必然會首先做出下降的反應，通 過壓力變送器測量此處壓力值，當與理論值偏差超過一定範圍時，高壓調節汽門開啟，補充 高壓汽源，確保低壓調節汽門前壓力值在一定範圍內，從而就可以保證給水泵汽輪機的汽 源可靠性。與目前的控制方式相比，本發明將高壓調節汽門參與調節的時機提前，控制目標 與低壓調節汽門也無衝突，保證了機組的穩定。如前所述，高壓調節汽門控制目標為低壓調 節汽門前壓力，目標值的如何形成十分重要，本發明提出以下兩種方法一、設定一恆定壓力值作為高壓調節汽門控制的目標值，該恆定壓力值為額定負 荷下的低壓調節汽門前壓力值，這樣做的優點是如果目標值大小設定合理，不論在什麼負 荷下，高壓調節汽門均會一定程度開啟，參與調節，可確保突發工況下響應的及時性；這樣 做也有很大的不足，主要是始終有一部分高壓汽源參與控制，降低了給水泵汽輪機運行的 經濟性。二、設定一可變壓力值作為高壓調節汽門控制的目標值，目標值的選取以機組正 常運行時低壓調節汽門前的實際壓力值作為基礎值，在該基礎值的基礎上減小0. 05MPa到 0. IMPa後得到的值為控制目標值，該控制目標值與機組負荷成正比關係，因此，實際為高壓 調節汽門設定的控制目標值為一條與負荷相關的曲線，並可設定高、低限。這樣做可保證在 機組正常運行時，高壓調節汽門始終處於關閉狀態，從而在不影響給水泵汽輪機運行的經 濟性的同時，提高壓調節汽門的快速響應能力。按上述二種方法形成的高壓調節汽門控制方法，可有效提高其響應速度，但如果 單純的使用這一控制方法，就可能在單臺給水泵出力要求突增時，高壓調節汽門不能開啟 的情況，因為此時低壓調節汽門前壓力並沒有低於控制目標值。為此，本發明進一步提出「用高壓調節汽門調給水泵汽輪機低壓調節汽門前壓力 的方式來應對低壓蒸汽快速失去的情況，用高、低壓調節汽門順序開啟的方式應對單臺給 水泵出力要求突增之類工況」這一方法，其具體做法是設置兩個控制器，一是低壓調節汽 門前壓力控制器，控制目標值由按前述方法確定的曲線提供；二是高、低壓調節汽門順序開 啟控制器，控制目標值按既定順序開啟曲線生成。兩個控制器對高壓調節汽門進行分段控 制的方法如下一般設定為當低壓調節汽門開度指令大於某一百分值時，上述兩個控制器 輸出值共同參與，取兩個控制器輸出值中的大值作為高壓調節汽門開度指令。當低壓調節 汽門開度指令小於上述百分值時，高壓調節汽門開啟指令由低壓調節汽門前壓力控制器生 成。低壓調節汽門在開度處於上述百分值以上時，通流能力基本無變化。本發明在滿足給高、低壓汽源正常投用的同時也可應對諸如單臺給水泵出水量要 求突增、低壓汽源快速失去等突發情況，有效提高了給水泵汽輪機運行的可靠性。下面結合說明書附圖和具體實施方式
對本發明作進一步說明。
圖1為600麗超臨界火電機組應用本發明得到的低壓調節汽門前壓力控制目標值曲線。圖2為600MW超臨界火電機組應用本發明及現有方法(即改進前後)的試驗結果對比曲線。
具體實施例方式在本發明應用前，對某600麗超臨界機組給水泵汽輪機進行了高、低壓汽源切換 試驗。試驗在汽動給水泵B上進行，試驗時給水泵汽輪機B出系、維持3500r/min運行，試 驗過程中給水泵汽輪機轉速指令維持在3500r/min不變。主要試驗過程如下就地手動關 閉四抽到給水泵汽輪機B電動閥，給水泵汽輪機B轉速持續下降到457r/min，低壓調節汽 門開度逐漸增加，到70 %開度時高壓調節汽門開始開啟，給水泵汽輪機B轉速隨即上升，最 高到4011r/min，隨後轉速回落，經多次波動後基本穩定在3500r/min ；就地手動開大四抽 到給水泵汽輪機B電動閥，高、低壓調節汽門開度關小，此過程中給水泵汽輪機B轉速最高 到4615r/min，在四抽到給水泵汽輪機B電動閥全開後，高壓調節汽門全關，低壓調節汽門 恢復到以前開度，給水泵汽輪機B轉速穩定在3500r/min，切換試驗過程結束。可以看出，在 未使用本發明對汽源控制方式改進前，給水泵汽輪機汽源切換存在以下問題(1)低壓汽 源快速失去時，給水泵汽輪機高、低壓調節汽門的響應速度偏慢，轉速下降過多；(2)隨著 高壓調節汽門的開啟，轉速上升過快，超調量較大，振蕩次數偏多，調整時間偏長；(3)低壓 汽源快速恢復時，高、低壓調節汽門響應滯後，轉速飛升不易控制。本發明的技術方案為採用低壓調節汽門控制給水泵轉速或流量，高壓調節汽門 控制低壓調節汽門前壓力；使用兩個控制器對高壓調節汽門進行分段控制，所述的兩個控 制器分別是高、低壓調節汽門順序開啟控制器與低壓調節汽門前壓力控制器，分段控制的 要求如下當低壓調節汽門開度小於70%時，使用低壓調節汽門前壓力控制器生成高壓調 節汽門控制指令；當低壓調節汽門開度大於70%時，高、低壓調節汽門順序開啟控制器參 與低壓調節汽門前壓力控制器，選用兩個控制器輸出值中的大值作為高壓調節汽門控制指 令。在使用本發明對給水泵汽輪機高壓汽源控制方式改進後，重新進行了高、低壓汽 源切換試驗，在給水泵汽輪機低壓汽源迅速失去的工況下，給水泵汽輪機的最低轉速從改 進前的457r/min上升到改進後的2962r/min，振蕩過程由若干次減小到一次，效果明顯，圖 2是改進前後兩次試驗結果的對比。可見，控制方式改進後，高壓調節汽門的響應時刻大大 提前，低壓調門前失壓時間明顯縮短，給水泵汽輪機高、低壓調節汽門開度、低壓調節汽門 前壓力很快穩定，給水泵汽輪機控制穩定性與快速性得到極大提高。上述試驗是在汽動給水泵出系的情況下進行的，為了檢驗汽動給水泵在真實工作 下的情況，進行了汽動給水泵在線狀態下高、低壓汽源的切換試驗。試驗時機組負荷維持在 455MW不變，汽動給水泵A為試驗泵，汽動給水泵B為主力泵。試驗時遠方電動關閉四抽到 給水泵汽輪機A電動閥，使給水泵汽輪機A快速失去低壓汽源，觀察給水泵汽輪機A高壓調 節汽門的動作情況與轉速變化情況，同時觀察汽動給水泵A出水變化情況。結果表明，在改 進後的控制方式下，在給水泵汽輪機A低壓汽源迅速失去後，高壓汽源能夠很快使給水泵 汽輪機轉速恢復，保持給水系統參數確定，這比改進前一旦低壓汽源失去，給水泵汽輪機就 會失去動力，機組最終會因給水流量低而跳間有了極大改善。這個結果說明，改進後的控制方式能夠有效應對對低壓汽源快速失壓這種異常工況。為了檢驗本發明在單臺汽動給水泵出力要求突增的情況下的應用效果，進行了一 臺汽動給水泵的RUNBACK試驗。試驗前機組負荷605MW，A、B兩臺汽動給水泵穩定運行，試 驗時手動停運汽動給水泵B，電泵不啟動，機組負荷迅速自動減到380MW左右。結果表明，汽 動給水泵B跳閘後，給水泵汽輪機A低壓調節汽門響應及時，高壓調節汽門在RUNBACK動作 約50s後參與調節，在沒有電泵參與調節的情況下，全程給水供應正常，汽動給水泵高壓調 節汽門控制方式的改進能滿足機組RUNBACK工況的需要。以上結果均說明，本發明使給水泵汽輪機汽源在能夠保證機組正常運行的同時也 能應對諸如低壓汽源突然失去等突發情況，提高了給水系統運行的可靠性。
權利要求
一種新的給水泵汽輪機高壓汽源控制方法，其特徵在於採用低壓調節汽門控制給水泵轉速或流量，高壓調節汽門控制低壓調節汽門前壓力；使用兩個控制器對高壓調節汽門進行分段控制，所述的兩個控制器分別是高、低壓調節汽門順序開啟控制器與低壓調節汽門前壓力控制器。
2.根據權利要求1所述的給水泵汽輪機高壓汽源控制方法，其特徵在於分段控制的要 求如下當低壓調節汽門開度小於一百分值時，使用低壓調節汽門前壓力控制器生成高壓 調節汽門控制指令；當低壓調節汽門開度大於一百分值時，高、低壓調節汽門順序開啟控制 器參與低壓調節汽門前壓力控制器，生成高壓調節汽門控制指令；所述的百分值根據低壓 調節汽門的流量特性來選擇。
3.根據權利要求2所述的給水泵汽輪機高壓汽源控制方法，其特徵在於低壓調節汽門 前壓力控制器的控制目標值為一恆定壓力值或可變壓力值，所述的恆定壓力值為額定負荷 下的低壓調節汽門前壓力值，所述的可變壓力值為機組正常運行時的低壓調節汽門前的實 際壓力值減小0. 05-0. IMPa後的值。
4.根據權利要求2或3所述的給水泵汽輪機高壓汽源控制方法，其特徵在於當低壓調 節汽門開度大於所述的百分值時，高壓調節汽門的控制指令選用高、低壓調節汽門順序開 啟控制器輸出值與低壓調節汽門前壓力控制器輸出值中的大值。
全文摘要
本發明公開了一種新的給水泵汽輪機高壓汽源控制方法。現有的控制方法無法應對諸如單臺給水泵出水量要求突增、低壓汽源快速失去等突發情況。本發明的特徵在於採用低壓調節汽門控制給水泵轉速或流量，高壓調節汽門控制低壓調節汽門前壓力；使用兩個控制器對高壓調節汽門進行分段控制，所述的兩個控制器分別是高、低壓調節汽門順序開啟控制器與低壓調節汽門前壓力控制器。本發明使給水泵汽輪機高、低汽源在能夠保證機組正常運行的同時也能應對突發情況。
文檔編號F01D17/24GK101818662SQ20101013279
公開日2010年9月1日 申請日期2010年3月26日 優先權日2010年3月26日
發明者吳文健, 張寶, 樊印龍, 童小忠, 陳仲淵 申請人:浙江省電力試驗研究院;浙江浙能樂清發電有限責任公司