300MW機組過熱汽溫控制系統設計

史堃 李治國

300MW機組過熱汽溫控制系統設計

史堃 李治國

300MW單元機組過熱汽溫控制通常采用分段控制系統，由二段相對獨立的串級控制構成，串級控制系統對改善控制過程品質極為有效。過熱汽溫的控制系統對于電廠的安全經濟運行都非常重要，整個系統是維持過熱器出口蒸汽溫度保持在允許的范圍內，并且保護過熱器是管壁溫度不超過允許的工作溫度。

電力系統；過熱汽溫；串級控制

1 過熱汽溫控制系統概述

過熱蒸汽溫度控制的意義和任務：

鍋爐過熱蒸汽溫度是影響機組生產過程安全性和經濟性的重要參數。現代鍋爐的過熱器是在高溫、高壓的條件下工作的，過熱器出口的過熱蒸汽溫度是機組整個汽水行程中工質溫度的最高點，也是金屬壁溫度的最高處。過熱器采用的是耐高溫高壓的合金鋼材料，過熱器正常運行時的溫度已接近材料所允許的最高溫度。如果過熱蒸汽溫度過高，容易損壞過熱器，也會使整齊管道、汽輪機內某些零部件產生過大的熱膨脹變形而毀壞，影響機組的安全運行。如果過熱蒸汽溫度過低，將會降低機組的熱效率，一般蒸汽溫度每降低5～10℃，熱效率約降低1%，不僅增加燃料消耗量，浪費能源，而且還將使汽輪機最后幾級的蒸汽溫度增加，加速汽輪機葉片的水蝕。另外，過熱蒸汽溫度降低還會導致汽輪機高壓部分級的焓降減少，引起各級反動度增大，也對汽輪機的安全運行帶來不利影響。所以，過熱整齊溫度過高或過低都是生產過程不允許的。

過熱汽溫控制的任務是維持過熱器出口主蒸汽溫度在允許的范圍內，并對過熱器進行保護，使管壁金屬溫度不超過允許的工作范圍。正常運行時，一般要求過熱器出口蒸汽溫度與額定值偏差不超過±5%。

影響過熱出口蒸汽溫度變化的原因很多。歸納起來主要有：①蒸汽流量擾動下；②煙汽熱量擾動下；③減溫水量擾動下。本次課題是以減溫水的擾動為例來研究過熱汽溫控制系統。

過熱汽溫調節對象的動態特性是指引過熱汽溫變化的擾動與汽溫之間的動態關系。引起過熱蒸汽溫度變化的原因很多，歸結起來，過熱汽溫調節對象的擾動主要來自三個方面：蒸汽流量變化（負荷變化），加熱煙汽的熱量變化和減溫水流量變化（過熱器入口汽溫變化）。通過對過熱汽溫調節對象做階躍實驗，可得到在不同擾動作用下的對象動態特性。它們均為有遲延的慣性環節，但各自的動態特性參數值有較大差別。其中：為延遲時間，“為響應時間”，P為自平衡系數。

2 過熱汽溫的整定

2.1 常規過熱汽溫傳統控制策略

從動態特性的角度來看，改變煙汽側參數的調節手段比較理想，但具體實現比較困難，一般很少采用。而噴水減溫對過熱器的安全運行比較有利，所以盡管對象的調節特性不夠理想，但目前還是作為過熱蒸汽溫度的調節方法被廣泛采用。采用噴水減溫時，由于對象調節通道有較大的遲延和慣性，如果采用單回路反饋系統，調節器必須緩慢地動作，才能保證系統具有必要的穩定性裕量，這樣會增加調節過程中被調量的動態偏差。但在實際運行中，對過熱汽溫的控制要求較高，只允許有較小的汽溫控制偏差，所以有必要對單回路反饋調節系統進行改進。針對過熱汽溫被控對象通道慣性遲延大，被調量信號反饋慢的特點，可以從對象的調節通道中找出一個比被調量提前反應擾動的中間點輔助信號作為調節器的補充反饋信號，來有效地限制被調量的動態偏差，改善對象通道的動態特性。

目前在電廠采用的過熱汽溫自動調節系統主要有兩種，串級調節系統和采用導前汽溫微分信號作為輔助信號的雙回路調節系統。

2.2 過熱汽溫串級調節系統的組成

關于導前汽溫的的選取，如果導前汽溫信號選取過于提前，則副回路改善動態特性的作用就小了，而如果導前汽溫信號很接近被調量過熱器出口汽溫，提前反應擾動的作用就不大了，因此，選取導前汽溫信號，既要使它能提前反應較多擾動，又要使副回路能起到有效改善調節對象特性的作用。基于以上考慮，系統中采用減溫器出口處汽溫t，作為輔助調節信號（稱為導前汽溫信號）。顯然，如果有某種擾動，比如減溫水流量的自發變化，使得汽溫t，比t2提前反應，由于副調節器的提前動作，就能十分有效的減少過熱器出口的偏差。整個汽溫被控對象的動態特性主要由兩部分組成：

（1）以噴水調節閥開度作為輸入信號，減溫器出口溫度t，作為輸出信號的對象，這部分調節通道稱為導前區，傳遞函數為G，（s）。

（2）以減溫器出口汽溫t。為輸入信號，過熱器出口汽溫t2為輸出信號的通道，這部分調節通道為對象惰性區，傳遞函數為Gz（s），顯然導前區 G，（s）的遲延與慣性要比 JJ：性區 Gz（s）的慣性小得多。

串級控制系統能改善控制品質，主要是由于有一個快速動作的內回路存在。導前汽溫信號能快速反映擾動，尤其是減溫水側的自發性擾動，只要導前汽溫信號變化，內回路就立即動作，用副調節器的輸出控制減溫水量，使導前汽溫信號維持在一定的范圍內，從而使過熱汽溫基本不變。當主汽溫偏離給定值時，則由主調節器發出校正信號，通過副調節器及執行器改變減溫水量，使主汽溫最終恢復到給定值。主調節器的輸出信號相當于副調節器的可變給定值。

可見，在串級過熱汽溫控制系統中，內回路的任務是盡快減溫水量的自發性擾動和其他進入內回路的各種擾動，對過熱汽溫的穩定起粗調作用，副調節器一般可采用P或PD調節器；而外回路的任務是保持過熱汽溫等于給定值，所以主調節器可采用PI或PID調節器。

3 結論

本文是一篇應用基礎性論文，主要以300MW機組過熱汽溫控制系統設計為例，論述了300MW機組過熱汽溫控制系統設計和對300MW機組過熱汽溫控制系統及控制系統工作原理進行分析。

同時希望本文所做的工作，能起到一個拋磚引玉的作用，為今后火電廠300MW機組過熱汽溫控制系統的改革研究提供更廣闊的思路。

[1]李平康.現代工程師實用數字化技術.中國電力出版社，2000，5.

[2]白焰，吳鴻，楊國田.分散控制系統與現場總線控制系統.2001，3.

[3]邊立秀，等.熱工控制系統.中國電力出版社，2002，1.

TM621.6

A

1004-7344（2016）07-0095-01

2016-2-20

史堃（1981-），男，山東人，大學本科，學士學位，研究方向為生產過程自動化控制及應用，任項目經理。

李治國（1979-），男，內蒙古呼和浩特人，本科，學士學位，研究方向為電氣控制與自動化控制研究與應用，任項目經理。