減溫水系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)技術(shù)改進(jìn)的應(yīng)用實踐

孫立新，楊敏

（兗礦集團(tuán)南屯電力分公司，山東鄒城 273515）

1 引言

自動控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)參數(shù)在系統(tǒng)調(diào)試過程中已設(shè)定好，但是在控制系統(tǒng)的運行過程中，由于各種因素的變化會導(dǎo)致這組初始的調(diào)節(jié)參數(shù)不再適合當(dāng)前的控制系統(tǒng)，從而導(dǎo)致自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)不是處在最優(yōu)狀態(tài)甚至惡化，所以要對自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，提高調(diào)節(jié)品質(zhì)，滿足生產(chǎn)運行對自動調(diào)節(jié)的要求。本文主要介紹在霍尼韋爾TPS3000的DCS 系統(tǒng)中對減溫水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)的應(yīng)用實踐。

2 減溫水自動控制簡介

圖1 減溫水系統(tǒng)的控制流程圖

該電站鍋爐過熱汽溫度調(diào)節(jié)設(shè)計兩級噴水減溫控制，采用串級調(diào)節(jié)。Ⅰ級減溫水的主調(diào)節(jié)器響應(yīng)二級過熱器出口溫度值和設(shè)定值之間的溫差，副調(diào)節(jié)器響應(yīng)主調(diào)節(jié)器和一級過熱器出口蒸汽溫度之間的溫差，使離開二級過熱器的蒸汽溫度控制在（480±5）℃。Ⅱ級減溫水的主調(diào)節(jié)器響應(yīng)三級過熱器出口溫度值和設(shè)定值之間的溫差，副調(diào)節(jié)器響應(yīng)主調(diào)節(jié)器和二級過熱器出口蒸汽溫度之間的溫差，使離開三級過熱器的蒸汽溫度控制在（535±5）℃。

3 減溫水對生產(chǎn)系統(tǒng)的影響

鍋爐出口過熱蒸汽溫度通過鍋爐減溫水進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，減溫水系統(tǒng)調(diào)整不當(dāng)會出現(xiàn)過熱蒸汽溫度過高或過低的現(xiàn)象。如果過熱蒸汽溫度過高會導(dǎo)致金屬溫度過高、蠕脹增強，降低管道壽命，當(dāng)金屬溫度超過允許極限溫度,在管內(nèi)壓力作用下產(chǎn)生塑性變形，導(dǎo)致超溫爆管，造成停爐事故。主蒸汽溫度持續(xù)超溫20min，則汽輪機(jī)使用壽命降低一年。如果過熱蒸汽溫度過低將會降低全廠熱效率，蒸汽溫度每降低10℃，將使循環(huán)熱效率下降0.5‰，多耗燃料0.2%。

對減溫水的運行情況進(jìn)一步分析，2010 年主汽溫度超溫運行時間為65h，低溫運行時間為946h；而且發(fā)生爆管事故一次，停爐9d；因主汽溫度不穩(wěn)定全年累計多消耗原煤1655t、煤泥4162t；影響的負(fù)荷1056 萬kW·h。因減溫水的自動調(diào)節(jié)效果差，崗位人員更傾向于選擇手動調(diào)節(jié)，減溫水自動調(diào)節(jié)投入時間僅占全部運行時間的51%，減溫水手動調(diào)節(jié)時主蒸汽溫度異常的時間占全部異常情況的60%，自動調(diào)節(jié)時主汽溫度異常的時間占全部異常時間的40%，自動調(diào)節(jié)效果明顯高于手動調(diào)節(jié)效果，因此需要通過提高減溫水系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)品質(zhì)來保證自動調(diào)節(jié)投入時間，穩(wěn)定鍋爐出口的主蒸汽溫度。

4 減溫水系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)存在的問題

（1）經(jīng)實際觀察和現(xiàn)場測量發(fā)現(xiàn)減溫水系統(tǒng)的部分輸入輸出信號波動較大，該類信號被系統(tǒng)采集后，經(jīng)邏輯進(jìn)入PID 運算會導(dǎo)致自動調(diào)節(jié)輸出波動頻繁，減溫水系統(tǒng)投入自動調(diào)節(jié)時調(diào)節(jié)閥振蕩頻繁，從而影響自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，造成主蒸汽溫度不易控制，嚴(yán)重時會導(dǎo)致自動調(diào)節(jié)執(zhí)行器的電機(jī)過熱燒毀。

（2）霍尼韋爾TPS3000的DCS 系統(tǒng)對模擬量的自動調(diào)節(jié)采用PID 控制：P為比例、I為積分時間、D為微分時間。觀察Ⅰ級減溫水系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)輸出曲線，曲線漂浮而且波動周期長，分析原因應(yīng)該是P 比例設(shè)置偏大和I 積分偏小，調(diào)節(jié)系統(tǒng)靈敏度過高，導(dǎo)致“超調(diào)”形成振蕩；Ⅱ級減溫水自動調(diào)節(jié)輸出曲線出現(xiàn)連續(xù)的偏差波峰，持續(xù)存在靜態(tài)偏差。分析自動調(diào)節(jié)效果，鍋爐負(fù)荷穩(wěn)定時Ⅰ級減溫水系統(tǒng)投入自動調(diào)節(jié)時振蕩頻繁，造成二級過熱器的蒸汽溫度波動幅度大；鍋爐負(fù)荷變化較大時Ⅰ級和Ⅱ級減溫水自動調(diào)節(jié)都不及時，不能及時響應(yīng)系統(tǒng)參數(shù)的變化，如果持續(xù)使用自動調(diào)節(jié)容易造成主蒸汽溫度超溫，改為手動調(diào)節(jié)又容易造成主蒸汽溫度過低。因此減溫水控制系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)品質(zhì)不太理想。

5 減溫水自動控制的改進(jìn)方法

針對以上存在的問題需要對減溫水系統(tǒng)的控制信號進(jìn)行抗干擾處理，提高信號的穩(wěn)定性，同時對控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的PID 參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以優(yōu)化減溫水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，提高減溫水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的快速性、準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

5.1 信號增加隔離器

對減溫水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制信號進(jìn)行統(tǒng)計梳理，進(jìn)入DCS 控制的共有信號13個，經(jīng)過測量確認(rèn)共有4個模擬量的輸入（AI）信號的波動幅度超出規(guī)程要求，根據(jù)DCS系統(tǒng)和PID 邏輯運算對模擬量信號的要求，在DCS的控制柜內(nèi)增加MSC300 型信號隔離器，對隔離器輸出的信號進(jìn)行測量，信號在1s 內(nèi)的的波動≤0.1mA，輸出信號的穩(wěn)定性明顯提高，達(dá)到系統(tǒng)對模擬量信號的要求。在DCS的控制柜內(nèi)安裝信號隔離器后的信號控制流程如圖2。

圖2 增加信號隔離器后的信號傳輸示意圖

5.2 重新設(shè)置自動調(diào)節(jié)PID 參數(shù)

PID 控制參數(shù)整定的方法主要有兩種：第一種是理論計算整定法，此法注重理論，實際工程應(yīng)用非常繁瑣，需要不斷調(diào)整，才能為工程所用；第二種是工程整定方法，此法較易在工程中實現(xiàn)，主要有臨界比例度法、衰減曲線法和經(jīng)驗湊試法。根據(jù)生產(chǎn)實際及技術(shù)人員的操作經(jīng)驗，此次對減溫水系統(tǒng)的PID 參數(shù)設(shè)置采用臨界比例度法。

選擇鍋爐負(fù)荷運行穩(wěn)定的情況下進(jìn)行PID 參數(shù)設(shè)置，PID 參數(shù)的設(shè)置順序為先比例，后積分，最后微分，因此保持比例設(shè)置不變，積分時間設(shè)到最大，微分時間設(shè)置為零，關(guān)閉積分和微分作用，使其成為純比例調(diào)節(jié)，然后改變PID 調(diào)節(jié)的設(shè)定值SP，使SP 值作一階躍變化，觀察由此而引起的PID 調(diào)節(jié)的輸出曲線，根據(jù)其曲線振蕩情況看測量值振蕩的變化，如果是衰減的就適當(dāng)減小比例度；如果是發(fā)散的就適當(dāng)放大比例度。臨界比例P的取法為：如果測量值按恒定幅度和周期發(fā)生振蕩，持續(xù)4～5 次等幅振蕩，此時的比例度示值就是P 值。

從振蕩示意圖來看，臨界周期Tk就是來回振蕩1 次的時間?？梢詮腄CS 控制系統(tǒng)中直接看到Tk值，如圖3 所示。

圖3 臨界振蕩過程

根據(jù)表1中的經(jīng)驗公式可求出控制器的P、I、D 參數(shù)值（此時臨界比例度P 和臨界周期Tk已知）。

表1

6 減溫水系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)優(yōu)化的效果

減溫水系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)優(yōu)化之后，每臺鍋爐的減溫水月平均自動投入時間都在600h 以上。自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的優(yōu)化之前鍋爐主蒸汽每天都會出現(xiàn)超溫運行的情況，優(yōu)化之后連續(xù)一個月沒有出現(xiàn)主蒸汽溫度超溫運行的情況，同時鍋爐運行最長周期達(dá)到126 天沒出現(xiàn)過爆管事故。自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的優(yōu)化之前鍋爐滿負(fù)荷運行的工況下一天的減溫水量為380t，優(yōu)化后鍋爐滿負(fù)荷運行的工況下一天減溫水量在300t 以下。

減溫水系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)參數(shù)的優(yōu)化，較好地實現(xiàn)了對鍋爐主蒸汽溫度的控制要求，減溫水自動調(diào)節(jié)可靠投入率達(dá)到85%以上，保證了機(jī)組的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運行。同時該系統(tǒng)的技術(shù)改造也為同類型系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造提供了參考和借鑒經(jīng)驗。

［1］于臨秸.鍋爐運行［M］.北京：中國電力出版社，2006.

［2］孟華.自動控制原理［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

［3］徐競躍.控制系統(tǒng)PID 調(diào)節(jié)的分析與整定［J］.技術(shù)與市場，2008（12）：13-14.

［4］王敏.PID 調(diào)節(jié)及參數(shù)整定［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2009（31）：57.