500MW超临界汽轮机组低加及除氧器水位自动调节系统

电力18讯：    (作者简介：付文波，男；1969年出生于吉林，毕业于沈阳电力专科学校，对自动化控制有一定的研究。曾任伊敏发电厂生技科热工专工、安监科专工、燃除部电检车间主任、燃除部党支部书记之职，目前在华能呼伦贝尔能源公司计划发展部挂职锻炼,021130,E-mail:ymfwb@163.com)

    提要：伊敏发电厂的500MW汽轮发电机组的本体设备是一流的，但其自动控制系统是不完善的。就其低加组及除氧器水位自动调节系统而言，按其原设计方案是无法投入自动调节的。我经过长期的努力，对这些系统进行全部改造，现在已经全部投入自动调节，而且有极强的负荷适应能力，适应范围从0～500MW。

    关键词：复合回路；动态负反馈；超前调节；动态偏差；静态偏差        
500MW Super-critical Turbo-generator Unit Low-pressure
Heater and Deaerator Automatic Regulator
FU Wen-bo，ZHENG Huai-guo
（Yimin Power Plant，021130 China, E-mail:ymhfwbm@public.hh.nm.cn）
Abstract：The 500MW turbo-generator unit running in Yimin Power Plant was manufactured by Leningrad Metal Works。The main frame equipment of this unit was first-class，but its automatic regulating device was not perfect。For example low-pressure heater and deaerator automatic regulators could not be put into automatic operation according to original design scheme。Elaborate retrofits have been made for these devices/systems and by now they can run in full automation，and consequently with satisfied adaptability when load varying from 0 to 500MW。
Key words：compound circuit；algorithm block；load regulation；dynamic deviation；static  deviation


    0  前言

    伊敏发电厂的低加组及除氧器水位自动调节在应用其原设计时，无法投入自动调节。原因是其设计的单参数自动调节系统是孤立使用的，不符合汽轮机汽水系统的设计要求，更无法适应负荷的涨落。我们经过长期的努力，对以上系统进行全面的改造，取得了良好的调节效果，不仅改善了调节系统的调节品质，减少了动态偏差，而且完全适应负荷从0%～100%的变化。

    在改造中作者引入了动态负反馈及前馈调节系统，克服了单参数调节系统的缺点，使动态、静态偏差都大大地减小，增强了系统的跟踪能力，做到了调节系统中要求的稳定性、准确性、快速性的动作特性。这五套自动调节系统的改造，不仅降低了运行人员的劳动强度，而且为机组的安全、稳定、经济运行打下了良好的基础。
伊敏发电厂是两台500MW单轴四缸凝汽式汽轮发电机组，其汽水流程是凝结水经4台低加进入除氧器，除氧后的给水由给水泵经3台高加打入锅炉。下面主要论述一下低加组及除氧器水位自动调节经改造后全部投入自动调节的问题：

    1  汽水系统

    1.1 汽轮机疏水系统

汽轮机做完功后的蒸汽进入凝汽器，由Ⅰ级凝结水泵打入单元除盐装置后，通过1#低加水位调节门RM037进入1#低加，经Ⅱ级凝泵、2#低加水位调节门RM038进入2#低加，然后经Ⅲ级凝泵、除氧器水位调节门RM039进入3、4#低加提温后进入除氧器。4#低加疏水经4#低加水位调节门RN786进入3#低加：3#低加疏水经3#低加水位调节门RN788倒入2#低加。

    1.2 汽水流程图


    2  俄罗斯图纸原设计思想

    2.1 俄罗斯图纸的原设计

    俄罗斯图纸原设计的这五套水位自动调节系统（即1、2、3、4#低加水位自动调节系统、除氧器水位自动调节系统）都是单参数自动调节系统，调节器是РЕМИКОНТ（雷米康）微机式调节器。从其设计思想来看，每套调节系统都是独立工作的。即将采集的模拟信号、阀门的反馈信号和定值信号相比较，产生的偏差信号经带有比例积分调节的标准脉冲算法运算后，输出的脉冲信号去控制启动器，从而控制执行机构。

    2.2 原设计带来的问题

    虽然原设计从理论上是可行的，但是在实际使用中，由于汽水系统的设置（从汽水系统图上可以看出），使这五套自动调节系统相互影响，从而导致每套自动都无法投入的后果。每一个阀门的动作都会对其他加热器的水位造成影响，如果这些阀门都各自为是，就会造成这几套系统发散振荡，并使调节品质变坏。

    在这个系统中，1、2#低加是混合式的，3、4#低加是表面式的。因此1、2#低加水位自动就比3、4#低加难以投入，纯粹的单参数调节系统也就显得“弱不禁风、无能为力了”，这就必须改造成一套完整的复合回路。

    3  作者的设计思想及改造方案

    作者认为这几套系统的重中之重是除氧器水位的自动调节，因此必须从这套系统着手，只有很好的将其改造好，才能有效地解决其他系统的自动调节问题。因此我的设计思想是都以除氧器水位调节为中心，其他的系统都为它服务。

    3.1 除氧器水位自动调节

    这套系统的难点在于其管路太长，水位测量信号与阀门动作之间的时间间隔过长是造成系统无法投入的主要原因。因此必须加入前馈信号，这个信号要反应在除氧器水位变化之前到来，而这个信号只能是总的给水流量信号。因为这个信号能够起到超前调节的作用：当给水流量增加时，除氧器水位肯定会陆续下降，在下降到一定值的时候，除氧器水位调节门RM039才能打开，这样的调节势必就滞后了。如果在总的给水流量刚一增加时，RM039就能打开，这样的调节就可以保证除氧器的水位不变化了，从而也解决了由于管路长带来的弊病，这也是我们所希望的。

    实践证明，当刚一点炉时，由于给水流量增加的速度太快，会使RM039这套系统振荡，所以必须对总的给水流量信号进行线性化处理。即在该信号之后加入分段线性函数算法块，从而解决该系统振荡的问题。这样该系统就组成了一个带有前馈调节的负反馈调节系统。这样的设置不仅减少了系统产生的外扰，而且也解决了系统产生的静态偏差。虽然解决了调节系统产生的静态偏差，但解决不了由于负反馈回路所带来的动态偏差。因此我又引入了动态负反馈，所谓的动态负反馈就是将阀门的反馈信号经过微分算法处理后再加入PI算法中（注：“动态负反馈”一词是作者所提出的，对否还请读者共议。），这种动有静无的工作方式就彻底地解决了动态偏差及内扰所带来的影响。

    原理如下：
    I测+I反+I函=Ig

    其中I测---水位测量信号

    I反---是经过微分后的阀门开度信号

I函-----是经过线性处理后的给水流量信号

    Ig---是定值信号

   当阀门有动作时，I反是参与调节的。阀门没有动作时，其不参与调节，这种动有静无的特性就消除了系统的动态偏差。使给定值与被调量的测量值之间的偏差就不受负反馈回路的影响了，从而其动态偏差也就减小了。

    3.2 低加组的自动调节系统的改造方案

    首先我认为低加组系统中的难点在于2#低加，而且2#低加是混合式的，从汽水系统图上也可以看出。2#低加的水位的影响源有三个，一是RM037对它的影响：二是RM039对它的影响：三是RN788对它的影响。在调节回路中，必须把这些因素考虑进去。也就是说：当RM039打开时，让RM038也开一些，这样2#低加的水位将会等于给定值了，也就是水位不变了。另外的两个因素也是这样的。但实践证明，系统在负荷不变的情况下，后两个因素对其影响不大，主要是受RM039控制非常大了，而且无论参数如何调整，RM038的自动调节效果都不是很好。而当负荷波动时，只有RM039的这个超前信号还是不够的，况且RM039的这个超前信号还是有些滞后的，那么就必须寻求到一个比RM039还提前的量，才能解决此问题。而此信号也只有总的给水流量信号才能代替，有了这个经线性处理的信号后，负荷的平稳或波动对水位的影响就可以解决了，并且还可以代替后两种因素对2#低加水位的影响。

    其次是1#低加水位自动的投入了，因为此系统前方有一个单元除盐装置，其入口压力不大于0.9MPa，入口和出口的压力差不能大于0.4MPa，否则，单元除盐装置将被损坏。换言之，也就是说RM037的这个调节门不允许大幅度地开、关。但这套系统如按单回路或单参数处理，那么其跟踪能力不仅下降了，而且调节品质极差，况且当Ⅰ级凝泵的两台凝泵都运行时，RM037就更无法投入自动调节了。在实践中，我引入了除氧器水位调节门RM039的反馈信号和经分段线性函数运算后的总的给水流量信号共同组成的带有超前调节的动态负反馈回路。其动态负反馈的构成是将RM037的阀门反馈信号进行微分后加入PI算法中。

    再次是3、4#低加的水位自动，由于这两台低加都是表面式的，因此其自动的投入较简单一些。3、4#低加自动的组成都引入经线性处理的给水流量信号，只不过3#低加自动的回路中多了一个4#低加水位调节门RN786的反馈信号而已。（全部图纸附后）

3.3 原理图说明

   原理图中算法块的含义：我厂的РЁМИКОНТ（雷米康）调节器是微机式调节器，固定存储器中共有8个区45种算法，如：P、PI、逻辑、标准脉冲算法等。

    1.1～1.5算法块：是45种算法中的16号算法，即带有PI调节的标准脉冲输出算法。

    1.6～1.7算法块：是45种算法中的20号算法，即微分算法。

    1.8算法块：是45种算法中的40号算法，即分段线性函数算法块。
    БРУ-32：是带有手/自动切换和位反指示的手动操作器。

    ПБР-3А：是～380V的无触点可逆启动器，通过它可以完成电机的换相操作。

    执行机构及反馈装置:执行器的电机是～380V／120W的 ,位反输出4～20mA•DC。

    a.原理图1的说明

   原理图1是除氧器水位自动调节原理框图,原理如下:由除氧器水位变送器RL507(量程0～40KPa,输出电流20～4mA•DC)所测得的被调量信号送入带有PI调节的标准脉冲输出算法块16的2端子(注:16号算法块是1、2、3输入端子的求和与4、5输入端子的求和后再求和，所得的偏差经反相后通过PI运算，输出标准脉冲信号去控制ПБР-3А，从而控制阀门。其中K2、K3、K4、K5是对应于2、3、4、5输入端子的比例系数，输入1端子没有比例系数，故很少使用。在算法中，有积分时间T1：微分时间T2：滤波时间T3：比例系数K6：平衡时间T4：执行机构行程时间T5：调节器不灵敏区H5等等。)，RM039的反馈信号经20号微分算法块微分运算后进入3输入端子（此处设计即为作者引入的动态负反馈），4输入端子的信号就是总给水流量信号经40号分段线性函数算法块分段线性处理后的超前调节信号。三个信号在16号算法块中求和并经PI运算后，输出标准脉冲信号去控制ПБР-3А，再由其去控制调节门RM039的开、关，使被调量等于给定值。
该算法的特点是负偏差时关门，这样调节门是入口门还是出口门，则执行器的开关方向就取决于主信号（水位信号）的比例系数取正还是取负了。是入口门时，主信号和反馈信号的比例系数取同相。是出口门时，主信号和反馈信号的比例系数取反相。主信号的系数取100%，其他信号根据实际要求取10～20%。该系统的算法设置的是静平衡，即T4=1999，其中1999为最大的时间值，其他参数的设置根据系统的要求随时调整。

   试凑算法块中各参数，使衰减率ψ在0.75～0.9之间为佳。经过负荷涨落的实验，这套系统的跟踪能力是极强的，而且调节品质良好。   
                                   
   b.原理图2的说明

   原理图2是低加组的自动调节原理框图，原理基本同原理图1，只不过低加组的水位变送器的量程都是0～10KPa的，算法块中参数略有不同而已,此处不在叙述。低加组及除氧器水位调节原理框图基本相同,调节机理一致，也非常简单，所以作者在此没有画出。

    4  结束语

    总之，经过我们对低加组及除氧器水位自动的改造，将其改为一套完整的复合回路，既解决了系统产生的外扰，也解决了系统产生的内扰，成功地将其全部地投入了自动调节。不仅提高了这五套自动调节系统的跟踪能力，而且大大地改善了系统的调节品质，即降低了运行人员的劳动强度，减少了误操作的发生，又提高了发电厂的经济效益，达到了预期的调节效果和目的, 并且整套回路符合衰减率的要求，同时也提高了自动投入率，极大限度地减少了由这些自动的无法投入而造成的非计划停运。这些自动调节系统的投入，提高了机组的热效率，最大限度地发挥朗肯循环的热力作用，为伊敏发电厂的安全、经济、稳定运行打下了坚实的基础，并为自动调节在电厂中的应用而写下重重的一笔。