台山电厂1号机组给水控制参数分析及优化

2015-08-27温涛

机电信息 2015年33期

温涛

（神华广东国华粤电台山发电有限公司，广东江门529228）

0 引言

火力发电厂中汽包水位控制的首要任务是使锅炉的给水量适应锅炉的蒸发量，以维持汽包水位在允许的范围内，汽包水位正常是保证机组安全运行的必要条件。水位过高，会破坏汽水分离装置的正常工作，导致蒸汽带水，增加过热器管壁和汽轮机叶片的结垢，甚至使汽轮机发生水冲击而损坏叶片；水位过低，会破坏水循环，引起水冷壁爆管，严重影响发电机组的稳定运行。汽包水位调节还要兼顾给水流量的稳定，而这两项任务是互相矛盾的，因此，在调节系统整定时不能片面追求水位的调节指标，而忽视了给水流量剧烈、频繁的动作。给水控制还要保证给水泵工作在安全区，不至于因流量太低而造成泵的汽蚀，也不至于超出下限特性而导致泵的工作效率降低。

1 台山电厂1号机组给水控制策略及水位低跳机事件介绍

台山电厂1号机组给水系统设置有两台50%额定容量的汽动给水泵和一台30%额定容量的电动给水泵，每台泵均配有同容量的前置泵。DCS控制系统采用南京西门子电站有限公司的T－XP分散控制系统，其给水控制策略采用南京西门子电站公司提供的单级三冲量控制策略，即水位偏差、主给水流量（包括减温水总量）及主蒸汽流量三者提供给水泵PID控制器的入口偏差，进行给水泵的转速控制。

图1给出简略的给水控制示意图。

由图1可知，在单级三冲量的给水控制系统中，蒸汽流量与给水流量的偏差经过一个微分环节，与水位偏差相加并且考虑两台汽泵的流量平衡以后送入给水泵PID控制器，从而计算得出给水泵转速。可以看出，在此控制过程中，给水泵转速PID控制器的PID参数对水位的调节具有非常重要的作用，PID参数整定的优劣，直接影响水位在受到某种扰动波动时回调的深度以及再次稳定所需要的时间。同时，由图1也可看出，K1～K4参数的整定也会对水位调节起到一定的作用，K3参数的强弱反映出该控制系统对水位偏差调节的强弱程度，K1、K2、K4参数反映出该控制系统对给水及蒸汽流量扰动所调节的力度。

图1 给水控制策略示意图

1.1 台山电厂1号机组给水控制逻辑介绍

台山电厂1号机组经过2013年初的脱硝及低氮绕烧器改造后，为了能更好地适应改造后的机组运行工况，同时保证给水系统的安全稳定运行，给水泵PID控制器由原来的定参数调节改为现有的变参数调节。在变参数调节系统中，其比例系数KP和积分时间KI分别为三部分参数的乘积，一部分为基础值，另外两部分分别为水位偏差及蒸汽流量的函数值。为下文讨论方便，将现有逻辑中KP、KI分为三部分的乘积，分别表示为KP＝KPB（基础值）×KPLV（汽包水位偏差对应函数）×KPS（主蒸汽流量对应函数），KI＝KIB（基础值）×KILV（汽包水位偏差对应函数）×KIS（主蒸汽流量对应函数），其中 KPB＝0.7，KIB＝130，具体函数值如表1、表2所示。

表1 KP函数

表2 KI函数

1.2 1号机组水位低跳机事件过程

2013－10－13T23：51，1号机组由于汽包水位低 MFT跳闸，机组跳闸时负荷为300MW。图2为跳机时汽包水位及相关参数变化曲线。由曲线可以看出，在汽包水位第一波由10mm上升到90mm的过程中，A给水泵转速指令下降179r／min，实际转速下降97r／min，主给水流量下降371t／h，由于给水泵转速下降过多，导致给水泵入口流量低于给水泵再循环门的超驰全开定值（340t／h），两台给水泵再循环门依次快开到100%开度。之后运行人员进行手动干预，由于干预的时机不当，操作的结果使给水控制系统扰动增大，最终导致水位低保护动作，机组MFT。

图2 1号机组跳闸曲线

2 台山电厂1号机组给水控制参数优化介绍

经过热控专业人员对本次1号机组低水位跳机事件的初步分析，认为给水泵PID控制器参数在低负荷段过强，导致水位波动时给水泵转速调节深度过大，而低负荷时给水泵入口流量较低，一般会靠近给水泵安全运行的最低流量值，所以在水位波动时容易导致再循环门的开关，造成给水控制的较大扰动。

通过对机组跳闸时水位曲线的研究分析，将图1中的K4参数（蒸汽流量与给水流量偏差微分的系数）由0.15改为0.19，将微分时间由130s改为300s，加强微分作用。同时认为比例调节在水位偏差大的情况下作用过强，原始设计思路是在水位偏差大的情况下加强比例调节，快速调整小机转速，拉回汽包水位到正常值，但实际上在水位偏差大的情况下转速指令升降的速度过快，小机实际转速无法跟上，反倒是在回调阶段造成一个类似积分饱和的作用，对水位调节有一个负作用的影响，故对KPLV函数进行调整，原±200mm对应3改为±200mm对应1.5（对照表1）。水位扰动试验效果良好，水位上下波动基本在设定值的20%以内。

3 优化经验总结

3.1 给水控制参数的修改

总结1号机组10月13日跳机后给水控制参数修改如表3、表4所示（积分时间KI的变参数函数未作改动，但KIB改小，相当于对整个给水控制过程的积分调节有所加强）。

表3 三冲量参数修改对比

3.2 单级三冲量给水控制系统的调节特性

本文所讲到的给水控制系统为单级三冲量控制系统，而常用的给水控制策略为串级三冲量控制方式。单级三冲量控制系统的控制参数整定要兼顾给水变化速率和汽包水位响应速率两个方面，汽包水位响应速率过快，会造成给水调节频繁，稳态时不利于系统的稳定运行；汽包水位响应速率过慢，又容易引起由外扰（如燃烧）造成的水位扰动长时间不能回到正常水位，给机组的安全运行带来一定的隐患。所以，单级三冲量给水控制系统的参数整定要较串级三冲量给水控制系统更为复杂，要兼顾更多的平衡才能达到理想的汽包水位调节及给水控制的效果。