[align=left] 1、引言 循環(huán)水泵系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)介如圖1所示。 [/align] 循環(huán)水的作用:提供電廠凝汽器、冷油器以及發(fā)電機(jī)等設(shè)備所需的冷卻水，滿足汽輪機(jī)冷卻循環(huán)倍率的要求，為維持凝汽器真空而提供最大限的冷卻效果。如果循環(huán)水泵所提供的冷卻水水量不足或因故障而中斷供水，則汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)等就不能正常運(yùn)行。電廠循環(huán)水泵的特點(diǎn)是供水量非常大，但所需壓頭較低（一般僅20mm水柱），即大流量低揚(yáng)程泵。一般小機(jī)組為母管制，大機(jī)組為單元制。 2、循環(huán)水泵系統(tǒng)現(xiàn)狀 根據(jù)發(fā)電廠循環(huán)水泵的運(yùn)行規(guī)程:循環(huán)水泵隨機(jī)組長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行。一般配置2～3臺(tái)循環(huán)水泵和相應(yīng)的出口液控蝶閥和入口電動(dòng)蝶閥，根據(jù)運(yùn)行規(guī)程切換組合運(yùn)行。夏季最高時(shí)3臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用和檢修;冬季最高時(shí)2臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用，1臺(tái)檢修。系統(tǒng)配置的閥門均為全開操作。由于循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)是考慮到夏季最惡劣的高溫環(huán)境和機(jī)組最大負(fù)荷時(shí)冷卻水流量的需要，而設(shè)計(jì)留有足夠的富裕量。因此當(dāng)環(huán)境改善，如季節(jié)變化環(huán)境溫度降低，或者汽輪機(jī)在非滿負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，以及起停機(jī)組的時(shí)候，其循環(huán)水量就可減小。但是由于是定速運(yùn)行，無(wú)法進(jìn)行調(diào)速，只要泵一開啟，水泵即為滿負(fù)荷運(yùn)行。由于循環(huán)水泵長(zhǎng)期滿負(fù)荷工作，冬季冷卻水溫度很低，容易造成汽輪機(jī)組凝結(jié)水過(guò)冷，凝結(jié)水溶解氧偏高等問(wèn)題。若采用變頻調(diào)速運(yùn)行，連續(xù)調(diào)整循環(huán)水泵的出力，既可節(jié)能降耗，又提供了循環(huán)水的流量調(diào)節(jié)手段，使機(jī)組保持最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀態(tài)，并且實(shí)施后效果確實(shí)不錯(cuò)。 3、采用變頻器作為循環(huán)水泵普通異步電動(dòng)機(jī)的前級(jí)驅(qū)動(dòng)單元 鑒于循環(huán)水泵在系統(tǒng)中的作用，采用變頻器作為循環(huán)水泵普通異步電動(dòng)機(jī)的前級(jí)驅(qū)動(dòng)單元，接收調(diào)節(jié)器（單回路調(diào)節(jié)器或其他調(diào)節(jié)輸出）或手操器（手/自動(dòng)無(wú)擾切換輸出）標(biāo)準(zhǔn)給定信號(hào)，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)循環(huán)水流量，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的有效調(diào)節(jié)控制。許多電廠已經(jīng)作出了嘗試:寧波舜龍熱電廠、山東威海電廠、東源熱電廠等。進(jìn)行循環(huán)水系統(tǒng)變頻調(diào)速改造，可改善凝汽器水側(cè)不滿水時(shí)，凝結(jié)水溶氧高、循環(huán)水水量冬、夏季溫度變化較大，無(wú)法滿足機(jī)組真空要求、以及循環(huán)水水量缺乏調(diào)節(jié)手段等影響機(jī)組安全性和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的問(wèn)題。 鑒于循環(huán)水泵的重要性,進(jìn)行一臺(tái)變頻器帶二臺(tái)泵的“一拖二、帶工頻旁路”的電氣一次回路的變頻改造，運(yùn)行時(shí)，變頻器拖動(dòng)一臺(tái)泵，如一臺(tái)泵故障切換到另一臺(tái)泵，如果一臺(tái)泵運(yùn)行無(wú)法滿足工藝系統(tǒng)流量的要求，可軟啟動(dòng)此泵，工頻運(yùn)行后，再對(duì)另一臺(tái)軟啟動(dòng)，并變頻運(yùn)行。為節(jié)約資金，只改造兩臺(tái)循環(huán)水泵，而另外兩臺(tái)保留原工頻運(yùn)行方式,如圖2所示。 由圖2可見380v循環(huán)水泵電機(jī)一次電氣接線，它主要適用于單機(jī)容量5萬(wàn)kw以下小機(jī)組的循環(huán)水泵，如果循環(huán)水泵電機(jī)為6kv（單機(jī)容量10萬(wàn)kw以上均為6kv電機(jī)），泵電機(jī)加熱器的電源需要單獨(dú)提供。北京煤矸石電廠、寧波舜龍熱電廠、東源熱電廠均采用圖2所示的電氣一次接線方案;山東威海電廠、大慶新華發(fā)電廠、煙臺(tái)萬(wàn)華電廠、山西陽(yáng)光發(fā)電廠采用“一拖一帶工頻旁路”的電氣一次接線方案。北京煤矸石電廠采用ab變頻器，寧波舜龍熱電廠采用日立變頻器，山東威海電廠和大慶新華發(fā)電廠采用羅賓康6kv完美無(wú)諧波變頻器，山西陽(yáng)光發(fā)電廠采用利德華福6kv變頻器，煙臺(tái)萬(wàn)華電廠采用ab公司6kv powerflex7000變頻器。 這些發(fā)電廠采用變頻器驅(qū)動(dòng)循環(huán)水泵的普通異步電動(dòng)機(jī),都取得了很好的應(yīng)用效果。 4、循環(huán)水變頻調(diào)速系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)控制策略 4.1 循環(huán)水系統(tǒng)傳統(tǒng)控制方式的缺陷 循環(huán)水系統(tǒng)的傳統(tǒng)控制系統(tǒng)，一般均不采用調(diào)節(jié)控制回路，無(wú)法進(jìn)行水量的自動(dòng)調(diào)節(jié)。僅僅泵出口配置全開全關(guān)操作的液控蝶閥，泵一啟動(dòng)，泵電機(jī)就滿負(fù)荷工作。采用這種控制方式的缺點(diǎn)是:能耗大，流量不能自動(dòng)調(diào)節(jié)，有“水錘”現(xiàn)象，對(duì)管網(wǎng)及管網(wǎng)上的檢測(cè)儀表的使用壽命有影響。 4.2 自動(dòng)調(diào)節(jié)的控制策略 循環(huán)水系統(tǒng)變頻調(diào)速系統(tǒng)改造的目的是實(shí)現(xiàn)水量的自動(dòng)調(diào)節(jié)，維持最佳真空度，維持最佳循環(huán)倍率。 根據(jù)圖3所示的水泵的流量、功率、壓力與轉(zhuǎn)速的關(guān)系和在不同負(fù)載方式下電機(jī)電力消耗特性曲線,可得到: ｑ∝ｋ×ｎ（流量正比于速度） ｈ∝ｋ×n2（壓力正比于速度平方） ｐ∝ｋ×n3（功率正比于速度立方） 式中:ｑ—流量; ｈ—水壓; ｐ—電機(jī)功率; ｋ—比例系數(shù)。 由此可知，只要調(diào)節(jié)泵的速度就可以得到用戶期望的流量，并節(jié)約電能。 4.3 循環(huán)水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方式 循環(huán)水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方式分為兩種:手動(dòng)調(diào)節(jié)方式、自動(dòng)帶后備手操調(diào)節(jié)方式。 （1） 手動(dòng)調(diào)節(jié)方式 采用手操器進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器頻率，就可以調(diào)節(jié)循環(huán)水泵轉(zhuǎn)速。 （2） 自動(dòng)帶后備手操調(diào)節(jié)方式 循環(huán)水系統(tǒng)變頻改造的目的是實(shí)現(xiàn)水量的自動(dòng)調(diào)節(jié)，即在機(jī)組變負(fù)荷、循環(huán)水溫變化條件下（如冬、夏季節(jié)溫度變化）時(shí)，最優(yōu)化運(yùn)行。為了保證系統(tǒng)高效、可靠、安全地運(yùn)行，設(shè)計(jì)水量自動(dòng)優(yōu)化控制系統(tǒng)是必須的。 （3） 說(shuō)明 火電廠的循環(huán)水是保障機(jī)組安全，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基本條件，由于影響循環(huán)水流量要求、壓力、溫度的因素很多（如負(fù)荷變化、系統(tǒng)擾動(dòng)、系統(tǒng)的大慣性及純滯后等因素）使得基于常規(guī)pid算法的自動(dòng)控制系統(tǒng)在變工況、季節(jié)轉(zhuǎn)換的情況下，難以長(zhǎng)期穩(wěn)定地投入自動(dòng)。手動(dòng)控制則跟蹤太慢且變化幅度大,容易造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。 （4） 自動(dòng)優(yōu)化控制的控制策略 根據(jù)機(jī)組最佳真空（倍率）同循環(huán)水量的相互關(guān)系，以機(jī)組的最佳真空為目標(biāo)函數(shù)。循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的目標(biāo)函數(shù)是在汽機(jī)熱耗量不變的前提下，汽機(jī)發(fā)電量與循環(huán)水泵耗電量的差額達(dá)到最大時(shí)所得到的間接函數(shù)關(guān)系。 由于整個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化等價(jià)于所有子系統(tǒng)的優(yōu)化，因此循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型按以下4個(gè)方面建立: 汽機(jī)在一定排汽量條件下（熱負(fù)荷一定）循環(huán)水量與發(fā)電機(jī)功率特性; 循環(huán)水泵流量與功耗的關(guān)系特性; 循環(huán)水泵的揚(yáng)程特性; 循環(huán)水系統(tǒng)管網(wǎng)的阻力特性。 （5） 調(diào)節(jié)循環(huán)水泵的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)節(jié)循環(huán)水流量，維持最佳循環(huán)倍率，維持機(jī)組凝汽器的最佳真空度。 （6） 工程實(shí)施時(shí)的策略圖 如圖4所示。圖4中，q為循環(huán)水流量;p為壓力;t為循環(huán)水進(jìn)出溫度。 （7） 工程實(shí)施時(shí)的策略 根據(jù)機(jī)組最佳真空（倍率）同循環(huán)水量的相互關(guān)系，以機(jī)組的最佳真空為目標(biāo)函數(shù)�？刂葡到y(tǒng)主要采集汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)壓力、大氣壓力、凝汽器真空、機(jī)組負(fù)荷以及循環(huán)水泵出入水溫參數(shù)變化值，進(jìn)行優(yōu)化運(yùn)算，確定最佳真空（倍率）同循環(huán)水量的擬合曲線，通過(guò)比例積分控制對(duì)變頻器進(jìn)行控制，以維持冷卻效果的恒定，維持最佳真空度。 最佳真空度是通過(guò)計(jì)算分析凝汽器的傳熱系數(shù)、排汽壓力以及其他參數(shù)，采用逐次循環(huán)逼近的優(yōu)化運(yùn)算方法得到。 循環(huán)水流量是通過(guò)檢測(cè)機(jī)組排汽焓降、機(jī)組排汽流量、循環(huán)水進(jìn)出水溫計(jì)算得到。 循環(huán)水流量q=k×h×q1/（t1-t2） 式中: h為排汽焓降; q1為排汽流量; t1、t2為循環(huán)水進(jìn)出溫度; k為系數(shù)。 （8） 控制系統(tǒng)以pid調(diào)節(jié)運(yùn)算為基礎(chǔ)，進(jìn)行優(yōu)化協(xié)調(diào)控制，其輸出控制變頻器的頻率，調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)循環(huán)水流量，維持最佳真空度。采用此系統(tǒng)有助于防止由于在冬季循環(huán)水溫度過(guò)低，特別在負(fù)荷較低情況下，出現(xiàn)凝結(jié)水溶氧變高的問(wèn)題。 （9） 系統(tǒng)硬件 為了便于自動(dòng)優(yōu)化控制的實(shí)現(xiàn)，方便運(yùn)行人員的使用及管理，擬采用小型集散控制系統(tǒng)。 5、結(jié)束語(yǔ) 電廠循環(huán)水系統(tǒng)的節(jié)能主要表現(xiàn)在循環(huán)水泵的高效運(yùn)行和流量的有效調(diào)節(jié)等幾方面。在變頻調(diào)速技術(shù)的參與下，通過(guò)優(yōu)化控制得到合適的調(diào)速比，保證循環(huán)水壓力和流量滿足冷卻效果要求，維持凝汽器最佳真空、最佳循環(huán)倍數(shù)，節(jié)約能源。通過(guò)許多電廠的嘗試，通過(guò)自動(dòng)優(yōu)化變頻控制系統(tǒng)可改變?cè)瓉?lái)循環(huán)泵系統(tǒng)能源浪費(fèi)大、自動(dòng)化程度低的狀況。此系統(tǒng)具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義，也是實(shí)現(xiàn)循環(huán)水泵無(wú)人值守控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)之一。在此拋磚引玉，以推廣新技術(shù)在電廠的應(yīng)用。