減溫水系統自動調節技術改進的應用實踐

孫立新，楊敏

（兗礦集團南屯電力分公司，山東鄒城 273515）

1 引言

自動控制系統的調節參數在系統調試過程中已設定好，但是在控制系統的運行過程中，由于各種因素的變化會導致這組初始的調節參數不再適合當前的控制系統，從而導致自動調節系統的調節品質不是處在最優狀態甚至惡化，所以要對自動調節系統的調節參數進行優化，提高調節品質，滿足生產運行對自動調節的要求。本文主要介紹在霍尼韋爾TPS3000的DCS 系統中對減溫水自動調節系統進行技術改進的應用實踐。

2 減溫水自動控制簡介

圖1 減溫水系統的控制流程圖

該電站鍋爐過熱汽溫度調節設計兩級噴水減溫控制，采用串級調節。Ⅰ級減溫水的主調節器響應二級過熱器出口溫度值和設定值之間的溫差，副調節器響應主調節器和一級過熱器出口蒸汽溫度之間的溫差，使離開二級過熱器的蒸汽溫度控制在（480±5）℃。Ⅱ級減溫水的主調節器響應三級過熱器出口溫度值和設定值之間的溫差，副調節器響應主調節器和二級過熱器出口蒸汽溫度之間的溫差，使離開三級過熱器的蒸汽溫度控制在（535±5）℃。

3 減溫水對生產系統的影響

鍋爐出口過熱蒸汽溫度通過鍋爐減溫水進行控制和調節，減溫水系統調整不當會出現過熱蒸汽溫度過高或過低的現象。如果過熱蒸汽溫度過高會導致金屬溫度過高、蠕脹增強，降低管道壽命，當金屬溫度超過允許極限溫度,在管內壓力作用下產生塑性變形，導致超溫爆管，造成停爐事故。主蒸汽溫度持續超溫20min，則汽輪機使用壽命降低一年。如果過熱蒸汽溫度過低將會降低全廠熱效率，蒸汽溫度每降低10℃，將使循環熱效率下降0.5‰，多耗燃料0.2%。

對減溫水的運行情況進一步分析，2010 年主汽溫度超溫運行時間為65h，低溫運行時間為946h；而且發生爆管事故一次，停爐9d；因主汽溫度不穩定全年累計多消耗原煤1655t、煤泥4162t；影響的負荷1056 萬kW·h。因減溫水的自動調節效果差，崗位人員更傾向于選擇手動調節，減溫水自動調節投入時間僅占全部運行時間的51%，減溫水手動調節時主蒸汽溫度異常的時間占全部異常情況的60%，自動調節時主汽溫度異常的時間占全部異常時間的40%，自動調節效果明顯高于手動調節效果，因此需要通過提高減溫水系統的自動調節品質來保證自動調節投入時間，穩定鍋爐出口的主蒸汽溫度。

4 減溫水系統自動調節存在的問題

（1）經實際觀察和現場測量發現減溫水系統的部分輸入輸出信號波動較大，該類信號被系統采集后，經邏輯進入PID 運算會導致自動調節輸出波動頻繁，減溫水系統投入自動調節時調節閥振蕩頻繁，從而影響自動調節系統的穩定性，造成主蒸汽溫度不易控制，嚴重時會導致自動調節執行器的電機過熱燒毀。

（2）霍尼韋爾TPS3000的DCS 系統對模擬量的自動調節采用PID 控制：P為比例、I為積分時間、D為微分時間。觀察Ⅰ級減溫水系統的自動調節輸出曲線，曲線漂浮而且波動周期長，分析原因應該是P 比例設置偏大和I 積分偏小，調節系統靈敏度過高，導致“超調”形成振蕩；Ⅱ級減溫水自動調節輸出曲線出現連續的偏差波峰，持續存在靜態偏差。分析自動調節效果，鍋爐負荷穩定時Ⅰ級減溫水系統投入自動調節時振蕩頻繁，造成二級過熱器的蒸汽溫度波動幅度大；鍋爐負荷變化較大時Ⅰ級和Ⅱ級減溫水自動調節都不及時，不能及時響應系統參數的變化，如果持續使用自動調節容易造成主蒸汽溫度超溫，改為手動調節又容易造成主蒸汽溫度過低。因此減溫水控制系統的自動調節品質不太理想。

5 減溫水自動控制的改進方法

針對以上存在的問題需要對減溫水系統的控制信號進行抗干擾處理，提高信號的穩定性，同時對控制系統調節器的PID 參數進行調整，以優化減溫水自動調節系統的調節品質，提高減溫水自動調節系統的快速性、準確性和穩定性。

5.1 信號增加隔離器

對減溫水調節系統的控制信號進行統計梳理，進入DCS 控制的共有信號13個，經過測量確認共有4個模擬量的輸入（AI）信號的波動幅度超出規程要求，根據DCS系統和PID 邏輯運算對模擬量信號的要求，在DCS的控制柜內增加MSC300 型信號隔離器，對隔離器輸出的信號進行測量，信號在1s 內的的波動≤0.1mA，輸出信號的穩定性明顯提高，達到系統對模擬量信號的要求。在DCS的控制柜內安裝信號隔離器后的信號控制流程如圖2。

圖2 增加信號隔離器后的信號傳輸示意圖

5.2 重新設置自動調節PID 參數

PID 控制參數整定的方法主要有兩種：第一種是理論計算整定法，此法注重理論，實際工程應用非常繁瑣，需要不斷調整，才能為工程所用；第二種是工程整定方法，此法較易在工程中實現，主要有臨界比例度法、衰減曲線法和經驗湊試法。根據生產實際及技術人員的操作經驗，此次對減溫水系統的PID 參數設置采用臨界比例度法。

選擇鍋爐負荷運行穩定的情況下進行PID 參數設置，PID 參數的設置順序為先比例，后積分，最后微分，因此保持比例設置不變，積分時間設到最大，微分時間設置為零，關閉積分和微分作用，使其成為純比例調節，然后改變PID 調節的設定值SP，使SP 值作一階躍變化，觀察由此而引起的PID 調節的輸出曲線，根據其曲線振蕩情況看測量值振蕩的變化，如果是衰減的就適當減小比例度；如果是發散的就適當放大比例度。臨界比例P的取法為：如果測量值按恒定幅度和周期發生振蕩，持續4～5 次等幅振蕩，此時的比例度示值就是P 值。

從振蕩示意圖來看，臨界周期Tk就是來回振蕩1 次的時間。可以從DCS 控制系統中直接看到Tk值，如圖3 所示。

圖3 臨界振蕩過程

根據表1中的經驗公式可求出控制器的P、I、D 參數值（此時臨界比例度P 和臨界周期Tk已知）。

表1

6 減溫水系統自動調節優化的效果

減溫水系統自動調節優化之后，每臺鍋爐的減溫水月平均自動投入時間都在600h 以上。自動調節系統的優化之前鍋爐主蒸汽每天都會出現超溫運行的情況，優化之后連續一個月沒有出現主蒸汽溫度超溫運行的情況，同時鍋爐運行最長周期達到126 天沒出現過爆管事故。自動調節系統的優化之前鍋爐滿負荷運行的工況下一天的減溫水量為380t，優化后鍋爐滿負荷運行的工況下一天減溫水量在300t 以下。

減溫水系統自動調節參數的優化，較好地實現了對鍋爐主蒸汽溫度的控制要求，減溫水自動調節可靠投入率達到85%以上，保證了機組的安全、穩定、經濟運行。同時該系統的技術改造也為同類型系統進行技術改造提供了參考和借鑒經驗。

［1］于臨秸.鍋爐運行［M］.北京：中國電力出版社，2006.

［2］孟華.自動控制原理［M］.北京：機械工業出版社，2011.

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