三冲量调节的除氧器水位控制系统分析.pdf

三冲量调节的除氧器水位控制系统分析 湖南省电力试验研究院 湖南 长沙 4 10 0 0 7 宋海华 摘要 介绍了湖南金竹山电厂2x6 0 0 M W 机组除氧器水位控制系统的构成 分 析其控制策略 关键词 除氧器水位控制 调节器 三冲量调节 1 问题的提出 在2 0 0 M W 以上的大型机组中 除氧器水位是机组运行的一个重要控制参数 但由于 除氧器水位具有延迟大特性 长期以来该自动的投入效果都难以理想 表现在调节的准确 性 快速性 稳定性较差 在负荷变动时更是如此 湖南金竹山电厂2 6 0 0 M W 机组中 除氧器水位自动以除氧水箱流出量和流人量的物质平衡为基础 在机组低负荷和高负荷下 分别采用单冲量和三冲量串级控制系统 通过控制凝结水管路上的一主一副两个调整门来 改变进入除氧器的凝结水流量 从而实现除氧器水位自动控制 2 机组概况 湖南金竹山电厂扩建工程2 6 0 0 M W 机组的锅炉为东方锅炉厂引进美国福斯特 惠勒 公司技术生产的D G 2 0 3 0 1 7 6 1 1 3 型贬临界压力 中间一次再热的 W 火焰自然循环锅炉 采用双进双出磨煤机 配正压直吹式制粉系统 汽轮机为哈尔滨汽轮机厂生产的6 0 0 M W 机组 是亚临界参数 中间一次再热 单轴 三缸 四排汽双背压凝汽式汽轮机 机组的 D C S 系统采用A B B 贝利公司的S y m p h o n y 控制系统 除氧器是青岛青力锅炉辅机有限公司 生产的卧式除氧器 其额定出力为10 8 0 t h 最大出力为11 8 0 t h 3 系统构成 网l 所示为凝结水补水系统示意图 机组在正常运行时 热井来的凝结水依次经过精 处理 轴封加热器 除氧器水位调整门主阀A 和副阀B 低加 最后打到除氧器 低负荷 时由副阀来控制水位 高负荷时由主阀来控制水位 主阅占管路设计流量的7 0 副阎占 管路设计流量的3 0 系统设计有旁路阀供检修用 4 控制方案及其分析 4 1 控制方案 控制方案案如圈2 所示 2 个除氧器水位测量信号经过选平均模块 滤波模块后作为 调节器的测量值P V 调节部分由两部分组成 一部分是单回路调节 P 1 1 在低负荷时使用 另一部分是串 级三冲量调节 P 1 2 P 1 3 在高负荷时采用 两者的切换是由给水流量来判断的 当给水流 1 7 6 量小于3 6 0 t h 系统切换到单冲量调节 当给水流量大于4 5 0 f f h 系统切换到三冲量调节 将给水流量切换点错落设置可以避免调节方式在切换点附近频繁切换 水位S P 旁路 图1 凝结水补水系统示意图 困 图2 控制方案 1 7 7 流量 在串级三冲量系统中 P 1 2 为主调节器 负责维持除氧器水位在设定值 P 1 3 是副调节 器 其功能是维持打到除氧器的凝结水量与给水流量的基本平衡 方案的调节输出由切换模块T 的输出经平衡模块B A L A N C E 分为2 路 分别经过主 副阀的函数发生器F x 输出到主 副阀 其中主阀的F 1 x 见图3 是当副调输出 4 0 时 F l x 0 当副调输出 1 0 0 时 F 1 x 1 0 0 副阀的F 2 x 见图4 是当副调输出 0 时 F 2 x O 当副调输出 4 0 时 F l x 9 0 在实际运行时 当副阀全开 主阀刚开的瞬间 由于主阀管径较大 对除氧器水位有 一定的扰动 后将主 副阀的F x 分别做以下调整 即主阀的F 1 x 是当副调输出 3 5 时 集1 5 0 1 0 0 罟了 锌5 0 蟹 H 0 0 4 0 8 0 1 2 01 6 02 0 0 C O 剐调 图3 主阀M A 站输出 1 2 0 签 9 0 置6 0 量3 0 0 O4 0 8 0 1 2 0 1 6 02 0 0 C 0 副凋 图4 副阀M A 输出 F I x 0 当副调输出 1 0 0 时 F 1 x 1 0 0 副阀的n x 是当副调输出 o 时 F 2 x O 当副调输出 4 0 时 F 1 x 9 0 即允许主 副阀在切换瞬间有一定的重叠度 以减小除氧器水位的波动 保证切换过程能平稳过渡 4 2 系统跟踪技术的分析 系统的跟踪技术涉及如下几种情况 4 2 1 手动伯动无扰切换 系统在手动时 设定值s P 在主阀M A 站中设定 跟踪P v 值 除氧器水位 副凋输出 在系统手动时分别以F 1 x 的函数关系跟踪主阀M A 站输出 主阀开启后 以F E x 的函 数关系跟踪副阀M A 站输出 主阀开启前 4 2 2 单冲量仨冲量调节无扰切换 系统处于单冲量自动方式时 三冲量调节输出 P 1 3 输出 跟踪单冲量漏节输出口I l 输 出 系统处于三冲量自动方式时 单冲量调节输出 P t l 输出 跟踪三冲量调节输出a P l 3 输 出 4 2 3 三冲量调节主副调的跟踪 三冲量调节处于手动方式时 主调输 i i P 1 2 输出 跟踪除氧器进口凝结水流量 以上三条的实现即能保证三冲量投入腿出 以及单冲量 冲量切换时无扰 5 三冲量自动参数的整定 为整定方便 先将主 副环积分都设置成较小值 1 7 8 根据物质平衡和主阀阀门流量特性 足 副 又A C O 主 A S P 主 一P V 主 K 主 笫D 前馈 负荷及减温水基本不变 A C O 前馈 0 t 友A C O 主 a s p 主 一 P 矿 主 K 主 K 主 依据串级调节器回路的平衡性原则 取系统的两个相邻稳态 f o F t 1 作为计算 参考点 例如可取除氧器水位在相邻的两个波峰和波谷的数据进行计算 则系统从 f o 至I J F t 的过程中 I A C O 主 I I A F 故K 主 求出主 副环比例系数后 可对粗整定出的K 鬲f J K 主 根据实际情况进行调整 对于积分参数 可先将主 副环积分都设置成较小的初始值 如主环设置成o 1 副环设 置成0 2 采用观察凑试法进行整定 上述整定计算中 流量都是指除氧器进口凝结水流量 6 三冲量除氧器水位自动的进一步探讨 6 1 由于除氧器截面是圆形 圆柱形容器 正常运行水位在1 8 0 0 2 3 0 0 r a m 量程 0 2 9 0 0 m m 即在2 3 3 4 水位运行 此时当水位升高时 单位高度对应的蓄水量会减少 即升高等量的水位埘 水位越高 速度越快 故主调的比例系数K 主 应是水位H 的函数 即H 增加时 足 主 减小 也就是说 采用上述方法整定出的K 主 只是对 应于该整定工况下的参数 若想得到更精确的控制还应在组态中加人芷 主 与H 的自适 应函数 6 2 因为被控对象从除氧器水位调节阀到除氧器中间有一段很长的管路 中间还要经过低 加系统 具有纯迟延和大惯性的特征 也就是说从调节器发出指令开 关 阀到除氧器水 位变化能反应此次调节效果有一段相当长的时间 可以达到十几分钟 这直接导致了控 制作用的不及时进而恶化调节品质使得系统发散 这尤其在锅炉上水量有较大波动时表现 突出 说明系统抗干扰能力较弱 尽管主调已经使用了总给水流量的百分比作为前馈 但 因为其量程大 2 2 0 0 t h 对干扰的反应并不及时 1 7 9 因为被控对象属于无自平衡能力对象 可以考虑适当放大第一级前馈 也可以考虑在 副调F F 端加入第二级前馈 二级前馈采用给水偏差 S P P V 的函数 加上限速模块 0 2 B 死区设置为 3 0 r a m 当然 此法因为将前馈直接加在副调出口 在使控制更及时的同时也使调门的动作频 率加快 通常应将前馈作用强度控制在6 5 以内 对应主阀开度变化的1 0 并注意控制 前馈作用的起步增长速度 前馈控制因为是直接作用于调节器出口 对系统扰动大 对前馈控制策略的改变以及 参数整定调整必须在控制系统处于手动方式下进行 条件具备的还应进行