臺山電廠1號機組給水控制參數(shù)分析及優(yōu)化

溫 濤

（神華廣東國華粵電臺山發(fā)電有限公司，廣東 江門529228）

0 引言

火力發(fā)電廠中汽包水位控制的首要任務是使鍋爐的給水量適應鍋爐的蒸發(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組安全運行的必要條件。水位過高，會破壞汽水分離裝置的正常工作，導致蒸汽帶水，增加過熱器管壁和汽輪機葉片的結垢，甚至使汽輪機發(fā)生水沖擊而損壞葉片；水位過低，會破壞水循環(huán)，引起水冷壁爆管，嚴重影響發(fā)電機組的穩(wěn)定運行。汽包水位調(diào)節(jié)還要兼顧給水流量的穩(wěn)定，而這兩項任務是互相矛盾的，因此，在調(diào)節(jié)系統(tǒng)整定時不能片面追求水位的調(diào)節(jié)指標，而忽視了給水流量劇烈、頻繁的動作。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致泵的工作效率降低。

1 臺山電廠1號機組給水控制策略及水位低跳機事件介紹

臺山電廠1號機組給水系統(tǒng)設置有兩臺50%額定容量的汽動給水泵和一臺30%額定容量的電動給水泵，每臺泵均配有同容量的前置泵。DCS控制系統(tǒng)采用南京西門子電站有限公司的T－XP分散控制系統(tǒng)，其給水控制策略采用南京西門子電站公司提供的單級三沖量控制策略，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，進行給水泵的轉(zhuǎn)速控制。

圖1給出簡略的給水控制示意圖。

由圖1可知，在單級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)過一個微分環(huán)節(jié)，與水位偏差相加并且考慮兩臺汽泵的流量平衡以后送入給水泵PID控制器，從而計算得出給水泵轉(zhuǎn)速?？梢钥闯?，在此控制過程中，給水泵轉(zhuǎn)速PID控制器的PID參數(shù)對水位的調(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波動時回調(diào)的深度以及再次穩(wěn)定所需要的時間。同時，由圖1也可看出，K1～K4參數(shù)的整定也會對水位調(diào)節(jié)起到一定的作用，K3參數(shù)的強弱反映出該控制系統(tǒng)對水位偏差調(diào)節(jié)的強弱程度，K1、K2、K4參數(shù)反映出該控制系統(tǒng)對給水及蒸汽流量擾動所調(diào)節(jié)的力度。

圖1 給水控制策略示意圖

1.1 臺山電廠1號機組給水控制邏輯介紹

臺山電廠1號機組經(jīng)過2013年初的脫硝及低氮繞燒器改造后，為了能更好地適應改造后的機組運行工況，同時保證給水系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，給水泵PID控制器由原來的定參數(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和積分時間KI分別為三部分參數(shù)的乘積，一部分為基礎值，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（基礎值）×KPLV（汽包水位偏差對應函數(shù)）×KPS（主蒸汽流量對應函數(shù)），KI＝KIB（基礎值）×KILV（汽包水位偏差對應函數(shù)）×KIS（主蒸汽流量對應函數(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號機組水位低跳機事件過程

2013－10－13T23：51，1號機組由于汽包水位低 MFT跳閘，機組跳閘時負荷為300MW。圖2為跳機時汽包水位及相關參數(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的過程中，A給水泵轉(zhuǎn)速指令下降179r／min，實際轉(zhuǎn)速下降97r／min，主給水流量下降371t／h，由于給水泵轉(zhuǎn)速下降過多，導致給水泵入口流量低于給水泵再循環(huán)門的超馳全開定值（340t／h），兩臺給水泵再循環(huán)門依次快開到100%開度。之后運行人員進行手動干預，由于干預的時機不當，操作的結果使給水控制系統(tǒng)擾動增大，最終導致水位低保護動作，機組MFT。

圖2 1號機組跳閘曲線

2 臺山電廠1號機組給水控制參數(shù)優(yōu)化介紹

經(jīng)過熱控專業(yè)人員對本次1號機組低水位跳機事件的初步分析，認為給水泵PID控制器參數(shù)在低負荷段過強，導致水位波動時給水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)深度過大，而低負荷時給水泵入口流量較低，一般會靠近給水泵安全運行的最低流量值，所以在水位波動時容易導致再循環(huán)門的開關，造成給水控制的較大擾動。

通過對機組跳閘時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，將微分時間由130s改為300s，加強微分作用。同時認為比例調(diào)節(jié)在水位偏差大的情況下作用過強，原始設計思路是在水位偏差大的情況下加強比例調(diào)節(jié)，快速調(diào)整小機轉(zhuǎn)速，拉回汽包水位到正常值，但實際上在水位偏差大的情況下轉(zhuǎn)速指令升降的速度過快，小機實際轉(zhuǎn)速無法跟上，反倒是在回調(diào)階段造成一個類似積分飽和的作用，對水位調(diào)節(jié)有一個負作用的影響，故對KPLV函數(shù)進行調(diào)整，原±200mm對應3改為±200mm對應1.5（對照表1）。水位擾動試驗效果良好，水位上下波動基本在設定值的20%以內(nèi)。

3 優(yōu)化經(jīng)驗總結

3.1 給水控制參數(shù)的修改

總結1號機組10月13日跳機后給水控制參數(shù)修改如表3、表4所示（積分時間KI的變參數(shù)函數(shù)未作改動，但KIB改小，相當于對整個給水控制過程的積分調(diào)節(jié)有所加強）。

表3 三沖量參數(shù)修改對比

3.2 單級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)為單級三沖量控制系統(tǒng)，而常用的給水控制策略為串級三沖量控制方式。單級三沖量控制系統(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速率兩個方面，汽包水位響應速率過快，會造成給水調(diào)節(jié)頻繁，穩(wěn)態(tài)時不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運行；汽包水位響應速率過慢，又容易引起由外擾（如燃燒）造成的水位擾動長時間不能回到正常水位，給機組的安全運行帶來一定的隱患。所以，單級三沖量給水控制系統(tǒng)的參數(shù)整定要較串級三沖量給水控制系統(tǒng)更為復雜，要兼顧更多的平衡才能達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)修改對比

4 結語

通過本次對臺山電廠1號機組給水控制參數(shù)的優(yōu)化，可以看出單級三沖量給水控制系統(tǒng)中三沖量配比的大致關系及PID參數(shù)調(diào)整的大致范圍，總結這些經(jīng)驗，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)驗及數(shù)據(jù)對同類型同給水控制方式的機組也有借鑒意義。

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