火电机组循环水系统泵门联锁逻辑优化

李世波，蒋昇，杨振宇，王洪凯

（1.辽宁调兵山煤矸石发电有限责任公司，辽宁铁岭，112700；2.辽宁东科电力有限公司，辽宁沈阳，110000）

1　循环水系统概述

循环冷却水系统是以水作为冷却介质，并循环使用的一种冷却水系统。主要由水塔、水泵和管道组成。在凝汽器中，循环水将汽轮机排汽冷凝下来，带走蒸汽放出的汽化潜热，并因此在凝汽器中形成高度真空，从而降低了汽轮机的排汽压力，使汽轮机的理想焓降增大，功率增加[1]。

循环水控制系统的主要受控设备为循环水泵。每台机组常规设计两台100%出力循环水泵，生产期间采用一运一备方式运行。在系统倒泵或事故处理期间，会存在两台循环水泵同时运行的工况。正常运行状态下，两台机组之间循环水泵不交叉使用。在事故情况下，可通过联络门实现交叉运行。

国内火力发电厂200MW及以上机组均不同程度存在循环水泵经济性偏低的问题,主要是因为循环水泵的运行工况点严重偏离设计点。此外，由于季节温差大,日常出现开1台流量不够,开2台流量过大的情况,既浪费大量电能又浪费水资源,致使厂用电率高[2]。因此，选择合适的高低速切换泵，是现今循环水系统减电耗，提效率的主要手段。

2　泵门联锁控制策略介绍

2.1　循环水泵控制策略

循环水泵除温度、水位、循环水水路通道建立、无跳闸条件这些常规启动允许条件外，需保证启动前出口液控蝶阀在关闭位。

在启泵过程中，泵门动作方式受首台、次台启动工况的不同而有所差别。在首台启动时，为防止憋泵，需在出口液控蝶阀达到指定开度时，再启动循环水泵；在次台启动时，为防止管道内水倒灌，造成次台泵倒转，因此需要在启泵同时开启出口液控蝶阀。

停泵时，也需要考虑两种情况：一是正常停泵时，需在出口液控蝶阀关闭至指定开度时，触发停泵指令；而当存在保护跳闸条件时，则需要在关闭出口阀同时停止循环水泵。

对于循环水泵的跳闸条件，需考虑两种情况：一是在循环水泵启动后，如果出口液控蝶阀关闭，则需停止循环水泵；二是作为次台泵启动时，因启泵开门同时进行，因此需考虑到出口液控蝶阀打开失败时，需要停止循环水泵。

2.2　循环水泵出口液控蝶阀控制策略

对于循环水泵出口液控蝶阀，其开关需考虑循环水泵的启停及过程状态的变化。只有充分考虑到循环水泵各个运行状态点对循环水泵出口液控蝶阀开关状态的需求，才能够实现循环水泵投退的合理性和安全性。

循环水系统出口液控蝶阀在循泵启动前需在关闭位，这也是循环水泵的启动允许条件。在循环水泵启动指令触发时，无论循泵作为首台还是次台启动，均应联动打开出口液控蝶阀。在循环水泵停运、循环水泵跳闸以及循环水泵启动失败时，为保证系统的有效退出，均需要联锁关闭出口液控蝶阀。

根据电厂的实际需求，可设计联锁停止出口液控蝶阀的设计方式，即在循泵出口液控蝶阀打开至启泵指定开度时，自动将出口液控蝶阀停止在当前位置，待运行人员确认系统运行稳定后，再手动打开出口液控蝶阀至全开位。

3　泵门联锁逻辑组态说明

3.1　循环水泵相关逻辑组态

循环水泵启动允许条件中需加入循环水泵出口液控蝶阀全关条件。

循环水泵跳闸条件中需增加两条：一是在循泵启动后，如果出口液控蝶阀关闭，则需停止循环水泵。此条组态需用循环水泵合闸作为启动判据，当循环水泵合闸30秒后，开始启动此条保护。二是需要考虑次台泵启动过程中，当出口液控蝶阀打开失败时，需要停止循环水泵。其设计理念是当作为次台泵启动时，需要在启泵的同时打开出口液控蝶阀，这与首台启动时需要先打开出口液控蝶阀至指定开度再开启循泵不同的是，启泵后液控蝶阀是否实际开启并无后继判断。因此为确保次台泵启动的安全性，需考虑次台泵启动时，出口液控蝶阀打开故障的后继操作。因此加入此条保护逻辑。当次台泵启泵指令触发后，启泵指令联锁打开出口液控蝶阀，同时驱动计时。在一定时间内，如液控蝶阀指定开度反馈未触发，则认为出口液控蝶阀开启失败，需要跳闸已运行的循环水泵，起到对系统的保护作用。

对于循环水泵的启动指令输出，需区别考虑首台启动和次台启动的情况。首台启动时，需记录驱动级的输出指令，此指令首先联动开启出口液控蝶阀，当出口液控蝶阀开至指定开度后，方实际输出循环水泵启动指令。次台启动时，可用另台泵运行状态作为次台启动判据，当另台泵运行时，驱动级输出指令除联锁开启出口液控蝶阀外，经另台泵运行判据后，直接触发循环水泵启动指令。在此条件下，需考虑到运行泵跳闸联锁开启备用泵的情况，因运行泵跳闸联启备用泵从运行角度讲，需要迅速补充出力，因此需视为次台启动。为防止运行泵跳闸时运行状态消失导致的次台泵启动判据失去的情况，需在另台泵运行条件后增加延时断开模块，使判据中运行信号的失去滞后一定时间，目的是用于联锁启动备用泵条件的有效输出。

对于循环水泵的停止条件，也同样需要考虑两种情况。正常停泵期间，停泵指令首先联锁关闭出口液控蝶阀，当出口液控蝶阀关闭至指定开度后，方实际输出循环水泵停止指令。当存在跳闸条件时，则直接输出循环水泵停止指令，实现快速停泵，防止对设备造成损坏。

3.2　出口液控蝶阀相关逻辑组态

出口液控蝶阀联锁打开条件较为简洁：当循环水泵启动指令触发时，无论是首台启动还是次台启动，均联锁打开出口液控蝶阀。联锁关闭逻辑则需要充分考虑循环水泵各状态下的需求，需分如下三种状况考虑：一是启泵失败时；二是正常停泵时；三是循泵跳闸时。上述任一情况出现时，均需联锁关闭出口液控蝶阀。

根据运行要求，可能存在首台泵启动时，出口液控蝶阀达到指定开度联锁启泵后，出口液控蝶阀需停在当前位置，待运行人员巡检后，再手动开启出口蝶阀。此条件的设计，需要使用另台循泵的停止状态来判断本台泵为首台启动，用出口液控蝶阀指定开度反馈量作为阀门联锁停止的判据。此外，需要考虑联锁启动时，出口液控蝶阀应按次台启动设计不采取中停。因此需要用循泵联锁启动条件作为屏蔽条件。综上所述，由三个条件综合判断后，触发联锁停止指令。

4　静态调试问题分析及优化

4.1　调试中循泵误跳情况分析及逻辑优化

在调试过程中发现，当开启过程中液控蝶阀停止后，运行人员继续执行开门操作后，出现延时跳循环水泵的情况。对逻辑进行审查发现：次台启动出口液控蝶阀打开失败的驱动计时条件，取的是出口液控蝶阀的开门指令。这导致启动成功后，在中停位继续打开出口蝶阀时，将再次驱动计时器，但开度反馈节点却无法再次触发，因此导致时间到达后无节点反馈触发误跳。针对此问题，对原有逻辑进行优化调整：鉴于此条保护仅在启泵时有效，因此驱动计时条件改为选取启泵指令。这就有效的排除了后继对出口液控蝶阀的调整造成的误跳情况的发生。

4.2　调试中液控蝶阀打开卡顿情况分析及逻辑优化

在调试过程中发现，首台启动时，出口液控蝶阀达到指定开度触发中停后，再次发出打开指令时会立即出现中停，三至五次自动停止后，方能够实现平滑开启。通过对设备及逻辑的审查发现，产生此现象的原因是就地指定开度节点为磁感式，在开启过程中的一段行程内均会触发此信号。因此导致打开时，在行程范围内节点信号频繁触发导致中停，即体现为阀门打开过程中存在卡顿现象。

图1　循环水泵电机保护跳闸逻辑

图2　循泵出口液控蝶阀联锁逻辑

图3　优化后循环水泵电机保护跳闸逻辑

图4　优化后循泵出口液控蝶阀联锁逻辑

因就地限位开关无法进行精度调整，因此在逻辑中增加中停使能判据：取本台循泵的分闸状态作为使能判据，当循泵在分闸状态时，则原设计中停逻辑有效，当循泵启动后，将自动屏蔽此中停逻辑。这就有效的解决了后继开启过程中体现的卡顿现象。鉴于首台启动时，指定开度节点触发的同时将联锁启动循环水泵，为防止扫描周期内执行顺序对逻辑运算造成的影响，将本台循泵分闸状态这一判据采取1秒延时断开处理，目的是防止时序不匹配造成的无法中停情况的出现。

经优化调整后，完成最终组态。经实际生产运行检验，此套逻辑能够实现循环水系统泵门联锁的全程控制，控制策略严谨，控制逻辑正确，控制效果优秀。

5　结论

循环水系统是火力发电厂一个独立的、对机组经济性有较大影响的系统，循环水泵（循泵）所耗用的电能约占电厂总发电量的1%-1.5%[3]。作为火电机组的重要分系统，其核心控制逻辑就在于循环水泵与出口液控蝶阀之间的联锁保护。

本文结合现场实际情况，结合系统运行的工艺要求，全面分析各工况下泵门之间的联锁关系，细化各状态下的控制策略，缜密搭建控制逻辑并通过专业的调试试验发现问题、分析问题、解决问题。最终得出一套安全可靠、全面实用的控制逻辑。并在实际生产中取得了良好的使用效果。