摘要：我国是以煤炭为主要一次能源的国家，火力发电在我国电力生产中占有主导地位。随着化石燃料的枯竭以及国际社会对环保排放限制的日益提高，在现有的材料技术和热工控制水平的基础上发展超超临界二次再热机组将是我国今后火电机组的发展趋势。
关键词：超超临界；二次再热；汽温控制
一、DCS（EDPF-NT PLUS）系统理论介绍
DCS全称为分散控制系统（Distributed Control System），是一种以计算机技术、控制技术、网络技术和CRT显示技术为基础，根据风险分散的理念设计出来的高新集成控制系统。DCS系统的控制功能的相对分散和操作管理的相对集中，实现复杂生产工程的整体协调和局部自治，在电力、化工等领域应用十分广泛。
国电泰州1000MW机组工程依据全厂控制系统的“主辅一体化”的控制理念，机组DCS控制系统采用国电智深EDPF-NT PLUS分散控制系统。EDPF-NTPLUS系统构架由上至下分别是操作层、运算层和基础层。操作层的主要作用是用户通过操作站对系统进行监控；运算层主要包括交换机与分散处理单元DPU，这些数据经过处理并在操作层中显示给用户，分散处理单元DPU的功能是实现相应数据计算和控制逻辑；基础层主要包括各种I/O卡件和通讯卡件，用于接收与发送信号至就地控制设备。
1.1EDPF-NT PLUS系统的硬件
EDPF-NT PLUS系统强大的功能是基于其系统成熟可靠的硬件产品，其系统配置了种类齐全的硬件，完全满足现场不同控制功能和要求的需要。
1）功能站
EDPF-NT PLUS系统的功能站（如历史站、操作员站、工程师站）是一个逻辑概念，同一物理计算机上可以同时具有多个功能站的功能。每类功能都分配给某些用户（如操作员站、工程师站、历史站），只需修改相应权限即可使用相应功能。功能站通过冗余并行，出现故障时，一台站故障不影响冗余站的正常运行，同时冗余站可以无扰接管故障站的工作。
2）分散处理单元DPU
分散处理单元DPU作为分散控制系统DCS的核心组件，具有不可替代的重要地位。EDPF-NT III型DPU，作为最新的DPU产品，具有以下特点：DPU具备与I/O模块同样的大小，集成主CPU，I/O通讯控制器和双网卡；采用双机、双网、双电源，系统可靠性大大提高，结构维护方便；采用CF卡保存组态数据，数据可以长期保存。
3）输入输出I/O模块
输入输出I/O模块通过模块底座与现场信号线缆连接，每个I/O模块通过高速现场总线与分布式处理单元（DPU）进行通讯连接，并通过底座与主机通讯和获得电源。模块的地址由设置在底座上的DIP开关来设定，若模块地址设置错误，则会引起I/O模块地址冲突，模块离线。
4）通讯模块
通讯模块（EDPF-COM）是EDPF-NT PLUS系统分布式高速智能测量测控网络中的智能通讯单元，它具有2个RS48_5串口、一个RS232串口，每个串口可独立设定为MODBUS主站或从站方式运行，可方便地与第三方MODBUS设备进行通讯。
EDPF-C OM模块对外的通讯端口有三个（COMI，COM2，COM3，外加一个监控端口（Console，RJ11）。每个通讯端口扩展独立支持MODBUS协议（主站，从站方式），特殊协议（同期装置）。同其他EDPF I/O模块一样，通讯端口和DPU控制站通讯采用EDPF高速串行I/O总线。
1.2 EDPF-NT PLUS系统的软件
EDPF-NT PLUS分散控制系统采用衍生自Linux系统的硬实时多任务操作系统，多任务按优先级抢占方式调度，共享资源管理，系统软件90%的代码可在Windows和Linux平台之间移植，五个运算控制区可以按不同的周期进行运算。
EDPF-NT PLUS分散控制系统的每个域相对独立，域间信息进行有选择的隔离和交互，把复杂生产过程按工艺或功能进行分域管理，减小或消除了不同被控对象及其控制系统之间的祸合，使整个控制系统进一步蜂窝化、模块化，可支持大规模应用的需求、复杂过程的高性能要求、第三方设备的高度开放集成能力以及管控一体化的更高监控模式。
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EDPF-NT PLUS系统可以是由多个“域”集合而成的大型分布式控制系统。每个域是其中一个中小型系统，完成相对独立的控制和数据采集处理功能。各个域通过网络连接在一起，形成一体化大型自动化系统。各域之间相互隔离，合法数据可以在域间共享，杜绝非法信息跨域流动，降低数据规模，提高系统可靠性。
二、DCS相关控制系统分析
DCS系统控制针对蒸汽温度的控制，其中包括过热汽温控制及再热汽温控制。国电泰州二期2×1000MW二次再热超超临界机组采用直流锅炉，其受热区、蒸发区和过热区之间无明显分界，整个水变蒸汽的汽水流程连续完成，汽温与给水自动投入逻辑互有引用，其给水流量与减温水总量存在较强的耦合性，为适应此特性需要对DCS系统控制的逻辑进行分析。
2.1过热汽温控制
直流锅炉要维持汽温稳定，需要通过控制燃水比来控制给水，以保证分离器出口焓值保持稳定，控制一级减温和二级减温变化范围和幅度，完成对过热汽温控制的初步调整。
给水用来进行过热汽温的粗调，而喷水减温可对汽温控制进行细调。过热器喷水减温控制是通过一减和二减的串联实现，第一级过热汽温控制的任务是保持第二级减温器蒸汽温度在小范围内波动，同时克服进入一过与二过的扰动，保证二减始终处于有效的调节范围内。第二级减温控制的任务保证主蒸汽温度始终与给定值相一致，是主汽温度控制系统中最主要的控制回路。具体操作为：一减调节控制保证二减出口的偏差满足不同负荷下△T在可控范围，充分保证调节余量，控制二减调门前后的温度差，其次由于温度设定值受到最高值553℃的限制，加入手动设定温度偏置，当温度调节M/A站投自动时，可由运行人员设定偏置；二减调节系统通过M/A的投切，保证可以在自动或手动（增加偏置的方式）的情况下，时时跟踪主蒸汽压力的F（X）函数，及时调整末级过热器出口温度。过热器喷水减温控制将总煤量或负荷信号和摆角作为前馈信号，但是本厂未使用该前馈信号。同时针对减温水出口温度设置了死区的保护。
三、DCS控制系统优化分析
国电泰州二期调试期间，DCS控制系统自动投入率较高，基本满足控制品质的要求。但是机组在低负荷运行时二次再热汽温欠温较为严重，结合这种情况，对锅炉受热面的布置需重新设计，采用先进的塔式锅炉+燃烧器摆动+烟气再循环+挡板调温的设计方案，解决二次再热锅炉多种蒸汽温度调节的需求，提高机组运行所需要的多种运行工况的经济性；同时，确保锅炉设计中蒸汽温度的实现，对锅炉高温受热面的计算、优化布置方案，解决二次再热锅炉主、再热蒸汽的温升需求。
本文在国电泰州1000MW超超临界二次再热机组锅炉模型的基础上，搭建新的激励式的仿真系统。其中过热汽温投自动和再热汽温投自动主要特点如下。
3.1过热汽温投自动的主要特点
1）不同的负荷运行下，焓设定值调节器会根据减温水实际流量偏差积分作用校正焓定值，改变给水流量指令，使减温水量逐步消除偏差。
2）燃水比是汽温控制的粗调，主要体现在给水控制与燃料的分配控制上。过热喷水减温是在维持锅炉燃水比不变的情况下实现对主蒸汽温度细调。
3）过热汽温的控制是通过控制两级串联喷水装置而实现一级减温控制和二级减温控制。
4）第一级过热汽温控制的是二级减温水门前后的温差，克服进入一级过热器与二级过热器扰动，其温度设定值为一级过热器减温器出口温度加入偏差设定值△T，偏差设定值△T作为负荷指令的函数，维持进入第二级减温器的蒸汽温度的稳定。
3.2再热汽温投自动的主要特点
1）在不同的负荷下，再热汽温以调节摆动角燃烧器喷嘴为主要手段，辅以烟气挡板调节一、二次再热温度偏差。
2）在对外供热抽汽工况下，烟气再循环调温手段不予投入。调温方式还是以摆动角燃烧器喷嘴和烟气挡板为主。
3）摆动燃烧器控制系统设计为单回路控制系统，采用反馈一前馈复合控制方式，静态前馈为总风量或负荷前馈信号和磨机组合前馈信号，动态前馈为锅炉加速信号；首先采用增益自适应预估器来预估一、二次再热汽温，将两预估值高选后与一、二再热器实测汽温的高选值进行加权平均作为最终的被调量。
4）烟气挡板控制系统设计为单回路控制系统，烟气挡板主要控制任务是调节一、二次再热汽温之间的偏差，为防止频繁纠偏、减小与摆角调节回路的相互影响，该偏差设置适当死区。在50%以下负荷时，需将二次再热汽温加上△T（一次与二次再热汽温设计值的偏差）再与一次再热汽温进行偏差比较，偏差较大，挡板开度需要适时增大。
论文作者:缪希希
论文发表刊物:《电力设备》2019年第11期
论文发表时间:2019/10/16
标签：控制系统论文; 温度论文; 系统论文; 偏差论文; 模块论文; 锅炉论文; 蒸汽论文; 《电力设备》2019年第11期论文;