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摘 要：文章首先介绍了某联合循环机组高压给水泵变频器和高压给水调阀在启机过程中的两种常见操作方法。而后，在分析二者优缺点的基础上，提出了进一步优化操作的具体措施。最后通过实际案例简要说明了所提优化措施的可行性和在节能、安全方面上的优势。文章所述内容可作为进一步开展运行优化操作的参考。
关键词：机组启动；给水系统；优化；探讨
中图分类号：TK22315+2 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）20-0027-02
1 汽包水位调节简述
1.1 给水泵变频改造前的运行方式
某电厂三菱M701F燃气-蒸汽联合循环机组投产初期，余热锅炉高、中压给水合用一台定速给水泵，只需通过调节高、中压给水调阀即可实现对高、中压汽包水位的控制。由于该泵只能工频运行，给水泵耗电较大，特别是机组启动和低负荷运行期间，给水调阀存在很大的节流损失，电能浪费严重。此外，这种运行方式下的系统管路压力高，也存在较大的安全风险。给水泵改造前的系统简图，如图1所示。
2 给水泵变频改造后的运行方式
2013～2014年，该电厂分别对三台机组高中压给水泵进行了变频改造，将原来的高中压给水泵改为高压给水泵，另外还增加了两台中压给水泵。改造后的高、中压给水泵均实现了变频运行，节能效果明显。给水泵改造后的系统简图，如图2所示。
3 启机过程的汽包水位控制操作现状分析
多年来，在机组启动初期，运行人员一般都采用手动方式来实现对汽包水位的调节控制。给水泵变频改造前，启机过程中的汽包水位调整，只需操作给水调阀即可，比较单一，也较为容易。正常情况下，只要总结出水位波动的几个关键点，提前预判操作，即可将水位控制在安全范围内。
给水泵变频改造后，启机过程中的汽包水位调整，不仅需要对给水调阀进行操作，同时也要对变频器的输出进行控制。由于启机过程复杂多变，很难有统一、规范的启机阶段汽包水位调整操作标准。通过不断总结经验，目前，主要形成了两种操作方法，现以高压汽包水位控制为例进行介绍。
3.1 操作方式一：维持高压给水泵变频器较高输出值
启机过程中，将高压给水泵变频器手动调节至较高输出值，如维持在80%的额定输出，以保证高压给水压力满足上水需要，而后依靠手动控制高压给水调阀来实现对高压汽包水位的调节。
这种调节方式和给水泵变频改造前的调节方式较为接近，对运行人员来说，这种调节方式的操作较为简单，但并不能达到最好的节能效果。因为机组启动前，需将高压汽包上至启动水位，在之后的整个启机过程中，高压汽包需要的补水量不大，维持给水泵变频器最低出力时即可满足汽包的补水要求。所以，在启机过程中维持高压给水泵变频器在较高输出值会造成不必要的浪费。
3.2 操作方式二：维持高压给水泵变频器自动运行
在启机过程中，将高压给水泵变频器投自动，手动控制给水调阀来控制水位。
在节能效果方面，这种操作方式较操作方式一有所提高，但这种操作方式同样存在较大的弊端。首先，由于变频器自动调节的滞后性，这种方式容易引起汽包水位不必要的波动。其次，在整个启机过程中，为维持汽包水位稳定，变频器会根据水位偏离设定值的幅度进行相应频率的变化调节。实际过程中，这种调节比较频繁，有时甚至会出现频率大幅波动的情况，从而导致给水泵出口压力也发生相应的大幅波动。根据给水系统的运行原理和多年运行经验，给水泵出口压力频繁、快速的大幅度波动，会对给水泵泵体及给水管道系统产生较为严重的损害。而且，变频器变频调节的速率越快，调节的幅度越高，压力波动的速率则越大，对设备造成的损害也越大。通过现场观察发现，当高压给水泵变频器频率大幅度变化时，泵体及其相应管道会有较为明显的振动，有较大的安全隐患。
4 给水系统操作方法改进措施
鉴于上述两种典型操作方式的优缺点，从确保安全和挖掘节能空间的角度出发，经长期的实际启机摸索，逐步总结出以下给水系统启机优化操作措施。
4.1 变频器控制操作方式的改进措施
启动给水泵前，将变频器输出调至最小值；启机过程中，尽量将给水泵变频器维持在手动及最低频率状态运行。
4.2 高压给水调阀控制操作方式的改进措施
启机初期，给水调阀应尽量维持手动控制，根据水位的变化情况选择适当时机投入自动控制；而且投入自动控制后仍需密切关注其调节情况，如因虚假水位导致汽包水位波动较大，则应及时将给水调阀切手动控制。
4.3 变频器和给水调阀的配合操作
在启机程中，若高压汽包需要大量补水，可适当调高高压变频器输出，确保给水压力高于汽包压力，待水位稳定后再将高压变频器输出调至最低。当汽机进汽后，高压给水调阀开度大于90%时，可将变频器投入自动运行，但需监视变频器的调节是否稳定，避免变频器调节幅度过大。启机过程中高压变频器维持60%输出值时的汽包水位波动情况，如图3所示。
根据历史数据和大量实操经验，在汽轮机进汽前，高压给水泵变频器尽量维持在最低频率运行的操作方式能满足高压汽包水位的调节要求，汽包水位调节稳定，且能达到良好的节能效果。
5 分析总结
5.1 节能分析
选取两种操作方式的典型热态启机案例，其关键参数历史趋势，如图4和图5所示。
如图4所示，在整个启机过程中，高压变频器基本保持在80%出力，此时高压给水泵的电流约为66 A。
如图5所示，在机组进汽之前，高压变频器基本都是维持在最低出力60%，此时高压给水泵的电流只有28 A。
M701F联合循环机组热态启动过程中，机组从启动到汽轮机进汽约需耗时45 min。在理想状态下，对比以上两种操作方式，可以计算出仅是高压给水泵在这个过程中可节省的电能： W节省=W80%-W60%=■UI80% ？渍-■UI60%？渍
=1.732×6×66×0.85×0.75-1.732×6×28×0.85×0.75
=437.2-185.5=251.7 kwh
虽然以上计算所得的节电量是基于理想状态的，但仍可看出其中的节能空间是不容忽视的。而且，以上的计算只是针对热态启动的情况，如果是冷态、低温态、高温态的启机过程，这种操作方式的节能空间将更为显著。
该厂机组运行方式为两班制运行，每年机组的启动次数为541次，其中热态启动为420次。如果均按上述两种方式操作，且全部按热态启动计算，那么这两种方式产生的成本差值至少为：
W差值=257.7×541×0.533÷10 000=7.3万元
在现阶段，在运行优化工作在电厂已深入开展，现有节能降耗空间已较为狭窄的当前，采用高压给水泵变频器尽量维持在最低频率运行的操作方式所节省的成本还是较为可观的。
4.2 安全分析
前文已述，给水泵出口压力的剧烈波动会对泵体及给水管道系统造成严重的损害。
在机组启动初期，维持给水泵变频器输出为60%时，给水泵出口压力在启机过程中的变化趋势较为平稳；而变频器投自动时，给水泵的出口压力波动则较为剧烈，若幅度过大，则会对给水泵、给水管道、阀门、仪表、支撑等给水系统设备造成较大的冲击，威胁给水系统及机组的安全运行。给水泵变频改造以来的给水系统实际检修情况也反映了快速、大幅的给水压力波动造成的设备伤害是较为突出的。
通过实际操作总结出高压给水系统的合理操作方法：汽轮机进汽前，手动维持高压给水泵变频器在较低的频率运行，期间若遇到突发需要紧急补水的情况，则视给水压力适当调节变频器输出以到上水要求；汽轮机进汽后，选择最佳时机将给水泵变频器投自动。采取这种操作方法既可以节省用电，又可以确保给水系统的安全稳定运行。
6 中压给水系统的优化操作建议
启机过程对中，中压给水系统也可采取与高压给水系统类似的优化操作方法，但因中压汽包水位的波动比高压汽包明显，且中压给水泵节能空间较小、系统压力波动也不大，对设备的损害也较小，因此，可暂时不考虑对中压给水系统采取优化操作。
参考文献：
[1] 武有强.电厂热能与动力工程300 MW机组给水控制系统分析[D].吉林：东北电力大学，2011.
关键词：机组启动；给水系统；优化；探讨
中图分类号：TK22315+2 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）20-0027-02
1 汽包水位调节简述
1.1 给水泵变频改造前的运行方式
某电厂三菱M701F燃气-蒸汽联合循环机组投产初期，余热锅炉高、中压给水合用一台定速给水泵，只需通过调节高、中压给水调阀即可实现对高、中压汽包水位的控制。由于该泵只能工频运行，给水泵耗电较大，特别是机组启动和低负荷运行期间，给水调阀存在很大的节流损失，电能浪费严重。此外，这种运行方式下的系统管路压力高，也存在较大的安全风险。给水泵改造前的系统简图，如图1所示。
2 给水泵变频改造后的运行方式
2013～2014年，该电厂分别对三台机组高中压给水泵进行了变频改造，将原来的高中压给水泵改为高压给水泵，另外还增加了两台中压给水泵。改造后的高、中压给水泵均实现了变频运行，节能效果明显。给水泵改造后的系统简图，如图2所示。
3 启机过程的汽包水位控制操作现状分析
多年来，在机组启动初期，运行人员一般都采用手动方式来实现对汽包水位的调节控制。给水泵变频改造前，启机过程中的汽包水位调整，只需操作给水调阀即可，比较单一，也较为容易。正常情况下，只要总结出水位波动的几个关键点，提前预判操作，即可将水位控制在安全范围内。
给水泵变频改造后，启机过程中的汽包水位调整，不仅需要对给水调阀进行操作，同时也要对变频器的输出进行控制。由于启机过程复杂多变，很难有统一、规范的启机阶段汽包水位调整操作标准。通过不断总结经验，目前，主要形成了两种操作方法，现以高压汽包水位控制为例进行介绍。
3.1 操作方式一：维持高压给水泵变频器较高输出值
启机过程中，将高压给水泵变频器手动调节至较高输出值，如维持在80%的额定输出，以保证高压给水压力满足上水需要，而后依靠手动控制高压给水调阀来实现对高压汽包水位的调节。
这种调节方式和给水泵变频改造前的调节方式较为接近，对运行人员来说，这种调节方式的操作较为简单，但并不能达到最好的节能效果。因为机组启动前，需将高压汽包上至启动水位，在之后的整个启机过程中，高压汽包需要的补水量不大，维持给水泵变频器最低出力时即可满足汽包的补水要求。所以，在启机过程中维持高压给水泵变频器在较高输出值会造成不必要的浪费。
3.2 操作方式二：维持高压给水泵变频器自动运行
在启机过程中，将高压给水泵变频器投自动，手动控制给水调阀来控制水位。
在节能效果方面，这种操作方式较操作方式一有所提高，但这种操作方式同样存在较大的弊端。首先，由于变频器自动调节的滞后性，这种方式容易引起汽包水位不必要的波动。其次，在整个启机过程中，为维持汽包水位稳定，变频器会根据水位偏离设定值的幅度进行相应频率的变化调节。实际过程中，这种调节比较频繁，有时甚至会出现频率大幅波动的情况，从而导致给水泵出口压力也发生相应的大幅波动。根据给水系统的运行原理和多年运行经验，给水泵出口压力频繁、快速的大幅度波动，会对给水泵泵体及给水管道系统产生较为严重的损害。而且，变频器变频调节的速率越快，调节的幅度越高，压力波动的速率则越大，对设备造成的损害也越大。通过现场观察发现，当高压给水泵变频器频率大幅度变化时，泵体及其相应管道会有较为明显的振动，有较大的安全隐患。
4 给水系统操作方法改进措施
鉴于上述两种典型操作方式的优缺点，从确保安全和挖掘节能空间的角度出发，经长期的实际启机摸索，逐步总结出以下给水系统启机优化操作措施。
4.1 变频器控制操作方式的改进措施
启动给水泵前，将变频器输出调至最小值；启机过程中，尽量将给水泵变频器维持在手动及最低频率状态运行。
4.2 高压给水调阀控制操作方式的改进措施
启机初期，给水调阀应尽量维持手动控制，根据水位的变化情况选择适当时机投入自动控制；而且投入自动控制后仍需密切关注其调节情况，如因虚假水位导致汽包水位波动较大，则应及时将给水调阀切手动控制。
4.3 变频器和给水调阀的配合操作
在启机程中，若高压汽包需要大量补水，可适当调高高压变频器输出，确保给水压力高于汽包压力，待水位稳定后再将高压变频器输出调至最低。当汽机进汽后，高压给水调阀开度大于90%时，可将变频器投入自动运行，但需监视变频器的调节是否稳定，避免变频器调节幅度过大。启机过程中高压变频器维持60%输出值时的汽包水位波动情况，如图3所示。
根据历史数据和大量实操经验，在汽轮机进汽前，高压给水泵变频器尽量维持在最低频率运行的操作方式能满足高压汽包水位的调节要求，汽包水位调节稳定，且能达到良好的节能效果。
5 分析总结
5.1 节能分析
选取两种操作方式的典型热态启机案例，其关键参数历史趋势，如图4和图5所示。
如图4所示，在整个启机过程中，高压变频器基本保持在80%出力，此时高压给水泵的电流约为66 A。
如图5所示，在机组进汽之前，高压变频器基本都是维持在最低出力60%，此时高压给水泵的电流只有28 A。
M701F联合循环机组热态启动过程中，机组从启动到汽轮机进汽约需耗时45 min。在理想状态下，对比以上两种操作方式，可以计算出仅是高压给水泵在这个过程中可节省的电能： W节省=W80%-W60%=■UI80% ？渍-■UI60%？渍
=1.732×6×66×0.85×0.75-1.732×6×28×0.85×0.75
=437.2-185.5=251.7 kwh
虽然以上计算所得的节电量是基于理想状态的，但仍可看出其中的节能空间是不容忽视的。而且，以上的计算只是针对热态启动的情况，如果是冷态、低温态、高温态的启机过程，这种操作方式的节能空间将更为显著。
该厂机组运行方式为两班制运行，每年机组的启动次数为541次，其中热态启动为420次。如果均按上述两种方式操作，且全部按热态启动计算，那么这两种方式产生的成本差值至少为：
W差值=257.7×541×0.533÷10 000=7.3万元
在现阶段，在运行优化工作在电厂已深入开展，现有节能降耗空间已较为狭窄的当前，采用高压给水泵变频器尽量维持在最低频率运行的操作方式所节省的成本还是较为可观的。
4.2 安全分析
前文已述，给水泵出口压力的剧烈波动会对泵体及给水管道系统造成严重的损害。
在机组启动初期，维持给水泵变频器输出为60%时，给水泵出口压力在启机过程中的变化趋势较为平稳；而变频器投自动时，给水泵的出口压力波动则较为剧烈，若幅度过大，则会对给水泵、给水管道、阀门、仪表、支撑等给水系统设备造成较大的冲击，威胁给水系统及机组的安全运行。给水泵变频改造以来的给水系统实际检修情况也反映了快速、大幅的给水压力波动造成的设备伤害是较为突出的。
通过实际操作总结出高压给水系统的合理操作方法：汽轮机进汽前，手动维持高压给水泵变频器在较低的频率运行，期间若遇到突发需要紧急补水的情况，则视给水压力适当调节变频器输出以到上水要求；汽轮机进汽后，选择最佳时机将给水泵变频器投自动。采取这种操作方法既可以节省用电，又可以确保给水系统的安全稳定运行。
6 中压给水系统的优化操作建议
启机过程对中，中压给水系统也可采取与高压给水系统类似的优化操作方法，但因中压汽包水位的波动比高压汽包明显，且中压给水泵节能空间较小、系统压力波动也不大，对设备的损害也较小，因此，可暂时不考虑对中压给水系统采取优化操作。
参考文献：
[1] 武有强.电厂热能与动力工程300 MW机组给水控制系统分析[D].吉林：东北电力大学，2011.