700 MW汽轮机组除氧器水位控制异常原因分析及处理

王继鹏

(广东省粤电集团有限公司珠海发电厂，广东 珠海 519000)

0 引言

在200 MW以上的大型机组中，除氧器水位是机组运行的一个重要控制参数，但由于除氧器水位具有延迟大的特性，长期以来除氧器水位自动的投入效果都不够理想，表现为调节的准确性、快速性、稳定性较差，在负荷变动时尤为明显。某电厂2×700 MW机组中，除氧器水位自动以除氧水箱流出/流入量的物质平衡为基础，在机组低负荷和高负荷下分别采用单冲量和三冲量控制系统，通过控制凝结水管路上1主1副两个调整阀来改变进入除氧器的凝结水流量，从而实现除氧器水位的全过程自动控制。

1 除氧器水位控制

1.1 水位控制原理及控制方式

除氧器除了起到给水除氧、加热以及疏水汇流的作用外，还必须保证锅炉所需给水的储备量。当机组负荷一定时，除氧器水位控制对象的动态特性近似为有延迟的一阶惯性环节。因为除氧器水位控制对象具有很大延迟的特性，因此，在设定值或者水位发生变化时不利于使水位迅速回到并稳定在设定值。为了提高水位的响应速度，一般在自动调节逻辑中加入前馈信号，以满足控制要求。

机组正常运行时，其水位变化不会太大，但在极限状况下水位会发生很大变化，且变化速度非常快，尤其在其前馈信号发生剧烈变化时，会引起水位的大幅波动。因此，在低负荷、高负荷和机组异常的极限状况下分别采用单冲量和三冲量2种方式完成水位控制，从而实现水位的全过程自动控制，其控制逻辑如图1所示。

图1 水位控制逻辑

(1)当机组负荷低于210 MW，同时除氧器水位控制阀自动，或者机组快速甩负荷(FCB)时为单冲量控制，此时水位控制阀指令仅仅由除氧器水位与水位设定值的偏差经过比例-微分-积分(PID)运算得来，控制方式简单。

(2)当机组负荷大于210 MW，同时除氧器水位控制阀自动且未发生FCB时为三冲量控制，此时除氧器水位控制阀指令由以下公式得来：锅炉蒸汽流量+减温水流量+锅炉给水流量=凝结水流量。

为了在给水流量变化时使除氧器水位快速回到设定值，且在此变化中不造成水位的较大波动，无论在单冲量还是三冲量调节下，控制指令输出值均设置有上下限值。因为该限制值受机组负荷大小的影响，因此均由机组负荷经过运算得到，从而既保证水位稳定，又保证机组有足够的供水能力。

1.2 除氧器水位控制阀控制方式

在上水热力系统回路中设置主阀和副阀(启动阀)2个阀门。在该系统中，除氧器水位控制指令给出的是除氧器上水阀总指令，而在调节过程中除氧器启动阀调节准确度高，主阀调节准确度低，故将上水阀分为两段控制：在上水阀低开度段由启动阀控制，主阀全关；高开度段启动阀(副阀)全开，主阀起主要调节作用。其控制逻辑如图2所示。

图2 除氧器水位控制阀控制逻辑

在实际的自动控制过程中，主阀和启动阀(副阀)在调节中有一段交叉控制过程，也就是说在此过程中主阀和启动阀同时处于打开的过程，并非启动阀全开后主阀才开始打开。存在该交叉过程，是因为主阀在开启的前半段过程中流量变化较小，不能有效控制上水过程，因此必须让主阀的开启过程提前切入水位控制过程，这样才有利于水位的稳定。

2 故障现象

2014-04-28 T 05:30接运行通知，负荷300 MW时除氧器水位缓慢下降，上水启动阀指令从50％到100％，主阀指令至15％之前凝结水流量均没有变化(一直保持在740 t/h)，后突变至1 400 t/h，除氧器水位快速上升。查询当时的运行曲线得知，当启动阀指令达到69.5％时主阀开始打开，但直到启动阀全开，主阀开度达到17.8％时凝结水流量并无很大变化，而当主阀开度达到23.0％时凝结水流量突然增加。另外，上水阀不断开大、凝结水流量变化不大，该过程中除氧器水位逐渐下降；在凝结水流量突然增加时，除氧器水位也突然上升。

3 故障分析

(1)在信号趋势中，主阀和启动阀信号均为阀门的分散控制系统(DCS)指令信号，而非阀门实际位置信号。由信号趋势以及除氧器水位控制逻辑可知，整个控制过程均为自动系统正常动作过程。

(2)查询当时的运行曲线得知，除氧器水位一直下降，上水阀指令一直增加，但随着上水阀指令的不断增加，凝结水流量变化却不大。在热力系统中，除氧器水位有3个测量变送器，凝结水流量有2个测量变送器，经确认，其变化趋势相同，5个变送器同时出现故障的可能性为零，也就是说该故障不可能由测量系统故障导致。

(3)在该过程中，除氧器实际上水量不足导致水位下降，水位下降使上水阀指令不断增加，控制系统有增加补水量的需求，而导致除氧器补水量不足的原因是上水阀开度不够。由自动控制负反馈系统的特性可知，如果上水量不足，系统会一直增加上水阀开度，直到达到系统所要求的补水流量。但为何随着指令的增加而凝结水流量没有发生变化呢？原因有以下2点：第一，就地阀门卡涩；第二，从外部读出的阀门开度为执行机构开度，而非阀门实际开度，也就是说执行机构虽然已经开到要求的数值，但管道中起节流作用的阀门却没有实际达到该数值。经与就地人员确认，当时启动阀指令开度为70％，且随着操作员站(OPS)上水阀指令的不断增加，该阀就地没有任何实际动作，一直停留在70％开度位置。

综上所述，在该过程中由于除氧器启动上水阀在70％开度位置卡涩停留导致上水量不足，使上水阀指令不断增大，而当主阀开到17.8％位置时，主阀本身对流量控制的粗略性导致上水量突然增加，从而使水位突升。

4 解决措施

(1)就地检查。首先，就地检查上水启动阀现场状态发现，阀门开度达到70％后，无论指令如何变化阀门都不会继续开启，且定位器启动电流偏低；其次，检查发现定位器与阀门的连接臂随着阀体的偏移与执行机构本体发生摩擦；另外，阀杆干涩。

(2)处理措施。重新连接定位器与阀门的连接臂；给阀杆喷松动剂并清洗阀杆使其光滑；校验该执行机构。

5 结束语

综合以上分析并进行现场处理后，水位调整恢复正常。水位控制阀按照调节指令变化，凝结水流量随控制阀指令线性变化。至此，该故障处理完毕，并取得了良好的效果。

参考文献：

[1]孙万云，张栾英．火电厂过程控制[M].北京：中国电力出版社，2000.

[2]宋海华．三冲量调节的除氧器水位控制系统分析[C]//湖南省机电工程学会热控专委会2006年学术会议论文集.长沙:中国电机工程学会,湖南省电机工程学会,2006.