國產330MW機組模擬量控制系統優化

摘 要：2016年4月25日至4月28日對大唐甘肅發電有限公司西固熱電廠2號機組進行了模擬量控制系統優化并進行了擾動試驗，優化項目主要包括：磨煤機一次風量控制系統、磨煤機出口溫度控制系統、汽包水位控制系統、除氧器水位控制系統等。通過對機組主要自動控制系統的性能優化及試驗，使機組各主要自動控制系統的調節速度和調節精度滿足相關規程的要求

關鍵詞：模擬量控制；系統；優化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.23.161

1 前言

大唐甘肅發電有限公司西固熱電廠2號機組（330MW）配套2號爐（1100t/h）于2009年3月投產運行。2號機組鍋爐為武漢鍋爐廠生產的WGZ1100/17.5-1型亞臨界、自然循環、單爐膛、一次中間再熱、四角切向燃燒、平衡通風、固態排渣、微正壓氣力除灰、全鋼架懸吊、緊身封閉結構、“∏”形布置汽包爐。可以定壓運行，也可采用定—滑—定的運行方式，可以帶基本負荷或調峰。汽輪機為東方汽輪機廠生產的CC330/208-16.7/1.5/0.4/537/537型亞臨界、中間再熱、三缸雙排汽、抽汽凝汽式汽輪機。發電機為東方電機股份有限公司制造的QFSN-330-2-20同步交流發電機，勵磁方式為機端變壓器靜止整流的自并勵勵磁系統。發電機冷卻方式為水、氫、氫，即定子繞組（包括定子引線，定子過渡引線和出線）采用水內冷，轉子繞組采用氫內冷，定子鐵芯及端部結構件采用氫氣表面冷卻。DCS調節控制系統為杭州和利時MACSV系統，DEH調節控制系統采用東方汽輪機廠配套的美國西屋公司Ovation系統。

2 優化目的

模擬量控制系統控制策略優化及定值擾動試驗是通過對機組主要自動控制系統的性能測試試驗，測試機組各主要自動控制系統的調節速度和調節精度是否滿足相關規程的要求。通過試驗發現影響各主要自動調節品質的設備因素和邏輯因素，便于機組檢修期間進行設備治理和控制策略修改。

3 優化標準

（1）《火力發電廠模擬量控制系統驗收測試規程》（DL/T 657-2006）。

（2）《火力發電廠分散控制系統驗收測試規程》（DL/T 659-2006）。

（3）《電力建設施工質量驗收及評價規程》第4部分：熱工儀表及控制裝置（DL/T5210.4-2009）。

（4）《防止電力生產事故的二十五項重點要求》（國能安全[2014]

161號）。

（5）大唐甘肅發電有限公司西固熱電廠2號機組集控運行規程。

（6）大唐甘肅發電有限公司西固熱電廠2號機組輔機運行規程。

4 優化項目

西固電廠2號機組模擬量控制系統優化及定值擾動試驗范圍主要包括：磨煤機、汽包水位、除氧器水位等控制系統，具體項目見下表4：

5 優化內容及結果

5.1 優化前工作

控制策略優化及定值擾動試驗進行前，需對調節系統進行全面檢查，主要包括：水位、流量等計算或校正回路，信號處理；手/自動跟蹤和無擾切換邏輯；自動切除條件；PID死區、方向和參數設置；執行機構限幅等。通過觀察機組檢修啟動后各個調節系統定值擾動或變負荷調節曲線，得出調節系統的調節品質，對于調節品質不達標的調節系統分析存在問題和原因，以及提出解決措施。

5.2 優化過程及試驗結果

5.2.1 磨煤機控制系統

2號機組配備有5臺中速直吹式磨煤機，每臺磨煤機一次風自動控制系統采用磨熱一次風擋板和磨冷一次風擋板分別控制磨一次風量和磨煤機出口溫度。磨煤機一次風量控制系統為隨動控制系統，PID控制器實際值為磨入口一次風流量二取均，設定值為給煤機給煤率折算函數，運行人員可通過手動增加或減少一次風量偏置來修改設定值。磨煤機出口溫度控制系統為單回路控制，實際值為磨出口風溫三取均，運行人員可手動增加或減小溫度設定值。

邏輯修改如下：

優化前：磨出口溫度共六個測點，其中測點一二、三四、五六位置兩兩接近，原控制邏輯采用測點一、二、三取均值后作為PID輸入。無法體現測點五六所在位置的溫度變化情況。

優化后：采用測點一、三、五取均值作為PID輸入，保證測點選取具有代表性。

A磨一次風量控制系統于2016年4月28日11：07至11：10進行了幅度為3t/h的定值擾動試驗。

參數修改如下：

優化前：PT：200；TI：120

優化后：PT：55；TI：150

C磨一次風量控制系統于2016年4月28日15：17至15：20進行了幅度為3t/h的定值擾動試驗。

參數修改如下：

優化前：PT：200；TI：120

優化后：PT：63；TI：150

D磨一次風量控制系統于2016年4月28日15：22至15：28進行了幅度為3t/h的定值擾動試驗。

參數修改如下：

優化前：PT：200；TI：120

優化后：PT：60；TI：150

E磨一次風量控制系統于2016年4月28日15：35至15：38進行了幅度為3t/h的定值擾動試驗。

參數修改如下：

優化前：PT：200；TI：120

優化后：PT：55；TI：150

A磨一次風溫控制系統于2016年4月28日10：21至10：30進行了幅度為3℃的定值擾動試驗。

參數修改如下：

優化前：PT：85；TI：120

優化后：PT：25；TI：120endprint

5.2.2 汽包水位控制系統

鍋爐給水控制系統包括兩臺汽動給水泵一臺電動給水泵，正常運行時電泵備用，通過汽動給水泵轉速控制汽包水位。試驗時機組負荷大于30%控制系統處于串級三沖量調節方式，采用主蒸汽流量前饋控制，主調PID控制器實際值為汽包水位三取中，運行人員可手動增加或減小水位設定值。副調PID控制器實際值為鍋爐給水流量三取中后與減溫水流量之和，主調PID控制器輸出作為副調PID控制器設定值，三臺給水泵一拖三控制。

邏輯修改如下：

優化前：汽包水位三取中作為PID控制器輸入，無濾波。不符合控制系統響應特性。

優化后：汽包水位三取中后增加3S濾波（一階慣性環節）。

汽包水位控制系統于2016年4月27日18：07至18：22進行了幅度為30mm的定值擾動試驗，經過對調節系統參數優化，最終保證了調節系統穩定時間、衰減率、動靜態超調量等指標均達模擬量控制系統驗收規程要求。

參數修改如下：

優化前：主調PT：130；主調TI：300；副調PT：200；副調TI：230

優化后：主調PT：105；主調TI：280；副調PT：90；副調TI：85

5.2.3 除氧器水位控制系統

機組凝結水系統采用凝泵變頻控制除氧器水位，凝結水系統共三臺凝泵，正常運行A凝結水泵變頻維持除氧器水位。根據機組負荷采用單、三沖量無擾切換。三沖量控制方式下主調采用給水流量前饋控制。主調PID控制器實際值為除氧器水位三取中，運行人員可手動增加或減小水位設定值。副調PID控制器實際值為凝結水流量二取均，主調PID控制器輸出作為副調PID控制器設定值。

除氧器水位于2016年4月25日07：45至08：10進行了幅度為20mm的定值擾動試驗，調節系統穩定時間、衰減率、動態和靜態超調量等指標均達模擬量控制系統驗收規程要求。

5.3 其他自動控制系統邏輯優化

5.3.1 爐膛負壓控制系統邏輯優化

爐膛負壓控制系統為兩臺引風機動葉調節爐膛負壓，爐膛負壓四取均后加慣性滯后環節處理，作為系統PID輸入。系統采用送風機動葉指令前饋控制，兩臺引風機一拖二控制，可通過手動修改爐膛負壓設定值。

邏輯修改如下：

優化前：（1）引風機動葉自動切除條件不完善，缺少執行器反饋壞質量切自動邏輯；

（2）爐膛負壓設定值與實際值偏差大于200pa切自動邏輯未考慮RB工況下爐膛負壓可能大幅變動的問題。

優化后：（1）引風機動葉反饋壞質量，延時2S切換至手動控制；

（2）非RB狀態下，爐膛負壓設定值與實際值偏差大于200pa，切換至手動狀態。

5.3.2 總風量控制系統邏輯優化

總風量控制系統為兩臺送風機動葉調節鍋爐二次風量，進而滿足鍋爐總風量需求，鍋爐總風量信號為制粉系統五臺磨煤機一次風量與左右側二次風量總和。總風量控制系統為隨動控制系統，其設定值為總燃料量函數與鍋爐主控函數取大值，保證升負荷先加風再加煤，降負荷先減煤再減風，然后經氧量校正，運行人員可根據鍋爐運行情況手動增加或減少總風量設定值偏置。控制系統采用單回路一拖二控制。

邏輯修改如下：

優化前：送風機動葉自動切除條件不完善，缺少執行器反饋壞質量切自動邏輯。

優化后：送風機動葉反饋壞質量，延時2S切換至手動控制。

5.3.3 氧量控制系統邏輯優化

鍋爐氧量控制系統通過氧量調節PID輸出校正總風量設定值。氧量信號為兩側空預器入口及出口氧量均值，氧量設定值為機組主蒸汽流量折線函數，運行人員可通過手動增加或減少氧量設定值偏置。

邏輯修改如下：

優化前：（1）氧量信號共四個測點，分別布置為左右側空預器入口及出口。原邏輯當四個測點均為壞點時氧量調節切換為手動方式。

（2）氧量設定值為主蒸汽流量折線函數，與實際運行氧量控制要求偏差較大，詳見表5：

優化后：（1）當任意一側空預器入口及出口氧量測點均為壞點時氧量調節切換為手動方式，保證氧量測量值不具有代表性時及時切除自動。

（2）氧量設定值函數修改為下表6：

（3）修改邏輯使得氧量調節僅在機組穩態下參與總風量校正，即負荷指令變動時氧量PID閉鎖輸出，避免升降負荷時氧量校正導致總風量反向調節。

6 結論及建議

優化及試驗期間，依次進行了磨煤機一次風量定值擾動試驗、磨煤機出口溫度定值擾動試驗、汽包水位定值擾動試驗、除氧器水位定值擾動試驗等共四項試驗。

6.1 建議

（1）磨煤機熱風調節擋板普遍存在執行機構卡澀問題。在實際運行中，執行機構實際動作情況與控制指令存在明顯偏差，影響調節系統的調節品質。建議利用機組檢修機會對磨煤機熱一次風調節擋板進行檢查，保證閥門動作靈敏度滿足自動調節要求。

（2）C、D、E磨煤機冷風調節擋板存在執行機構線性差、調節裕度不足的問題。在實際運行中，發現C、D、E磨煤機冷風調節擋板大幅變化但對應磨煤機出口溫度無明顯變化，部分工況下冷風調節擋板全開或全關磨煤機出口溫度仍無法控制在設定值范圍內。建議利用機組檢修機會對磨煤機冷風調節擋板進行檢查，并進行熱一次風量標定工作，保證冷風調節裕度和線性滿足溫度控制要求。

（3）汽包水位在定值擾動30mm時，衰減率、穩定時間均能滿足規程要求。

（4）除氧器水位在定值擾動20mm時，衰減率、穩定時間均能滿足規程要求。

（5）引風機存在液壓缸漏油缺陷，導致引風機液壓系統調節性能變差，調節死區大。影響爐膛負壓控制系統的響應速度和調節品質。建議利用機組檢修機會進行處理后，投入爐膛負壓自動。

（6）由于機組正常運行時一次風壓波動大，在缺陷處理完成前無法投入一次風壓自動。建議利用機組檢修機會對相關設備如變頻器進行檢查，解決風壓波動問題后投入一次風壓自動，保證鍋爐燃燒及時響應。

（7）過再熱減溫水調門存在閥門流量特性差、漏流量大的問題。建議解決減溫水調門相關問題后，投入減溫水自動。

6.2 結論

通過對大唐甘肅發電有限公司西固熱電廠2號機組模擬量控制系統定值擾動及優化試驗，驗證了除氧器水位控制系統的調節品質合格；同時，對磨煤機一次風量、磨煤機出口溫度、汽包水位等系統進行了邏輯完善和參數優化調整，保證了調節品質達標，為機組的安全經濟運行提供保障。

作者簡介：張凱（1979-），男，甘肅天水人，本科，專工，研究方向：自動化。endprint