M701F联合循环发电机组的中压汽包水位控制

彭木生（中国能源建设集团广东火电工程有限公司电控工程公司，510735）



M701F联合循环发电机组的中压汽包水位控制

彭木生
（中国能源建设集团广东火电工程有限公司电控工程公司，510735）

摘要：M701F联合循环发电机组的余热锅炉由于各种原因，在机组调试期间，极易出现因中压汽包水位高3值或者低3值导致机组跳闸。某新建工程为两台该型号机组，本文对该种机组的余热锅炉中压汽包水位出现高3值或者低3值的原因进行详细的分析，并在此基础上改进中压汽包水位控制策略，以实现中压汽包水位的自动控制及安全运行。同时可为同类机组的调试作参考和借鉴。

关键词：联合循环机组；余热锅炉；中压汽包水位；控制策略

某新建工程一期工程为两台2×390MW燃气-蒸汽联合循环发电机组，机岛设备采用引进技术国产化9F级燃气-蒸汽联合循环机组，“一拖一”单轴布置。余热锅炉采用三压、再热、无补燃、卧式、自然循环余热锅炉，由杭州锅炉厂生产。余热锅炉由OVATION系统控制。

在以往该类型的机组调试过程中，余热锅炉的中压汽包水位控制在机组启停和升负荷阶段由于中压汽包设计容量过小及其他多方面原因，汽包水位的自动控制一直难于投入，其控制基本由手动调节来完成，中压汽包水位上下大幅波动，常出现“汽包水位高3值或汽包水位低3值”保护动作，从而引发机组跳闸。为此，本文根据以往该类型机组的调试及生产过程中运行情况，综合本期新建工程燃气机组的调试情况，分析中压汽包水位控制产生波动大的原因并提出解决方案。

如图1所示，中压过热器来蒸汽与高压旁路、高压缸排汽混合经过中压再热器1、2成为中压主蒸汽，再经中压主蒸汽调阀进入中压缸做功，高压旁路、高压缸排汽和中压主蒸汽任一路蒸汽压力的突然波动，都将引起中压汽包压力的突然波动。

图1

燃机点火后，余热锅炉逐渐开始带负荷，随着汽包内蒸汽的产生，中压汽包压力上升到一定压力时，中压过热蒸汽电动阀打开与中压过热蒸汽气动调阀打开，中压主蒸汽通过汽机中压旁路来控制蒸汽压力和汽包温升。一旦中压蒸汽参数达到汽机进汽条件后，汽机中压主汽阀和中压调阀打开开始进气，这期间，汽机中压旁路阀和汽机中压调阀打开瞬间，中压汽包压力快速下降，汽包迅速扩容，造成“虚假水位”上升，引发汽包水位高三值保护动作，机组跳闸；给水调阀在自动控制作用下也将迅速关小，这将加快汽包水位低三值的保护动作。

本类型机组的工艺设计上冷再和高旁混合后再与中压过热器来蒸汽并汽后再进入热再器1、2，燃机点火后，低、中、高压系统依次达到开阀压力条件，因此，在打开高压旁路阀和高压调阀瞬间，也会引起中压汽包压力突然变化，造成“虚假水位”现象，进而引发同样的机组跳闸情况。机组启动完成后，中压过热蒸汽电动阀打开与中压过热蒸汽气动调节阀全开，中压主汽阀和中压调阀全开，高压调阀全开，高压、中压旁路阀全关，故中压汽包压力波动小，中压汽包水位无论是由人工操作还是自动控制都较易实现水位控制平稳。

综上所述，在机组启动期间，由于工艺上的设计要求，造成多方面的原因都能造成中压汽包的“虚假水位”，导致机组跳闸。因此机组跳闸的根源就是汽包的虚假水位。基于以上分析，中压汽包水位控制解决方案采取给水全程控制方式，以减少人员的操作量，避免出现“虚假水位”，为此，采取下列措施：

（1）修改中压调阀、中压旁路阀、高压调阀和高压旁路阀的开阀速率，开阀速率调至原有速率的一半，以减缓这些阀阀打开时对汽包压力的波动速率。

（2）修改水位的设定值，将启动阶段的水位控制设定值设为-200mm，机组启动完成后，设定值改为正常水位值，以此变相提高机组启动阶段中压汽包水位高3值动作值。

（3）利用中压过热蒸汽气动调阀快速动作来维护汽包压力的稳定。中压过热蒸汽气动调阀原无设计控制逻辑，新增控制逻辑设计如图2所示。汽包压力作为PID控制的反馈PV，当冷再蒸汽压力变化速率小于0.2MPa/S时，速率模块V1输出为0，汽包压力经过切换模块T1进入PID，作为PID控制的设定值STPT，此时，PID的设定值与反馈值一致，同样其前馈也输入也为0，PID输出不变化，中压过热蒸汽气动调阀不动作。当冷再蒸汽压力变化速率大于0.2MPa/S时，速率模块V1输出为1，冷再蒸汽压力与本身经切换模块后的值作差比较，所得差值再经过函数：X（-3，0，3）、Y（30，0，-30）进入PID模块FF，作为PID控制的前馈，让PID控制提前对冷再蒸汽压力波动做出的反应，提高汽包压力控制效果。同时，切换模块T1输出当前汽包压力值进入PID，作为PID控制的设定值STPT，此刻后，PID的设定值与反馈值不一致，PID输出将变化，经过切换模块T3输出至调阀指令，调阀动作，动作方向取决于冷再蒸汽压力的变化方向，冷再蒸汽压力减小时，中压过热蒸汽气动调阀将关小，以维护中压汽包压力稳定，以此避免“虚假水位”的产生，反之亦然。当冷再蒸汽压力波动缓慢后，变化速率进入小于0.2MPa/S情况，速率模块V1输出为0，50%指令经过切换模块T4，再经速率限制模块V2（速率为0.5%/S）进入调阀指令，调阀缓慢动作至50%。机组启动完成后，为减少截流损失，中压过热蒸汽气动调阀退出自动并置全开。（PID参数主要以P为主，略加I，因为中压过热蒸汽气动调阀主要控制汽包压力不出现大幅快速波动即可，以减少调阀频繁来回波动。）

图2

经过以上控制逻辑的改进、汽包水位设定的调控和中压过热蒸汽气动调阀控制逻辑的增加，在本工程的机组启动调试过程中无发生中压汽包水位大幅波动而造成机组跳闸的情况。#1机组进入商业运行后，也无发生机组启动阶段中压汽包水位大幅波动而造成机组跳闸情况。因此，本工程中的中压汽包水位控制的改进达到了预计的效果。

参考文献

［1］谢碧蓉主编.热工过程自动控制技术.中国电力出版社，2007：95.

［2］李炳军，徐占胜，郭为民，等.火电工程调试技术手册.中国电力出版社，2004：170.

［3］刘吉臻，白焰，等.电站过程自动化.机械工业出版社，2006：44-47.

［4］胡受松.自动控制原理.北京科学出版社，2001：40-80.

作者简介

彭木生，男（1971年6月），广东茂名人，高级工程师；中国能源建设集团广东火电工程有限公司电控工程公司总经理，研究方向：发电厂热工自动化控制技术研究与优化.

M701F combined cycle power generation unit of medium-pressure steam drum water level control

Peng Musheng
（Energy ChinaCommissiong，Electric，Instrument and Control Engineering Corporation of Guangdong Power Engineering Co.Ltd，510735）

Abstract：M701F combined cycle generating units of the waste heat boiler for various reasons，during the plant commissioning，appear easily because of medium-pressure steam drum water level high Ⅲ or low Ⅲvalues result in tripping unit.With a new project for both the model units，in this paper，this kind of waste heat boiler steam drum water level of medium voltage of the unit in high Ⅲ or low Ⅲ values， a detailed analysis of the causes of and on the basis of improving medium-pressure steam drum water level control strategy，in order to realize the medium-pressure steam drum water level automatic control and safe operation. At the same time it is the reference for debugging the similar unit.

Keywords：Combined cycle unit；Waste heat boiler；Medium pressure steam drum water level；The control strategy