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　　火电厂循环水泵变频驱动控制系统论文 1 引言 循环水泵是火力发电设备中的重要辅机之一，其功耗占主机容量的4％左右。由于冷却水流量是影响汽轮机真空度的主要因素，因而循环水泵的控制历来是火电厂中的一个重要问题。目前国内已投入运行的中等功率的火电机组大多采用节流调节方式，通过操作阀门实现冷却水水流量的调节，而对循环水泵采取定速控制1。这种调节方式控制粗糙，汽轮机的真空度不稳定，不能保证汽轮机在经济运行方式2下运行。另外，当在低负荷运行时.freel2。 由公式: (2) 式中A为凝冷器换热面积， r2为凝汽器潜热。可以计算出循环水流量增加后汽轮机排汽量Dn2。 如果Dn2的值满足下式: (3) (式中Dn1为循环水量增加前汽轮机的排汽量)则认为Pn就是增加循环水量后的排汽压力。如果不满足上式，应重新设定排汽压力值进行计算，直至满足为止。 (4) 根据排汽压力Pn，计算出相对真空和提高的真空度。 (5) 根据提高的真空度与标准煤耗的关系以及增加循环水流量后的电能耗费，就可以计算出循环水流量增加所带来的经济效益△N。 (6) 按照以上步骤重复计算不同流量下增加的经济效益△N，由图1可以确定最有利真空的位置peco。 由以上计算分析的原则，控制系统可以通过上位机(IPC)实时计算最有利真空的数值，由此作为依据(PID调节器的设定值)，来调节循环水泵的运行台数和运行转速，控制循环水流量使汽轮机的真空度维持在最有利真空位置，保证机组的经济运行。 2.3 循环水流量的调速控制方式原理 图2所示曲线为转速n一定时水泵的扬程－流量(H-Q)特性曲线和管阻特性曲线。由图可知，当改变水泵的转速时，其Q-H特性曲线随着转速的改变在图中是平行上下移动的(如从nA降到nA时的虚线曲线所示)。 水泵的管阻特性曲线可用公式(4)表示: (4) 图2 变频调速节能原理图解 式中Sf为管网阻力系数，HST为水泵进口到冷凝器的汽包的位差和压力差之和，它是个定值。SfQ2为总的水阻力损失，它与流量的平方成正比。管阻特性曲线与H~Q曲线的交点即为水泵运行的工况点5。 当汽轮机的蒸汽负荷改变时，循环水泵的流量要随之变动(假设流量从QA降为QB)。有两种方法可以改变流量:一种是通过改变给水调节阀的开度(节流调节方式)，使管网阻力系数Sf改变，从而改变管阻特性曲线，如图2所示，这时水泵运行的工况点变为B，对应的流量是QB，扬程是HB。另-种方法是通过改变水泵的转速，改变水泵的特性曲线，这时水泵运行的工况点为A，转速由nA降到nA，流量也为QB，而扬程为HA。 可以看出，与调速方式相比，调节阀门流量的控制方式中有HB－HA的扬程浪费在管网中;当在低负荷等工况运行时，冷却水的流量由于只能靠调节阀门控制，造成阀门两端压差很大，很大的能量消耗在阀门上，长期运行能耗十分严重。并且当这个差值很大的时候，有可能导致管网破裂，造成重大经济损失。因而循环水泵采用调速运行，节能效果是很显著的。 3 汽轮机最有利真空度循环泵控制系统设计 3.1 系统的控制原理 该系统主要由由3台水泵、1台变频器、IPC、PLC、PID以及线性压力传感器等组成。 工控机(IPC)作为上位机，主要负责火电厂的运行检测和监控，并在线计算最有利真空值，为控制循环水泵系统的经济运行提供重要参考数据。PLC、PID调节器和压力传感器组成闭环反馈控制系统，用来控制循环冷却水流量。 3.2 循环水泵的调速控制 由2.1和2.2的分析可知，最有利真空的实现是靠调节循环冷却水的流量。本文利用PLC和PID设计了一个反馈控制系统，如图3所示。其中，PLC控制着各台水泵的运行状态(工频、变频、停止)，从而控制水泵的运行台数，在大范围上控制循环水的流量;PID调节器控制变频器对变频泵进行速度调节，在小范围上控制循环水的流量，从而使汽轮机的真空度稳定的维持在最有利真空位置。 图3 控制系统主电路图 水泵的速度调节控制是汽轮机最有利真空控制系统的核心内容。系统采用交流变频调速技术5，利用变频器对循环水泵进行速度控制。控制原理如图3所示，采用“一变多定”的控制方式，并根据PID调节器输出电压信号驱动变频循环水泵。 系统采用的REX-CD901 PID调节器，内嵌模糊控制技术和参数自整定技术，调节品质优良。它的输入设定值来自上位机根据蒸汽负荷和冷却水温度等参数计算出的最有利真空值，反馈值为由压力传感器检测的汽轮机的实际运行的真空值。根据设定值和反馈值，PID自动调整变频器的频率给定输入，从而控制变频器的输出电压，进而控制循环水泵的转速，实现循环水流量的稳定控制。 3.3 控制系统的硬件设计 图4 为控制系统的硬件设计示意图。 系统选用的PLC为Siemens S7-200 CPU226，用来控制三台水泵的