（大唐马鞍山当涂发电有限公司 安徽马鞍山 243102）
摘要：马鞍山当涂发电有限公司一期为两台660MW超临界直流燃煤机组，汽机为CLN-24.2/566/566型超临界一次中间再热、三缸四排气、单轴、双背压、凝汽式汽轮发电机。分散控制系统采用上海美卓自动化（上海）有限公司MAXDNA分散控制系统。汽机侧热力系统改造后，高压加热器液位出现大幅波动，特别是机组快速变负荷时，自动控制品质较差。采取措施，对控制系统进行优化。
关键词：超临界；汽轮机；加热器；自动控制；异常处理
1、前言
我公司选用哈尔滨锅炉厂提供的高压加热器，为卧式、表面凝结、U型换热器，采用三台高压加热器大旁路配置。分散控制系统采用上海美卓自动化（上海）有限公司MAXDNA分散控制系统。加热器利用汽轮机做过部分功的一定抽气量的蒸汽来加热给水，提高了给水温度，减少锅炉受热面的传热偏差，从而减少了给水加热过程中的不可逆损失；做功后的加热器疏水不再排至凝汽器中，避免蒸汽热量被循环冷却水带走，热耗率下降。综上所述，高压加热器系统的正常运行提高了机组循环热效率，对提高机组的热经济性具有决定性的作用。
2、现象描述
07：40，我公司#2机组正常运行迎早高峰负荷，08：00当#2机组负荷升至540MW,#1、#2、#3高压加热器正常疏水阀开始小幅震荡，加热器液位开始波动，其中#3高加液位波动最大，实际值与设定值最大偏差30mm，08：59#2机组负荷660MW，#3高加正常疏水阀开度在50%至100%之间震荡，液位波动加剧，加热器液位最大值为114mm，09：00运行人员将#2、#3高加控制方式切至手动，及时调整维持高压加热器手动运行。
3、原因分析及处理
3.1变负荷工况下高压加热器液位控制劣化趋势分析
图1-变负荷工况下高压加热器液位趋势
图中：1-#1高压加热器液位设定值，2-#1高压加热器液位实际值，3-#2高压加热器液位设定值，4-#2高压加热器液位实际值，5-#3高压加热器液位设定值，6-#3高压加热器液位实际值，7-#2机组负荷，8-抽气至#1高加蒸汽压力。
如上图1所示：07：40#2机组负荷从420MW开始上升，高加抽气压力开始增大，至540MW时三级高加液位实际值与设定值偏差开始小幅增大。机组负荷至660MW时，液位实际值与设定值偏差明显变大，30分钟后，高加液位控制曲线震荡发散，控制品质劣化，高加运行方式切至手动。
3.2控制品质劣化原因与对策
我公司2号机组高加疏水系统设计有1号～3号高加，分别通过控制对应的高加正常疏水来控制高加水位，主控制器PID设定值为高加液位设定，实际值为高加液位实际值（三取中），输出为高加正常疏水阀控制值，并设计高加危急疏水作为后备保护控制，如图2所示。在2号机组汽轮机综合升级改造工程中，新增4.5号低压加热器。
图2-加热器疏放水系统图
3.2.1 1号高加水位控制分析
原1号高压加热器控制系统采用单回路定参数PI控制方式，其中KP为2.8，KI为0.2，如图3所示，高加水位在正常运行过程中波动较大，波动值达±30mm左右。现场检查相关运行系统设备工作正常，判断现有控制器控制逻辑及控制参数已不满足加热器正常运行控制要求。机组不同负荷下对应汽轮机抽汽压力及凝结水温度不同，导致加热器正常运行工况随机组负荷变化而变化，即采用变负荷控制参数的控制方案，通过分析论证优化前控制曲线，加热器液位控制系统特性为小惯性、常扰动系统，PID以比例作用为主，有扰动偏差及时参与调节，为满足不同运行工况，用经验法在线对加热器液位PID控制参数进行整定（整定过程中必须和运行监盘人员及时沟通，并做好控制发散的事故预想），最终所得优化参数如表1所示。优化后1号高加液位波动幅值大大减小至±14mm左右，优化后1号高加液位控制曲线如图4所示。
表1 #1高加控制系统控制参数
图中：1-#1高压加热器实际液位，2-#1高压加热器液位设定值，3-#1高压加热器液位控制输出，4-#1高压加热器正常疏水阀位反馈。
图中：1-#1高压加热器实际液位，2-#1高压加热器液位设定值，3-#1高压加热器液位控制输出，4-#1高压加热器正常疏水阀位反馈。
3.2.2 2号高加水位控制分析
原2号高压加热器控制系统采用单回路定参数PI控制方式，其中KP为2.6，KI为0.3，如图5所示，高加水位在正常运行过程中波动较大，波动值达±20mm左右。现场检查相关运行系统设备工作正常，判断现有控制器控制逻辑及控制参数已不满足加热器正常运行控制要求。跟1号高加控制方案一致，采用变负荷控制参数的控制方案，同时引入上级疏水（1号高加疏水）阀位反馈值作为控制器前馈，对上级疏水扰动提前做出反应，提高抗干扰性。通过分析论证优化前控制曲线，用经验法在线对加热器液位PID控制参数进行整定（整定过程中必须和运行监盘人员及时沟通，并做好控制发散的事故预想），最终所得优化参数如表2所示，同时确认前馈系数为0.5。优化后2号高加液位波动幅值大大减小至±8mm左右，优化后2号高加液位控制曲线如图6所示。
图3-优化前1号高压加热器液位控制曲线
表2 #2高加控制系统控制参数
图4-优化前1号高压加热器液位控制曲线
图5-优化前2号高压加热器液位控制曲线
图中：1-#2高压加热器实际液位，2-#2高压加热器液位设定值，3-#2高压加热器液位控制输出，4-#2高压加热器正常疏水阀位反馈。
图6-优化后2号高压加热器液位控制曲线
图中：1-#2高压加热器实际液位，2-#2高压加热器液位设定值，3-#2高压加热器液位控制输出，4-#2高压加热器正常疏水阀位反馈。
3.2.3 3号高加水位控制分析
原3号高压加热器控制系统采用单回路定参数PI控制方式，其中KP为2.4，KI为0.2，如图7所示，高加水位在正常运行过程中波动较大，波动值达±30mm左右。现场检查相关运行系统设备工作正常，判断现有控制器控制逻辑及控制参数已不满足加热器正常运行控制要求。同样采用变负荷控制参数的控制方案，引入上级疏水（2号高加疏水）阀位反馈值作为控制器前馈，对上级疏水扰动提前做出反应，提高抗干扰性。通过分析论证优化前控制曲线，用经验法在线对加热器液位PID控制参数进行整定（整定过程中必须和运行监盘人员及时沟通，并做好控制发散的事故预想），最终所得优化参数如表3所示，同时确认前馈系数为0.6。优化后3号高加液位波动幅值大大减小至±15mm左右，优化后3号高加液位控制曲线如图8所示。
表3 #3高加控制系统控制参数
图7-优化前3号高压加热器液位控制曲线
图中：1-#3高压加热器实际液位，2-#3高压加热器液位设定值，3-#3高压加热器液位控制输出，4-#3高压加热器正常疏水阀位反馈。
图8-优化后3号高压加热器液位控制曲线
图中：1-#3高压加热器实际液位，2-#3高压加热器液位设定值，3-#3高压加热器液位控制输出，4-#3高压加热器正常疏水阀位反馈。
4、高加液位控制优化后效果分析
图中：1-#1高压加热器液位设定值，2-#1高压加热器液位实际值，3-#2高压加热器液位设定值，4-#2高压加热器液位实际值，5-#3高压加热器液位设定值，6-#3高压加热器液位实际值，7-#2机组负荷，8-抽气至#1高加蒸汽压力。
如上图2所示：高加液位控制系统优化后，#2机组负荷从450WM上升至660WM过程中，高加液位控制品质较好，其1号高加液位实际值与设定值偏差<14mm，2号高加液位实际值与设定值偏差<8mm，3号高加液位实际值与设定值偏差<15mm。经设定值扰动后，高加液位实际值与设定值偏差无增大趋势，远远满足运行规程规定卧式加热器允许水位偏离正常水位±38mm的要求，提高了高压加热器运行经济性，延长了其使用寿命。
图10 -优化后变负荷工况下高压加热器液位趋势
5、总结
针对上述高压加热器液位自动控制异常的分析，通过对异常趋势的观察与分析，发现热力系统改造后，加热器运行工况发生改变，特别是机组快速变负荷情况下，原自动控制方案及参数不满足现有的加热器运行控制要求，自动控制品质劣化，高加液位波动加剧。通过分析，制定优化方案并经过长时间的在线优化与试验，高压加热器液位自动控制品质得到显著提高。
参考文献
[1]戴忠达. 自动控制理论基础.清华大学，1991。
[2]沈平等. 过程控制理论基础.浙江大学，1991（4）。
[3]朱北恒. 火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程.浙江电力试验研究院，2006（3）。
作者简介
郭猛，男，安徽马鞍山，1985年12月，马鞍山当涂发电有限公司，工程师，研究方向：电厂热工自动控制。
论文作者:郭猛
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/11/13
标签：加热器论文; 液位论文; 高压论文; 设定值论文; 疏水论文; 负荷论文; 机组论文; 《电力设备》2018年第17期论文;