溫 濤

（神華廣東國(guó)華粵電臺(tái)山發(fā)電有限公司，廣東 江門(mén)529228）

0 引言

火力發(fā)電廠中汽包水位控制的首要任務(wù)是使鍋爐的給水量適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量，以維持汽包水位在允許的范圍內(nèi)，汽包水位正常是保證機(jī)組安全運(yùn)行的必要條件。水位過(guò)高，會(huì)破壞汽水分離裝置的正常工作，導(dǎo)致蒸汽帶水，增加過(guò)熱器管壁和汽輪機(jī)葉片的結(jié)垢，甚至使汽輪機(jī)發(fā)生水沖擊而損壞葉片；水位過(guò)低，會(huì)破壞水循環(huán)，引起水冷壁爆管，嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。汽包水位調(diào)節(jié)還要兼顧給水流量的穩(wěn)定，而這兩項(xiàng)任務(wù)是互相矛盾的，因此，在調(diào)節(jié)系統(tǒng)整定時(shí)不能片面追求水位的調(diào)節(jié)指標(biāo)，而忽視了給水流量劇烈、頻繁的動(dòng)作。給水控制還要保證給水泵工作在安全區(qū)，不至于因流量太低而造成泵的汽蝕，也不至于超出下限特性而導(dǎo)致泵的工作效率降低。

1 臺(tái)山電廠1號(hào)機(jī)組給水控制策略及水位低跳機(jī)事件介紹

臺(tái)山電廠1號(hào)機(jī)組給水系統(tǒng)設(shè)置有兩臺(tái)50%額定容量的汽動(dòng)給水泵和一臺(tái)30%額定容量的電動(dòng)給水泵，每臺(tái)泵均配有同容量的前置泵。DCS控制系統(tǒng)采用南京西門(mén)子電站有限公司的T－XP分散控制系統(tǒng)，其給水控制策略采用南京西門(mén)子電站公司提供的單級(jí)三沖量控制策略，即水位偏差、主給水流量（包括減溫水總量）及主蒸汽流量三者提供給水泵PID控制器的入口偏差，進(jìn)行給水泵的轉(zhuǎn)速控制。

圖1給出簡(jiǎn)略的給水控制示意圖。

由圖1可知，在單級(jí)三沖量的給水控制系統(tǒng)中，蒸汽流量與給水流量的偏差經(jīng)過(guò)一個(gè)微分環(huán)節(jié)，與水位偏差相加并且考慮兩臺(tái)汽泵的流量平衡以后送入給水泵PID控制器，從而計(jì)算得出給水泵轉(zhuǎn)速?？梢钥闯?，在此控制過(guò)程中，給水泵轉(zhuǎn)速PID控制器的PID參數(shù)對(duì)水位的調(diào)節(jié)具有非常重要的作用，PID參數(shù)整定的優(yōu)劣，直接影響水位在受到某種擾動(dòng)波動(dòng)時(shí)回調(diào)的深度以及再次穩(wěn)定所需要的時(shí)間。同時(shí)，由圖1也可看出，K1～K4參數(shù)的整定也會(huì)對(duì)水位調(diào)節(jié)起到一定的作用，K3參數(shù)的強(qiáng)弱反映出該控制系統(tǒng)對(duì)水位偏差調(diào)節(jié)的強(qiáng)弱程度，K1、K2、K4參數(shù)反映出該控制系統(tǒng)對(duì)給水及蒸汽流量擾動(dòng)所調(diào)節(jié)的力度。

圖1 給水控制策略示意圖

1.1 臺(tái)山電廠1號(hào)機(jī)組給水控制邏輯介紹

臺(tái)山電廠1號(hào)機(jī)組經(jīng)過(guò)2013年初的脫硝及低氮繞燒器改造后，為了能更好地適應(yīng)改造后的機(jī)組運(yùn)行工況，同時(shí)保證給水系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，給水泵PID控制器由原來(lái)的定參數(shù)調(diào)節(jié)改為現(xiàn)有的變參數(shù)調(diào)節(jié)。在變參數(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，其比例系數(shù)KP和積分時(shí)間KI分別為三部分參數(shù)的乘積，一部分為基礎(chǔ)值，另外兩部分分別為水位偏差及蒸汽流量的函數(shù)值。為下文討論方便，將現(xiàn)有邏輯中KP、KI分為三部分的乘積，分別表示為KP＝KPB（基礎(chǔ)值）×KPLV（汽包水位偏差對(duì)應(yīng)函數(shù)）×KPS（主蒸汽流量對(duì)應(yīng)函數(shù)），KI＝KIB（基礎(chǔ)值）×KILV（汽包水位偏差對(duì)應(yīng)函數(shù)）×KIS（主蒸汽流量對(duì)應(yīng)函數(shù)），其中 KPB＝0.7，KIB＝130，具體函數(shù)值如表1、表2所示。

表1 KP函數(shù)

表2 KI函數(shù)

1.2 1號(hào)機(jī)組水位低跳機(jī)事件過(guò)程

2013－10－13T23：51，1號(hào)機(jī)組由于汽包水位低 MFT跳閘，機(jī)組跳閘時(shí)負(fù)荷為300MW。圖2為跳機(jī)時(shí)汽包水位及相關(guān)參數(shù)變化曲線。由曲線可以看出，在汽包水位第一波由10mm上升到90mm的過(guò)程中，A給水泵轉(zhuǎn)速指令下降179r／min，實(shí)際轉(zhuǎn)速下降97r／min，主給水流量下降371t／h，由于給水泵轉(zhuǎn)速下降過(guò)多，導(dǎo)致給水泵入口流量低于給水泵再循環(huán)門(mén)的超馳全開(kāi)定值（340t／h），兩臺(tái)給水泵再循環(huán)門(mén)依次快開(kāi)到100%開(kāi)度。之后運(yùn)行人員進(jìn)行手動(dòng)干預(yù)，由于干預(yù)的時(shí)機(jī)不當(dāng)，操作的結(jié)果使給水控制系統(tǒng)擾動(dòng)增大，最終導(dǎo)致水位低保護(hù)動(dòng)作，機(jī)組MFT。

圖2 1號(hào)機(jī)組跳閘曲線

2 臺(tái)山電廠1號(hào)機(jī)組給水控制參數(shù)優(yōu)化介紹

經(jīng)過(guò)熱控專業(yè)人員對(duì)本次1號(hào)機(jī)組低水位跳機(jī)事件的初步分析，認(rèn)為給水泵PID控制器參數(shù)在低負(fù)荷段過(guò)強(qiáng)，導(dǎo)致水位波動(dòng)時(shí)給水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)深度過(guò)大，而低負(fù)荷時(shí)給水泵入口流量較低，一般會(huì)靠近給水泵安全運(yùn)行的最低流量值，所以在水位波動(dòng)時(shí)容易導(dǎo)致再循環(huán)門(mén)的開(kāi)關(guān)，造成給水控制的較大擾動(dòng)。

通過(guò)對(duì)機(jī)組跳閘時(shí)水位曲線的研究分析，將圖1中的K4參數(shù)（蒸汽流量與給水流量偏差微分的系數(shù)）由0.15改為0.19，將微分時(shí)間由130s改為300s，加強(qiáng)微分作用。同時(shí)認(rèn)為比例調(diào)節(jié)在水位偏差大的情況下作用過(guò)強(qiáng)，原始設(shè)計(jì)思路是在水位偏差大的情況下加強(qiáng)比例調(diào)節(jié)，快速調(diào)整小機(jī)轉(zhuǎn)速，拉回汽包水位到正常值，但實(shí)際上在水位偏差大的情況下轉(zhuǎn)速指令升降的速度過(guò)快，小機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速無(wú)法跟上，反倒是在回調(diào)階段造成一個(gè)類似積分飽和的作用，對(duì)水位調(diào)節(jié)有一個(gè)負(fù)作用的影響，故對(duì)KPLV函數(shù)進(jìn)行調(diào)整，原±200mm對(duì)應(yīng)3改為±200mm對(duì)應(yīng)1.5（對(duì)照表1）。水位擾動(dòng)試驗(yàn)效果良好，水位上下波動(dòng)基本在設(shè)定值的20%以內(nèi)。

3 優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

3.1 給水控制參數(shù)的修改

總結(jié)1號(hào)機(jī)組10月13日跳機(jī)后給水控制參數(shù)修改如表3、表4所示（積分時(shí)間KI的變參數(shù)函數(shù)未作改動(dòng)，但KIB改小，相當(dāng)于對(duì)整個(gè)給水控制過(guò)程的積分調(diào)節(jié)有所加強(qiáng)）。

表3 三沖量參數(shù)修改對(duì)比

3.2 單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)特性

本文所講到的給水控制系統(tǒng)為單級(jí)三沖量控制系統(tǒng)，而常用的給水控制策略為串級(jí)三沖量控制方式。單級(jí)三沖量控制系統(tǒng)的控制參數(shù)整定要兼顧給水變化速率和汽包水位響應(yīng)速率兩個(gè)方面，汽包水位響應(yīng)速率過(guò)快，會(huì)造成給水調(diào)節(jié)頻繁，穩(wěn)態(tài)時(shí)不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行；汽包水位響應(yīng)速率過(guò)慢，又容易引起由外擾（如燃燒）造成的水位擾動(dòng)長(zhǎng)時(shí)間不能回到正常水位，給機(jī)組的安全運(yùn)行帶來(lái)一定的隱患。所以，單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)的參數(shù)整定要較串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)更為復(fù)雜，要兼顧更多的平衡才能達(dá)到理想的汽包水位調(diào)節(jié)及給水控制的效果。

表4 KP參數(shù)修改對(duì)比

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本次對(duì)臺(tái)山電廠1號(hào)機(jī)組給水控制參數(shù)的優(yōu)化，可以看出單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)中三沖量配比的大致關(guān)系及PID參數(shù)調(diào)整的大致范圍，總結(jié)這些經(jīng)驗(yàn)，可以在以后給水控制參數(shù)整定工作中少走彎路，這些經(jīng)驗(yàn)及數(shù)據(jù)對(duì)同類型同給水控制方式的機(jī)組也有借鑒意義。

［1］張麗香，王琦.模擬量控制系統(tǒng)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2006.