300MW机组给水自动控制逻辑优化研讨

300MW机组给水自动控制逻辑优化研讨
李莉新;姜晓莉;吕世爽;孟宏杰
【摘要】针对大唐河北发电有限公司马头热电分公司300MW机组给水自动控制系统的调节无法满足机组不同工况的异常现象,以及控制逻辑存在的安全隐患,提出
合理的解决方案,优化和完善给水自动调节系统逻辑,以提高给水自动控制系统的调
节品质,达到给水自动控制系统适应不同的运行工况的目的.
【期刊名称】《工业技术与职业教育》
【年(卷),期】2017(015)001
【总页数】3页(P3-5)
【关键词】PID;单回路控制
【作者】李莉新;姜晓莉;吕世爽;孟宏杰
【作者单位】大唐河北发电有限公司马头热电分公司,河北邯郸056044;大唐河北发电有限公司马头热电分公司,河北邯郸056044;大唐河北发电有限公司马头热电分公司,河北邯郸056044;唐山工业职业技术学院,河北唐山063299
【正文语种】中文
【中图分类】TP273
大唐河北发电有限公司马头热电分公司300MW机组采用东方锅炉厂生产的亚临
界参数、四角切圆燃烧、自然循环燃煤锅炉，中间仓储式制粉系统，亚临界、一次中间再热、双缸双排汽抽汽凝汽式汽轮机。

300MW的火力发电机组具有大容量、高参数的特点，因此有相应的自动化功能与之相适应，这些自动化功能主要包括的
模拟量控制系统（MCS）就是其中之一，模拟量控制系统是在机组正常运行的工况下，对机组运行参数进行自动、连续地调节，使之维持在规定的范围内，或按一定的规律变化，以控制机组的运行工况。

给水控制系统是300MW机组模拟量控制系统的重要控制项目。

给水控制系统的首要任务是使锅炉的给水量适应锅炉的蒸发量，以维持汽包水位在允许的范围内，汽包水位正常是包装机组安全运行的必要条件。

300MW机组给水系统配置2台50%容量的汽动给水泵和1台50%容量的电动给水泵。

2台汽动给水泵作为机组正常运行时的投用，1台在机组启动时投用并作为汽动给水泵投用时的事故备用。

机组正常运行时,机前压力投入滑压运行方式，AGC指令自动变化时，受锅炉热惯性较大、入炉煤热值低、汽轮机调门流量特性不线性、汽轮机给水泵低负荷下流量特性差等原因限制，目前机组的汽包水位自动调节系统的动态调节品质不高，常常超出《火力发电厂热工自动化系统检修运行维护规程(DL/T774-2015)》对机组主要被调参数的动态、稳态品质指标要求[1]。

汽包锅炉的给水控制系统是指由启动给水泵出口旁路调节门、电动调速给水泵和汽动调速给水泵组成的单/三冲量给水控制系统、给水泵最小流量再循环控制系统。

给水调节的控制方式随着锅炉负荷的变化而进行改变，以满足汽包水位全程自动控制的需要。

特别在发电机组低负荷运行时，机组的蒸汽流量大约在480t/h，两台汽动给水泵的出口流量大约为240t/h，而汽动给水泵的入口流量保护联锁打开给水泵再循环门的定值为160t/h，给水自动投入时，在给水流量自身扰动或负荷扰动的情况下，比较容易引起由于正常给水调节而联开给水泵再循环电动门，造成锅炉汽包水位的急剧下降，极易引起锅炉汽包水位低的停机事故[2]。

目前大唐河北发电有限公司马头热电分公司300MW机组汽包水位自动控制系统在部分滑压运行区间调节也存在质量不好的现象，查询历史趋势发现汽包水位设定值和汽包水位发生较大变化时，给水控制系统中的调节参数汽泵给定值和汽动给水
泵转速参数随之波动较大，出现了参数异常，而其他调节参数给水流量、主汽流量、主汽压力等运行稳定，判断原因为汽动给水泵的转速调节环节为PID单回路控制
造成异常，出现了在异常工况下导致给水控制系统的调节参数已无法适应当前的工况，通过反复的调试检查控制回路组态不合理，控制逻辑中的汽动给水泵的转速调节环节为PID单回路控制，机组运行中PID调节器为各调节参数为单一固定值，
在机组运行工况发生较大变化时，由于调节对象的特性发生变化，造成单一的调节参数不能完全适应系统特性，导致系统发生振荡，控制指令出现周期振荡，致使调门出现摆动的异常现象[3]。

通过检查组态给水自动控制系统逻辑，判断为汽动给水泵切除自动逻辑执行顺序存在一定的安全隐患。

1）查询历史趋势发现锅炉汽包水位设定值35mm，测量锅炉汽包水位135.5mm，当偏差大于100mm时， 1号汽动给水泵自动调节切除，锅炉汽包水位设定值自
动跟踪水位的测量值。

调取当时的操作记录未发现手动操作记录，汽动给水泵转速、主汽压力、给水流量、主汽流量控制参数运行正常，其他切除自动的条件不具备，因此确认切除自动的条件为“锅炉汽包水位测量值与设定值偏差大于100mm”触发。

2）检查机组给水自动控制系统组态逻辑，2台汽动给水泵均设置有“锅炉汽包水
位测量值与设定值偏差大于100mm”切除自动的判断条件，逻辑关系正确[4]。

经深入分析，1号、2号汽动给水泵切除自动的判断条件完全相同，都是“汽包水位测量值与设定值偏差大于100mm”。

但由于1号汽动给水泵逻辑模块执行顺序在前，当1号汽动给水泵执行切除自动后，依据逻辑模块执行结果，同时将汽包
水位的设定值设置为测量值，导致判断条件发生改变（汽包水位测量值与设定值相同）。

此时，当2号汽动给水泵执行切除自动逻辑判断时，但由于判断条件已改变，切除自动条件不再具备，无法切除自动。

逻辑如图1、图2所示。

为提高给水自动控制系统的调节品质以及加强控制系统对发电机组各种工况的适应性，需要对汽包锅炉的给水自动控制逻辑进行改进和优化。

现逻辑中的汽动给水泵的转速调节环节为PID单回路控制，在线运行中PID调节器为各调节参数为单一固定值，在机组运行工况发生较大变化时由于调节对象的特性发生变化，造成单一的调节参数不能完全适应系统特性，引起汽动给水泵的不稳定运行，很容易导致系统失稳，汽动给水泵控制指令发生振荡。

因此有必要对现有的给水自动控制系统进行完善优化，在现有的转速单回路调节方式中增加1套单回路调节，即1套PID 调节器用在汽包水位调节系统中汽动给水泵投入远控自动的工况下，另一套PID 调节器用于MEH转速控制调节水位的工况下，并可实现两种工况间无扰切换，以达到使汽包锅炉的给水自动控制系统适应不同的发电机组运行工况的目的。

1) 逻辑优化后的300MW机组给水自动控制逻辑增加了在不同工况下两套不同参数PID调节器并可无扰切换的功能，以适应发电机组在不同工况下对锅炉汽包水位调节的要求。

汽动给水泵未投入遥控或投入遥控而未投入锅炉汽包水位自动时，选择现有的1套PID调节器参与汽包水位调节；当汽动给水泵投入遥控且投入锅炉汽包水位自动时，选择新增加的1套PID调节器参与汽包水位调节，2套PID调节控制均可无扰相互切换。

根据不同的发电机组工况对PID控制回路进行设置及整定相应参数。

汽包锅炉的给水自动控制系统优化后增加逻辑的示意图如图3所示。

如图所示锅炉汽包水位自动未投入时，汽包锅炉的给水控制系统由（现有）调节器2调节汽动给水泵转速，（新增）调节器1跟踪T 1的输出；汽动给水泵投遥控且锅炉汽包水位投入自动后，汽包锅炉的给水控制系统由（新增）调节器1调节，（现有）调节器2跟踪T 2的输出。

3）模拟运行工况，通过试验验证2个调节器可实现无扰切换功能。

在发电机组启
动前，2个调节器均使用原有PID参数。

机组负荷稳定，投入主给水自动后，对
调节器1的参数进行在线整定。

针对给水泵对象特性的差异设置不同的PID参数，以取得更好的控制效果。

4）对大唐河北发电有限公司马头热电分公司300MW机组汽包锅炉的给水自动控制系统中汽动给水泵切除自动逻辑的执行顺序进行进一步完善，更改后逻辑将两处相同逻辑锅炉汽包水位测量值与设定值偏差大于100mm”的判断条件合并为唯一的条件，这样在1、2汽动给水泵切除自动条件逻辑中同时调用同一个中间量（即汽包水位测量值与设定值偏差大），消除了两部分计算逻辑在组态逻辑中执行顺序存在不同情况的严重缺陷。

[5]如图4所示。

通过对大唐河北发电有限公司马头热电分公司300MW机组给水自动控制系统逻
辑优化和完善，解决了300MW机组汽包锅炉的给水自动控制系统在特殊工况下
存在的失稳问题，有效提高了300MW机组自动控制系统中汽包水位的动态调节
品质，提升了汽包水位自动调节的稳定和可靠，减轻了运行人员和检修维护人员的劳动强度，整体提高了公司机组的自动控制水平，保证了发电机组运行的安全性和经济性[6]。

【相关文献】
[1] 国家能源局. 火力发电厂热工自动化系统检修运行维护规程[M].北京:中国电力出版社，
2016:69-71.
[2] 王礼信. 600MW机组给水自动及协调控制逻辑优化方案[J].通讯世界，2016(10):14-15.
[3] 郗成超. 600MW机组启动阶段给水自动控制逻辑优化[J].热力发电，2014(05):31.
[4] 杨芳. 超超临界机组给水系统的建模与优化[D].河北: 华北电力大学，2012:39-44.
[5] 陈乃晓. 600MW机组锅炉给水自动调节系统控制逻辑优化[J].电力学报，2009(04):17.
[6] 朱北恒. 火电厂热工自动化系统试验[M].北京:中国电力出版社，2006:212-226.。