300MW机组锅炉给水自动控制系统分析与改进

1、300MW机组锅炉给水自动控制系统分析与改进发表时间:2002-5-31作者：华志刚1，潘 笑1，邬 菲2摘要：结合丰城电厂4X300MW机组，对原有的锅炉给水控制系统及汽包水位测量、运行方式、参数整定等的工作原理进行了分析，并结合现场实际情况，对汽包水位参数的测量、运行方式的切换以及系统参数的调整进行了改进，取得了良好的调节品质和现场运行效果。0 引言 汽包水位是锅炉运行中的一个重要监控参数，维持汽包水位是保证机组安全运行的重要条件，因此，给水自动控制系统的可靠性直接关系着机组的安全、稳定运行。丰城电厂300MW机组原有的给水自动控制系统在汽包水位测量、单冲量三冲量切换条件、系统参数设置等方

2、面存在不完善之处，使得控制系统运行不稳定。针对这些问题，我们从水位测量、运行方式切换、系统参数调整等方面进行了改进，满足了现场运行的要求，系统控制精度良好，保障了机组的安全、稳定运行。 1 汽包水位的测量 汽包水位测量采用单室平衡容器的测量系统，测量原理示意于图1。 我们在汽包水位的计算公式中考虑到汽包压力和饱和蒸汽温度对饱和蒸汽重度的影响，汽包水位变送器的测量差压值经过压力补偿计算后得到结果就是准确的汽包水位值。其计算公式为： 但在现场实际运行中，仅仅只有精确的计算公式还不够，要定期对水位变送器进行排污，并应确保正压管中的水柱高度恒定，这样才能得到正确的差压值。另外，考虑到汽包水位的重要性，

3、我们对汽包水位测量采取“三选一”的冗余方式，取中间值后再进行压力补偿计算。 2 给水自动控制系统运行方式及改进 21 运行方式的分析 丰城电厂给水系统为单元制，共设置3台50 B-MCR容量的调速给水泵，其中2台汽动给水泵作为正常时投运，1台电动给水泵供机组启动，并作为汽动给水泵的事故备用，整个给水控制系统包括单冲量和三冲量2种控制方式，其运行方式见图2。 在机组点火启动过程中，由于此时蒸汽流量和给水流量测量误差较大，并且锅炉启动时，热力系统中汽水流量也不平衡，所以仅根据汽包水位进行调节。电动给水泵被控制在最小转速信号，由给水旁路阀的开度来改变给水流量，从而控制汽包水位的稳定，属给水旁路阀单冲

4、量控制系统。 随着机组负荷的上升，汽包水位的控制方式由给水旁路阀控制切换为电动给水泵单回路控制方式。此时给水旁路阀保持全开，通过改变电动给水泵的转速来改变给水流量，从而达到控制汽包水位的目的，系统为单冲量控制。当蒸汽流量大于20时，控制系统自动从单冲量调节方式切换为串级三冲量控制方式；当蒸汽流量大于22时，打开主给水电动门，给水旁路阀由运行人员手动关闭。 在机组负荷达到25负荷时，第1台汽动给水泵开始启动。汽动给水泵启动后，电动给水泵和汽动给水泵并列运行。电泵将自动从独立调节汽包水位回路，切换到电汽泵并列运行调节汽包水位回路。随着机组负荷的继续增加，电泵由自动切为手动，第2台汽动给水泵开始启动

5、，速度由手动逐渐增加，直至与第1台汽泵具有相同的速度，随即可由手动切换成自动。2台汽动给水泵稳定运行后，电动给水泵由手动逐渐减速并停运。 22 运行方式的改进 原系统设计的单冲量三冲量的切换条件是给水流量小于20时，为单冲量控制；给水流量大于22时，为串级三冲量控制。但在机组的实际运行过程中，由于机组处于低负荷阶段，给水流量变化大，导致单冲量三冲量频繁切换，控制系统的输出量变化大，使得汽包水位控制效果差。经过试验，我们将切换条件改为：蒸汽流量小于20时，为单冲量控制；蒸汽流量大于22时，为串级三冲量控制。由于蒸汽流量的变化随负荷而变，因此单冲量三冲量的切换平稳，系统运行更加稳定。 3 串级三冲

6、量给水控制系统的参数整定1 31 内回路参数的整定 副调节器的任务是快速消除内扰。当给水扰动时，迅速动作使给水量不变；当蒸汽流量扰动时，副调节器迅速改变给水量，保持给水量和蒸汽流量的动态平衡。在参数整定时，将副调节器的比例带取得较小，加快了内回路的控制过程，系统运行的稳定性更好。 32 主回路参数整定 在主回路中，可把内回路看作是一个随动系统。内回路整定后，控制系统可以看成是一个单回路系统，主调节器可按比例积分调节器进行参数整定。根据现场的运行情况，相应增大主调节器的比例，可保证主回路控制的稳定性。 33 导前补偿回路的整定 串级控制系统中，引入蒸汽流量信号作为前馈信号。由于是串级调节，蒸汽流

7、量信号不一定与给水流量信号严格地配合，在运行中由于“虚假水位”现象严重，适当加强蒸汽流量信号作用强度，在负荷变化时，使蒸汽流量信号能较好地补偿虚假水位的影响，改善了负荷扰动下的汽包水位控制品质。 34 整定后的PID参数 根据上述参数整定原则并结合运行经验，对各套控制系统的参数进行了反复的试验、调整和优化，使控制系统的性能尽可能达到最优状态。整定后的主要参数如表1所示。 4 运行情况及存在的问题 41 运行情况 经过几个月的外围调试，在保证外围设备正常、控制系统设计无误的情况下，开始对系统内的各控制模块进行参数调整，使汽包水位控制系统在机组整组启动时就能投入自动运行，保证了机组的安全运行。从第

8、1次整组启动到168h试运行结束，一直运行稳定。试运行期间，进行了土40 mm定值扰动以及15负荷扰动试验，汽包水位的波动范围控制在部颁标准范围内，调节品质均达到优良。 42 存在的问题 421 水位测量 机组冷态和低负荷状态下，水位测量值与BTG盘上的电接点水位计值相符，而在机组高负荷和满负荷状态下，水位测量值与电接点水位计值相差几十mmH2O，水位测量值偏高。但汽包水位的测量从测量方法、计算公式上均正确，考虑了汽包压力和温度对蒸汽重度的影响，而电接点水位计反映的是常温、常压下的水位差压值。因此，作为送至控制系统的参数，应选用经过压力补偿计算后的水位测量值。422 控制原理2 尽管在汽包水位

9、的测量、运行方式的切换、系统参数的调整上进行了改进，但由于电泵和汽泵的工作特性曲线不一样，在实际运行过程中，存在一台电泵和一台汽泵同时并列运行的情况。一套PID参数同时去控制电泵和汽泵，导致电泵和汽泵的出口压力不同，每台泵的出口流量相差较大，很容易出现抢水现象，严重威胁着机组的安全运行。 因此，建议对电泵和汽泵的控制采用2套PID控制，即再增加一个副调节器，一个控制电泵，另一个控制汽泵。然后针对执行机构特性的差异，设置不同的PID参数，这样可以取得更好的控制效果。新设计的控制原理如图3所示，图中的虚线部分是原控制原理中没有的，但限于现场条件，没能将这个控制思想予以实践。 目前，电厂针对这种情况，在电泵和汽泵并列运行时，只将其中一台给水泵投自动运行，另一台给水泵定速