秦二廠1GFR油溫控制現(xiàn)狀及優(yōu)化建議

王國慶

（中核核電運行管理有限公司運行三處，浙江 海鹽 314300）

0 引言

EH油系統(tǒng)是汽輪機(jī)控制系統(tǒng)的重要組成部分，秦二廠1、2號機(jī)組是由一個EH郵箱，兩臺并列的EH調(diào)節(jié)油泵，兩個油泵出口過濾器，9個高壓蓄能器、一套循環(huán)冷卻系統(tǒng)以及相應(yīng)的管道和閥門組成。當(dāng)EH油系統(tǒng)供油故障或非正常運行時將嚴(yán)重危及汽輪機(jī)安全穩(wěn)定運行。其中EH油溫是否正常將直接影響能否正常執(zhí)行其安全功能，油溫過高時，氧化速度加快，酸值增加，油質(zhì)劣化；油溫過低，黏性增加，流動性能較差；同時油溫波動，將影響油壓隨之波動，可能導(dǎo)致油壓不足備用泵自動啟動或油壓降低導(dǎo)致汽輪機(jī)停機(jī)。

1 GFR油溫控制現(xiàn)狀

對于秦二廠1、2號機(jī)組GFR油溫通過以下幾種方式進(jìn)行控制：（1）通過控制位于回油管線上冷油器冷卻水流量控制回油溫度，從而保證油箱溫度保持在允許范圍內(nèi)；（2）DEH改造后回油量增加，技改新增一套循環(huán)冷卻系統(tǒng)對油箱進(jìn)行循環(huán)冷卻；（3）油溫過低時采用泵出口循環(huán)加熱或投入電加熱器的方式對其加熱。

對于GGR和GHE系統(tǒng)，冷油器設(shè)置在泵的出口，控制用溫度探測器位于冷卻器下游，通過控制冷油器溫度保證供油溫度在正常范圍內(nèi)。而對于GFR系統(tǒng)，冷油器布置在回油管線上（油箱上游），而其控制用溫度測量探測器設(shè)置在GFR001BA油箱處，基于這種控制方式，存在以下幾個問題：

（1）由于回油流量（約為40 L/min）相對于油箱容量較小，自動控制時通過控制冷油器冷卻水流量保證油箱溫度恒定，存在明顯滯后性和油溫波動。

（2）由于油箱容積較大（1140 L），在油箱內(nèi)油未充分混合均勻的前提下，單側(cè)點油溫?zé)o法代表整體油溫，采用單側(cè)點溫度控制冷卻水閥門可能造成控制誤差。

（3）在1GFR外接濾油機(jī)進(jìn)行濾油時，1GFR母管壓力較之前降低，1SRI119/180VD對油溫控制比較滯后，導(dǎo)致油壓波動較大，濾油期間需將1SRI119/180VD置于手動控制。

（4）針對上述情況目前機(jī)組通過調(diào)節(jié)冷卻水旁路閥門SRI117VD，使調(diào)節(jié)閥SRI119VD處于自動全開或全關(guān)狀態(tài)以達(dá)到控制油溫目的。具體見表1。

表1 調(diào)節(jié)閥開度

2 導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因

（1）控制冷油器和循環(huán)冷卻器冷卻水閥門的溫度信號來自油箱內(nèi)溫度測點GFR011KT和GFR012KT，冷油器的回油流量大約為40 L/min，油箱容積為1140 L，冷油器回油流量相對油箱容積較小，通過控制冷油器溫度維持油箱溫度存在較大的滯后性。

（2）由于油箱容積較大，在回油油流未與油箱內(nèi)油混合均勻的前提下，單個測點的溫度可能不能代表油箱整體溫度，由于測點溫度不具代表性導(dǎo)致控制精度不足。

（3）經(jīng)咨詢儀控人員SRI119VD和SRI180VD處均為PI調(diào)節(jié)器，相關(guān)調(diào)節(jié)參數(shù)如下，考慮通過調(diào)節(jié)回油溫度保證油箱溫度穩(wěn)定的滯后性，相關(guān)PI參數(shù)是否設(shè)置合理。

（4）當(dāng)SRI119VD處于自動控制時，相關(guān)論證如下，假定SRI119VD在自動情況下，由于SRI水溫變化引起油溫0.5℃偏離整定值49℃，通過仿真結(jié)果如下：當(dāng)GFR油箱處于一穩(wěn)定運行狀態(tài)時，如果油箱由于外界因素引起油溫變化，在PI的控制下油溫首先會有一個大的油溫波動，最終油溫會處于一個小波動的一個震蕩，這就是機(jī)組目前的控制方式基本處于一個手動控制狀態(tài)。

3 關(guān)于油溫控制優(yōu)化方面的建議

3.1 工藝系統(tǒng)方面的建議

（1）油溫控制的目的是保證向汽機(jī)主汽門和主調(diào)門及再熱調(diào)門供應(yīng)EH油溫度在允許要求范圍內(nèi)，可以考慮將回油管線上冷油器安裝至供油油泵下游，高壓蓄能器的上游，同時控制用油溫測點設(shè)置在冷油器下游，與GGR系統(tǒng)和GHE系統(tǒng)保持一致；對于油箱油溫采用現(xiàn)有循環(huán)冷卻系統(tǒng)保證油箱溫度在一定范圍內(nèi)，具體分析見表2。

表2 工藝系統(tǒng)方面建議

采用以上控制方式，需改造的涉及內(nèi)容較多，但最終控制效果理論上可以得到改善，油溫控制穩(wěn)定，保證了機(jī)組安全穩(wěn)定運行。

（2）目前GFR油箱設(shè)有5個溫度測點，其中GFR011KT用于控制閥門回油冷油器SRI119VD，GFR012KT用于控制循環(huán)冷卻水閥門SRI180VD，另外還有GFR001KT用于主控室KIT監(jiān)視，其余為ST和就地LT。采用單個溫度計控制冷卻水閥存在這樣兩個問題，一是當(dāng)該溫度計故障時將導(dǎo)致油溫出現(xiàn)較大幅度的波動；二是當(dāng)油箱內(nèi)油未混合均勻的前提下，單個測點的溫度無法代表油箱內(nèi)油溫。三個溫度計在正常運行時其示數(shù)并不一致（每兩個相差1℃左右，最高和最低相差2℃），這說明油箱內(nèi)油存在分層現(xiàn)象，上部油溫較高，下部油溫較低。

為了減小單個溫度測點造成的控制偏差，一方面可使回油油流與油箱內(nèi)油充分混合，可在回油管線上增設(shè)攪渾裝置或采用噴嘴霧化的形式噴入油箱中；另一方面可加大油箱循環(huán)冷卻系統(tǒng)流量，以保證油流充分混合均勻；最后還可以采用多個測點取平均值來進(jìn)行油溫控制。

具體分析結(jié)果見表3。

表3 工藝系統(tǒng)方面建議

3.2 控制方面的建議

目前SRI119VD和SRI180VD控制回路均采用PI調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)器，具體參數(shù)見表4。

表4 調(diào)節(jié)器參數(shù)

由于液壓系統(tǒng)、冷卻器和油箱本質(zhì)上是一種大時滯、非線性、時變系統(tǒng)，考慮到液壓油溫度還要受到環(huán)境溫度等其他因素的影響，采用常規(guī)的PI控制器難以實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)溫度的控制。查詢資料可得，模糊控制較適用這種非線性時變系統(tǒng)，可考慮將PI調(diào)節(jié)系統(tǒng)改為模糊控制[1]。

4 建議

基于以上分析過程，主要有以下幾種改造方案：

（1）將GFR冷油器改至油泵出口，控制用溫度探頭設(shè)置在冷油器下游，保證供油溫度在要求范圍內(nèi)，同時加大現(xiàn)有油箱循環(huán)冷卻系統(tǒng)流量保證油箱溫度處于正常范圍內(nèi)。

（2）為了減小單個溫度測點測量造成的控制偏差，一方面可使回油油流與油箱內(nèi)油充分混合，可在回油管線上增設(shè)攪渾裝置或采用噴嘴霧化的形式噴入油箱中，另一方面可加大油箱循環(huán)冷卻系統(tǒng)流量，以保證油流充分混合均勻；最后還可以增加溫度測點，采用多個測點取平均值來進(jìn)行油溫控制。

（3）可采用模糊控制方法代替現(xiàn)有PI調(diào)節(jié)器，以克服由于PI調(diào)節(jié)器系統(tǒng)上的滯后性，減少自動控制時的油溫波動，保持油溫穩(wěn)定。

結(jié)合改造成本及改造難度，筆者認(rèn)為增加一個或兩個溫度測點，并且采用取平均值方式送往油溫控制回路（當(dāng)測點故障時，自動改為一取一），這種優(yōu)化方式最為簡單有效，其他改造方式或多或少會引入其他問題。增加控制回路油溫測點，減少由于單側(cè)點測量問題造成的控制偏差，且當(dāng)單一溫度探測器故障時，可防止油溫大幅度波動，保證機(jī)組安全穩(wěn)定運行。