國產百萬機組給水流量控制異常分析

摘 要：本文介紹了百萬機組直流爐正常運行中出現的給水控制異常，運行人員只要通過合理的分析對欠水及過水量預判，把握煤水失調的程度，掌控關鍵參數趨勢，明確操作幅度，就能做好事故處理，保持機組安全運行。

關鍵詞：給水；焓值；PID

中圖分類號：TK223.7 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 24-0000-01

一、系統設備概況

廣東神華國華臺電6號機組為超臨界1000MW燃煤發電機組，鍋爐型號為SG3091/27.56-M54X。汽機采用上海汽輪機有限公司引進西門子技術生產的TC4F型汽輪機。發電機采用上海汽輪發電機有限公司的THDF 125/67型發電機。DCS系統采用杭州和利時自動化有限公司的MACS分散控制系統并實現模擬量控制系統（MCS）功能。

二、事件過程及控制

7月7日白班，6號機組AGC方式運行。調度曲線改變，機組開始加負荷，值班員啟動B制粉系統，并隨煤量增加緩慢開始增加B給煤機煤量，但由于B磨屬于下層磨，且B制粉系統一直存在啟動后會造成中間點溫度偏差增大的問題，中間點溫度開始飆升，值班員根據趨勢及時通過給水偏置逐漸增加給水量270t/h進行控制，中間點溫度上升到473℃后回落。由于已超過當時對應的高二報警值472℃，超馳降焓加水回路動作，焓值設定從正常的2840KJ/Kg快速減到當時對應的最小焓值2620KJ/Kg左右。值班員根據中間點下降較快的趨勢，又以較快的速度減回給水偏置，由于邏輯設定給水流量設定與實際值偏差大于150t/h即發閉鎖負荷增或者閉鎖減，這時出現了短時負荷閉鎖的情況。給水流量曲線開始呈波浪形下降，值班員用給水偏置逐漸加回，但給水流量加回后又開始繼續下降，煤水比下降到6以下，值班員判斷給水出現異常，隨后檢查汽泵及小汽輪機均無異常，退出協調，手動減煤并依次緊停B磨、F磨，解除給水自動手動加水控制中間點溫度，最終將中間點溫度控制最高499.8℃，避免了機組非停。

三、原因分析

（一）現象分析。經過檢查分析，在焓值設定并未出現異常變化，一直在按超馳回路動作情況下，給水指令出現了5次突降又回升的現象，直至最后運行人員解除給水自動。在這一個過程中給水控制的焓值調節器PID出現了數次切至“跟蹤”方式隨即又切回“自動”方式的情況，每切換一次PID的輸出就對應突變一次。

（二）給水波動原因。我們先通過干態給水流量設定的原理來說明焓值調節器PID與給水的關系。

干態下給水流量的設定基于以下公式：

給水流量設定值=蒸發器理論吸熱量÷（省煤器出口到分離器出口的實際焓增+焓值調節器的輸出）

其中，焓值調節器入口為焓值設定與實際一過焓值的偏差，出口作用到給水設定公式的分母上?？梢姡手嫡{節器輸出的快速增加也就導致了給水指令的快速下降。

而本套和利時軟件的PID微分功能存在不滿足實際需要的情況。和利時PID功能塊的微分功能設計為：（1）正常自動運行時，根據PID入口偏差的變化速率及方向（即變化趨勢）來計算；（2）PID投入自動的瞬間，不管實際工況如何，默認PID的入口偏差為0.然后在此基礎上進行計算。

針對本次事件，問題如下：由于超馳回路啟動，焓值設定與實際焓值的偏差為-200左右，屬于偏大的偏差，而當從“跟蹤”且回自動時由于默認入口偏差為0，PID的入口相當于瞬間經歷了一個由-200到0的斜向上方的反向且劇烈變化，這就導致了給水指令的瞬時反向調節，由于反向調節，給水減少而實際焓值增加，而設定值基本不變，入口負值增大，后一次切回自動時一個較大的負值從-277切回0相當于一個更大的反向斜率，因而微分環節輸出也反向加大，由此形成一個發散的惡性循環，直至最終PID輸出達到了上限1000。因此，正是由于PID發生切換時入口默認置0，而不是順接當前值的無擾方式導致了本次給水波動異常。

四、改進措施

鑒于以上原因，根本性避免此類問題需要從實現PID的無擾切換入手，使PID入口偏差在切換時可以實現平穩連續過渡，或者采取策略對PID進行運算升級，避免類似上面-200到0這一反向過程在PID微分上發揮作用。

（一）熱控方面。（1）負荷偏差大閉鎖機組增負荷條件由2MW放到700MW。（基本相當于取消該條件閉鎖增負荷）；（2）壓力偏差大閉鎖機組增負荷條件由1Mpa改為1.2Mpa，減少壓力閉鎖負荷幾率；（3）將給水焓值調節器的微分作用減弱：TD：30→10 KD：1.2→0.6。

（二）運行方面。主要原則是要盡量避免類似超馳動作后PID入口偏差過大切遇到負荷閉鎖而造成焓值PID切換的情況出現：（1）升負荷過程中，監視壓力偏差，當實際壓力比壓力設定值小接近1mpa時，可以手動通過壓力偏置降低壓力設定值，防止機組出現增負荷閉鎖報警；（2）啟動制粉系統時中，首先要手動降低磨煤機動態分離器轉速，其次煤量增加要緩慢，防止磨煤機突然出粉，最大限度的防止啟停制粉系統對鍋爐中間點溫度的影響；（3）機組升降負荷時，盡量提前啟停磨煤機，盡量避免在升降負荷的臨界點啟停磨煤機，防止給煤機的煤量大負荷波動，影響中間點溫度。

五、關于異常發生后事故處理的經驗總結

（一）由于這次異常主要發生在焓值調節PID內部，且無明顯報警，因而異常較為隱蔽，需要運行人員對水煤比及平時正常的給水變化趨勢有一定經驗。水煤比大于9或者小于6都應當引起值班員的高度關注。

（二）處理思路是通過給水波動的趨勢及指令與反饋是否一致迅速判明事故原因，發現給水泵出力本身未出現問題，集中精力處理給水與煤量的平衡。

（三）一般認為直流爐的給水不易控制，這是指在協調控制方式時給水的壓力與負荷、燃料易出現相互耦合的現象而不易自動調穩，但是如果在手動方式下，則采取給水與燃料定住一頭，另一頭跟蹤調整的方法，整個調節過程卻比較簡單。

六、結束語

百萬機組直流爐正常運行中最主要的是維持合適的水煤比。這次出現的給水控制異常主要還是體現在煤水比上，運行人員只要通過合理的分析對欠水及過水量預判，把握煤水失調的程度，掌控關鍵參數趨勢，明確操作幅度，就能做好事故處理，保持機組安全運行。

參考文獻：

[1]樊泉桂.超臨界鍋爐中間點溫度控制問題分析[J].鍋爐技術，2005（06）.

[2]何毅，羅自學，劉智.直流鍋爐燃料/給水比值控制的研究[J].湖北電力，2007（01）.

[作者簡介]郭帥（1987-），男，山西永濟人，集控運行值班員，大學本科，研究方向：熱能與動力。