MW机组除氧器水位控制系统的改进与应用

125MW机组除氧器水位控制系统的改进与应用1问题的提出火电机组自动调节系统中，按常规单回路系统结构设计的除氧器水位自动调节系统投入难的问题较普遍，表现在该系统可控性差、特别是不能满足变负荷工况的要求。针对芜湖电厂#13机组的凝汽器一般采用无水运行，且凝泵具有自调节功能，即当凝汽器达到一定的水位时，凝泵自动工作改变其出口流量，保持凝汽器的低水位运行，我们提出并设计了一种除氧器水位和凝结水母管压力解耦控制系统，即采用进入凝汽器的化补水来调节除氧器水位，用原除氧器水位调整门调节凝结水母管压力。2原系统设计存在的问题芜湖发电厂四台125MW机组都设计和安装了除氧器水位自动控制系统，系统设计的主要思路是：以除氧器水位为被调量，以前置泵流量和凝结水流量为前馈信号组成三冲量控制系统，调整凝结水泵出口至除氧器的凝结水调整门以改变凝结水流量，达到控制除氧器水位的目的。系统中凝结水泵为甲、乙两台工频泵，凝结水泵入口的水取自凝汽器的集水井，凝汽器水位的控制通过调整凝汽器再循环门和化补水门来调节，化补水的控制由汽机运行人员通知化学运行值班人员开、停除盐水泵来调节流量。系统如图1所示。系统自安装和调试后，一直未能正常连续投入运行，主要原因有：1)在凝结水母管回路采用的调整门，执行机构开关动作一次后，凝结水母管压力波动较大，由于凝结水泵联锁中有当凝结水泵出口母管压力低于0.8MPa时，备用凝结水泵自启，给系统造成了不必要的扰动。2)凝汽器采用低水位运行方式，利用凝结水泵的自平衡功能，将凝汽器集水井的水全部抽干，如果仅靠开大除氧器水位调整门来补充流量，由于水源不足，很难达到效果。3)除氧器水位和凝汽器水位从设计思路上将其相互独立。3系统改进方案考虑到早期投产的机组已按常规设计凝汽器水位和除氧器水位自动调节系统，本方案的指导思想是基于现有生产实际，注重解决问题的实用性。以较小的改动实现既定目标--即尽量利用原有自动调节装置及相关设备，对热力系统有关设备和控制结构实施局部改造。同时，在控制策略上进行一些调整，实施智能控制策略。改造工作有2部分内容，首先对凝汽器、除氧器热力系统及有关调节机构进行一些改造；其次对除氧器水位自动调节系统的控制结构和策略加以改进，并增加凝结水母管压力控制系统。具体内容为：1)将除氧器水位和凝结水母管压力控制系统联成一个整体考虑。2)利用凝汽器的化补水调整门来调整除氧器水位，用原来的除氧器水位调整门来调整凝结水母管压力。3)改变化学补充水的间隙开停方式，利用化水的DCS改造，在43米厂房房顶增加屋顶水箱，化水DCS负责控制屋顶水箱的恒定水位，当水位低于1500mm时开除盐水泵向屋顶水箱供水，当水位高于1800mm时停除盐水泵，使屋顶水箱具备向各机组连续补水的能力，改变过去的电话通知开停除盐水泵的运行方式。4)在凝汽器化补水调整门前增加一台化补水电动隔离门，以解决调整门全关时有漏流量的问题。5)由于除氧器容积较大，整个空间为100立方米，而化补水流量的管道较细，调整门全开时，化补水的最大流量只有50T／H，因此，利用DCS系统的控制组态的灵活性，系统采用了仿人智能、开关模式调节方式，即：当水位低于设定值的50mm时，采用开关模式控制，直接将调整门开到70％：当水位高于设定值的50mm时，采用开关模式控制，直接将调整门关到10％：当水位位于设定值的-50-+50mm时，采用仿人智能积分PID控制。4仿人智能控制策略鉴于除氧器水位调节系统处理的对象过程复杂，可控性差，需要进行长时间的连续运行观察，通过必须的特性试验，摸索出其性能规律，才能较好地加以解决。对除氧器水位调节系统应用仿人智能积分控制、开关模式控制等技术措施，可以提高控制系统的调节品质。4.1仿人智能控制的基本思想PID控制作为一种最基本、最常用的控制方式，一直应用在各种常规控制系统中，由于P、I、D参数间的互相影响，对于较复杂的控制对象(如大迟延对象)，则无法解决稳定性与准确性之间的矛盾。为得到满意的控制性能，可以应用仿人智能控制的思想，就是在控制过程中利用计算机模拟人的控制行为，最大限度地识别和利用控制系统动态过程所提供的特征信息，进行启发和直觉推理，引入一些非线性的控制方式，借助经验和直观判断采取灵活机动的有效方法(如变增益、智能积分等多种途径)，实现对对象的有效控制，以解决控制系统中稳定性与准确性的矛盾。4.2仿人智能积分控制算法PID控制器P、I、D三个参数适当配合才能使系统的过渡过程达到快速、平稳和准确的要求。通常的系统设计为P作用，PI作用或PID、PD作用，可以看出P(比例)作用是最基本的控制作用，一般很少出现没有P作用的控制算法。而积分作用也是比较常用的，因为它有利于消除静差，积分作用的合适与否又与系统的品质有很大的关系。为此，根据过程的动态波动曲线来分析积分作用的效果。误差e和误差变化△e之积构成了描述系统动态过程的特征变量。当e·△e0时，为图2中的(b，c)、(e，f)等段，表明系统的动态过程正向着误差减小的方向变化。当e·△e0时，动态过程正向着误差增大的方向变化。在常规系统中引入积分控制是减小系统稳态误差的重要途径。它的缺点是只要误差存在就一直在积分。如在(b，c)、(e，f)等区间，系统的超调应施以常值基础上的负控制量，而此区间的积分控制由于(a，b)等段的积分结果难被抵消而保持正值，从而延长了系统的过渡过程时间。为此，在(a，b)(c，d)等段，即e·△e0，误差增大时，对其进行积分；而在(b，c)、(e，f)等段，e·△e0，误差减小时，停止积分，使系统只接受比例微分控制作用，减小控制作用。上述控制思想正体现了人工控制的思想。因此，当e·△e0时，在控制算法中取消积分作用，即e·△e0或△e=0时，控制系统为PD算法e·△e0或e=0，△e≠0时，控制系统为PID算法。5凝结泵出口压力控制系统为保证凝结泵运行的安全性，应维持凝结泵出口压力在一定范围内变化。引起凝结泵出口压力变化的主要因素是凝汽器再循环调节阀和低压加热器出口调节阀(即原除氧器水位调节阀)。考虑到凝汽器水容积小对凝汽器水位安全性要求较高的情况，可通过通过加热器出口调节阀开度的手段来调节凝结泵出口压力。解决方法是，增加1个凝结泵出口压力调节器，接受凝结泵出口压力测量信号，去调节低压加热器出口调节阀的开度，从而达到维持凝结泵出口压力稳定的目的。该方法是以暂时牺牲对除氧器的供水量为代价的，这一改进在实际应用中对维持凝结泵出口压力起到了良好效果。6投用效果因化补水调整门阀门特性很差，经试验可控范围在10-40％之间，且回差较大。当水位测量值(PV)与设定值(SP)偏差在正常范围时，为PID调节(调节范围为10-40％)。当PVSP+50时，化补水调整门全关；当PV〈SP-50时，化补水调整门开至40％。除氧器水位PID调节器参数为：KP=4.0，TI=500，KD=1.0，TD=50凝结水母管压力PID调节器参数为：Kp=3.0，TI=10芜湖发电厂#13机的除氧器水位自动经方案改进之后，经系统的外扰(负荷增加时给水流量增加)和内扰试验，除氧器水位自动控制系统能稳定、可靠投入运行。经过对控制系统参数的反复整定，系统能维持除氧器水位在±50mm范围内，完全满足运行的实际需要。图3为机组变负荷过程时的除氧器响应曲线。当机组负荷从85MW升至120MW，除氧器水位控制在280-375mm之间，波动范围只有+45／-50mm。同时增加的凝结水母管压力控制系统，在调整凝结水母管压力方面也取得了很好的效果。7结束语1)本文介绍的对除氧器水位调节系统的改造方案是在具体实践基础上的总结。通过对除氧器水位调节系统热力系统、控制结构的改进及应用仿人智能积分、开关模式等先进控制策略，解决了125MW等级机组除氧器水位系统无法投入自动控制的难题，大大地提高了除氧器水位的调节品质，提高了中小型火电机组的自动化水平及机组运行的经济性。2)凝结水母管压力的自动控制，改善了凝结水调节阀的调节特性，保证了除氧器水位调节的连续性。