摘要：本文通过汽包水位调节系统的组成、任务及调节手段在330MW机组应用实例，分析了影响汽包水位调节的因素和控制原理，为运行和检修人员使用和维护调节系统提供了帮助。
关键词：汽包水位；调节；原理
1 配置描述
大唐略阳发电有限责任公司7号机组配置三台给水泵：A和B为汽动泵，C为电动给水泵作为汽动给水泵的备用泵，也作为启动给水泵。每台泵的容量可维持机组50％负荷运行。电泵转速通过液力耦合器调整，汽泵通过控制器控制汽泵进汽从而调节转速。
2 控制系统的任务，影响水位的因素及调节手段
1.汽包水位控制系统的任务就是维持锅炉汽包水位为设定值，实现全程水位自动控制。
2.影响汽包水位的因素主要有：
（1）流出汽包的蒸汽流量。
（2）减温水及排污量。
（3）进入汽包的给水流量。从质量平衡角度看，当流出汽包的蒸汽流量、排污、放水量和进入汽包的给水量不平衡时，汽包水位将发生变化。
（4）汽包压力的变化。汽包压力的变化可能会导致“虚假”水位现象。例如：由于汽轮机用汽量D增加导致汽包压力Pd 下降时，汽包中的饱和水就会大量汽化，产生大量汽泡，使得水位短暂升高，即用汽量D ↑ 导致H↑ 。而从质量平衡角度看，流出汽包的质量增加，应使水位下降，所以这种水位上升现象是一种“虚假”水位现象。同样由于用汽量D减少，Pd升高，将导致水位暂时下降也是“虚假”水位现象。
3.汽包水位的调节手段
上述几种主要因素中，蒸汽量取决于外界负荷的要求，汽压的变化则是燃料量、蒸汽量等综合影响的结果，而只有给水量是一个可控制的量，可以用作汽包水位调节手段。
当“虚假”水位现象产生时，只用一种简单的PI调节，即只根据水位调节时，就会导致错误的动作。例如：D ↑ 导致H ↑，而H ↑ 要求给水W ↓ ，这将使得D与W严重不平衡，所以接下来的是水位快速回落，系统很难稳定。所以汽包水位控制系统一般都采用三冲量串级控制方案。
3 三冲量串级控制原理
控制系统主调节器的作用是校正水位偏差，副调节器的任务是用以消除给水压力波动等因素引起的给水流量自发性扰动以及当蒸汽负荷改变时迅速调节给水流量，以保证给水流量和蒸汽流量平衡。这样当负荷变化时，水位稳定值是靠主调节器来维持的，并不要求进入副调节器的蒸汽流量信号的作用强度按所谓静态配比进行调整，恰恰相反，在这里可以根据对象在外扰下虚假水位的严重程度来适当加强蒸汽流量信号的作用强度，从而改变负荷扰动下的水位控制品质。
1．水位信号的获取：
平衡容器结构
ΔP×103=H•ρa－（A－h）•ρs－[H－（A－h）] •ρw=H（ρa－ρw）＋（A－h）(ρw－ρs)
式中H—汽水侧取样孔的距离，mm
A—汽侧取样孔与汽包正常水位的距离，mm
h—汽包水位偏差正常水位的值，mm（水位指示值）
ΔP—对应汽包水位的差压值，mmH2O
ρs—饱和蒸汽的密度 ，kg/m3
ρw—饱和水的密度 ，kg/m3
ρa—参比水柱在平均水温时的密度，kg/m3
上式中，H和A都是常数；ρs和ρw是汽压的函数，在特定汽压下均为定值；ρa除了受汽压影响外，还和平衡容器的散热条件与环境温度有关，当汽压和环境温度不变时，其值也为定值，这时，差压只是汽包水位的函数。
2．主蒸汽流量信号：
流出锅炉的主蒸汽流量，包括进入汽轮机的蒸汽和进入高压旁路的蒸汽流量。根据费留格尔公式，流经汽轮机汽流量是汽机一级压力函数，因此不再需要在主蒸汽管道上加装流量测量元件，从而可以避免用测量孔板而产生的节流损失。
3．总给水流量信号：
为了反映进、出汽包的水、汽质量的平衡，这里总的给水流量不仅包括从主给水管道测出的进入锅炉汽包的给水流量，还包括每一只减温水阀的流量。
4 现场实际应用
我公司锅炉给水控制系统采用单冲量和三冲量综合控制方案。
1.单冲量阶段：蒸汽流量小于800t/h时，控制器PID电1对水位设定值和水位测量值之间的偏差进行PID运算，自动控制指令经电泵M/A站输出，去控制电泵勺管的大小改变进入汽包的给水，最终使水位等于定值。
2.三冲量阶段：随着负荷继续升高后，仅用PID电1这个单冲量调节器，已难以保证调节品质，当蒸汽流量大于800t/h以后，将自动采用三冲量控制方案。PID电3调节器接受给水流量反馈信号，当给水流量由于扰动而发生波动时，该调节器会快速地调节泵的转速，有效克服给水波动。用蒸汽流量信号作为PID电3设定值的一部分，是为了使进入锅炉的给水量与流出锅炉的蒸汽量随时保持平衡，这样可以有效地克服虚假水位对调节品质的影响。为了最终使水位能保持在定值上，PID电2将对水位与其设定值的偏差进行PI运算，其输出成为给水量设定值的另一部分。PID电2最终将水位维持在设定值。
3.汽泵的投运
（1）随着负荷进一步升高，则需启汽泵。逐步升高汽泵转速，升高泵的出口压头，当转速大于3000 RPM时，汽泵可投入遥控方式，此后，可在汽泵的M/A站上控制转速。当泵的出口压头略大于给水母管压头时，打开汽泵出口门，并继续手动调节汽泵转速，使汽泵转速与电泵转速逐步接近。此时水位仍将由电泵自动维持。
（2）当汽泵和电泵流量相近时，可将汽泵投自动，此时汽动给水泵将按三冲量方案自动调节。本人认为:汽泵的单冲量应该很少用，因为当汽泵起来是负荷和给水流量应该大于800t/h.此后建议再启动第二台汽动泵。将电动泵转速控制M/A站切手动，逐渐降低电泵转速，当其流量较低时，关闭其出口门，停电泵（若要将其作为备用泵，出口门可以不关）。为了使两汽泵的负荷均衡，所以用了BALANCE算法。当给水处于手动或给水指令已达最大值，而给水流量仍然远小于设定值时，逻辑回路将产生RUNDOWN信号送至LDC的负荷指令回路，迫使负荷指令缓慢下降。汽动泵就地控制信号将迫使汽动泵处于就地MEH控制方式。此时汽泵调节回路处于跟踪汽泵转速的工况。当有一台汽动泵跳闸时，逻辑联锁启动备用电动给水泵，在10S内电动泵成功投入，电泵指令根据汽泵跳闸前的负荷函数给出。如果未成功投入，则将电动泵启动失败信号送至LDC的负荷指令RUNBACK回路。
5 结束语
在锅炉运行中,汽包水位是一个很重要的控制参数，锅炉水位控制系统的好坏，主要取决于能不能很好地克服“虚假水位”现象，这正是锅炉汽包水位控制的难点。串级三冲量方案可以克服由于水压激烈变化给整个调节系统带来的“内扰动”影响，大大提高系统的调节品质。
参考文献：
［1］丁荣 蔡新平．锅炉汽包水位控制系统的分析与确定［J］．应用能源技术，2011，（4）：19-21
［2］王付生．电厂热工自动控制与保护［M］．中国电力出版社，2005
论文作者:李涛
论文发表刊物:《电力设备》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/17
标签：水位论文; 汽包论文; 流量论文; 蒸汽论文; 冲量论文; 转速论文; 负荷论文; 《电力设备》2017年第16期论文;