秦二廠1GFR油溫控制現狀及優化建議

王國慶

（中核核電運行管理有限公司運行三處，浙江 海鹽 314300）

0 引言

EH油系統是汽輪機控制系統的重要組成部分，秦二廠1、2號機組是由一個EH郵箱，兩臺并列的EH調節油泵，兩個油泵出口過濾器，9個高壓蓄能器、一套循環冷卻系統以及相應的管道和閥門組成。當EH油系統供油故障或非正常運行時將嚴重危及汽輪機安全穩定運行。其中EH油溫是否正常將直接影響能否正常執行其安全功能，油溫過高時，氧化速度加快，酸值增加，油質劣化；油溫過低，黏性增加，流動性能較差；同時油溫波動，將影響油壓隨之波動，可能導致油壓不足備用泵自動啟動或油壓降低導致汽輪機停機。

1 GFR油溫控制現狀

對于秦二廠1、2號機組GFR油溫通過以下幾種方式進行控制：（1）通過控制位于回油管線上冷油器冷卻水流量控制回油溫度，從而保證油箱溫度保持在允許范圍內；（2）DEH改造后回油量增加，技改新增一套循環冷卻系統對油箱進行循環冷卻；（3）油溫過低時采用泵出口循環加熱或投入電加熱器的方式對其加熱。

對于GGR和GHE系統，冷油器設置在泵的出口，控制用溫度探測器位于冷卻器下游，通過控制冷油器溫度保證供油溫度在正常范圍內。而對于GFR系統，冷油器布置在回油管線上（油箱上游），而其控制用溫度測量探測器設置在GFR001BA油箱處，基于這種控制方式，存在以下幾個問題：

（1）由于回油流量（約為40 L/min）相對于油箱容量較小，自動控制時通過控制冷油器冷卻水流量保證油箱溫度恒定，存在明顯滯后性和油溫波動。

（2）由于油箱容積較大（1140 L），在油箱內油未充分混合均勻的前提下，單側點油溫無法代表整體油溫，采用單側點溫度控制冷卻水閥門可能造成控制誤差。

（3）在1GFR外接濾油機進行濾油時，1GFR母管壓力較之前降低，1SRI119/180VD對油溫控制比較滯后，導致油壓波動較大，濾油期間需將1SRI119/180VD置于手動控制。

（4）針對上述情況目前機組通過調節冷卻水旁路閥門SRI117VD，使調節閥SRI119VD處于自動全開或全關狀態以達到控制油溫目的。具體見表1。

表1 調節閥開度

2 導致這種現象的原因

（1）控制冷油器和循環冷卻器冷卻水閥門的溫度信號來自油箱內溫度測點GFR011KT和GFR012KT，冷油器的回油流量大約為40 L/min，油箱容積為1140 L，冷油器回油流量相對油箱容積較小，通過控制冷油器溫度維持油箱溫度存在較大的滯后性。

（2）由于油箱容積較大，在回油油流未與油箱內油混合均勻的前提下，單個測點的溫度可能不能代表油箱整體溫度，由于測點溫度不具代表性導致控制精度不足。

（3）經咨詢儀控人員SRI119VD和SRI180VD處均為PI調節器，相關調節參數如下，考慮通過調節回油溫度保證油箱溫度穩定的滯后性，相關PI參數是否設置合理。

（4）當SRI119VD處于自動控制時，相關論證如下，假定SRI119VD在自動情況下，由于SRI水溫變化引起油溫0.5℃偏離整定值49℃，通過仿真結果如下：當GFR油箱處于一穩定運行狀態時，如果油箱由于外界因素引起油溫變化，在PI的控制下油溫首先會有一個大的油溫波動，最終油溫會處于一個小波動的一個震蕩，這就是機組目前的控制方式基本處于一個手動控制狀態。

3 關于油溫控制優化方面的建議

3.1 工藝系統方面的建議

（1）油溫控制的目的是保證向汽機主汽門和主調門及再熱調門供應EH油溫度在允許要求范圍內，可以考慮將回油管線上冷油器安裝至供油油泵下游，高壓蓄能器的上游，同時控制用油溫測點設置在冷油器下游，與GGR系統和GHE系統保持一致；對于油箱油溫采用現有循環冷卻系統保證油箱溫度在一定范圍內，具體分析見表2。

表2 工藝系統方面建議

采用以上控制方式，需改造的涉及內容較多，但最終控制效果理論上可以得到改善，油溫控制穩定，保證了機組安全穩定運行。

（2）目前GFR油箱設有5個溫度測點，其中GFR011KT用于控制閥門回油冷油器SRI119VD，GFR012KT用于控制循環冷卻水閥門SRI180VD，另外還有GFR001KT用于主控室KIT監視，其余為ST和就地LT。采用單個溫度計控制冷卻水閥存在這樣兩個問題，一是當該溫度計故障時將導致油溫出現較大幅度的波動；二是當油箱內油未混合均勻的前提下，單個測點的溫度無法代表油箱內油溫。三個溫度計在正常運行時其示數并不一致（每兩個相差1℃左右，最高和最低相差2℃），這說明油箱內油存在分層現象，上部油溫較高，下部油溫較低。

為了減小單個溫度測點造成的控制偏差，一方面可使回油油流與油箱內油充分混合，可在回油管線上增設攪渾裝置或采用噴嘴霧化的形式噴入油箱中；另一方面可加大油箱循環冷卻系統流量，以保證油流充分混合均勻；最后還可以采用多個測點取平均值來進行油溫控制。

具體分析結果見表3。

表3 工藝系統方面建議

3.2 控制方面的建議

目前SRI119VD和SRI180VD控制回路均采用PI調節調節器，具體參數見表4。

表4 調節器參數

由于液壓系統、冷卻器和油箱本質上是一種大時滯、非線性、時變系統，考慮到液壓油溫度還要受到環境溫度等其他因素的影響，采用常規的PI控制器難以實現對液壓系統溫度的控制。查詢資料可得，模糊控制較適用這種非線性時變系統，可考慮將PI調節系統改為模糊控制[1]。

4 建議

基于以上分析過程，主要有以下幾種改造方案：

（1）將GFR冷油器改至油泵出口，控制用溫度探頭設置在冷油器下游，保證供油溫度在要求范圍內，同時加大現有油箱循環冷卻系統流量保證油箱溫度處于正常范圍內。

（2）為了減小單個溫度測點測量造成的控制偏差，一方面可使回油油流與油箱內油充分混合，可在回油管線上增設攪渾裝置或采用噴嘴霧化的形式噴入油箱中，另一方面可加大油箱循環冷卻系統流量，以保證油流充分混合均勻；最后還可以增加溫度測點，采用多個測點取平均值來進行油溫控制。

（3）可采用模糊控制方法代替現有PI調節器，以克服由于PI調節器系統上的滯后性，減少自動控制時的油溫波動，保持油溫穩定。

結合改造成本及改造難度，筆者認為增加一個或兩個溫度測點，并且采用取平均值方式送往油溫控制回路（當測點故障時，自動改為一取一），這種優化方式最為簡單有效，其他改造方式或多或少會引入其他問題。增加控制回路油溫測點，減少由于單側點測量問題造成的控制偏差，且當單一溫度探測器故障時，可防止油溫大幅度波動，保證機組安全穩定運行。