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趙永生
1 前言
對于除氧給水母管制運行的機組，保持給水母管壓力的穩(wěn)定，除保證給水除氧系統(tǒng)安全運行之外，還能有效保證鍋爐汽包水位的穩(wěn)定。穩(wěn)定負荷時，減少給水側(cè)的擾動；變動負荷時，及時調(diào)整給水泵轉(zhuǎn)速，穩(wěn)定住給水母管壓力，使給水量變化及時，同時還有一定的節(jié)能效果。但為保證給水系統(tǒng)的基本穩(wěn)定，同時還要穩(wěn)定母管壓力，運行泵組往往采用定速泵和調(diào)速泵的組合。組合不同，其調(diào)節(jié)特性也會有較大變化，因此，給水母管壓力自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設計與調(diào)試必須考慮其組合變化。由安徽電力試驗研究所調(diào)試的山東濱洲魏橋紡織集團熱電廠的給水母管壓力自動系統(tǒng)，考慮了這個因素，在系統(tǒng)設計及調(diào)試中，利用DCS可以靈活組態(tài)的功能，采用調(diào)節(jié)參數(shù)變增益的方法，滿足了給水泵不同組合形式下，給水母管壓力的自動調(diào)節(jié)。
2 機組概況
山東濱洲魏橋紡織集團熱電廠一期工程為4×12MW的供熱機組。鍋爐系無錫鍋爐廠生產(chǎn)的UG-75/3.82-M30型單汽包、自然循環(huán)、Л型布置的固態(tài)排渣煤粉爐；汽輪機系南京汽輪電機廠生產(chǎn)的C12－3.43/0.98-2型12MW單缸軸流，中壓，沖動，抽凝式汽輪機，它帶有可調(diào)整抽汽，正常功率為12MW。熱工控制系統(tǒng)采用北京和利時控制工程有限公司生產(chǎn)的分散控制系統(tǒng)（DCS）。目前一期工程已經(jīng)全面完成建設，投入運行。
3 給水除氧系統(tǒng)
其除氧給水系統(tǒng)采用母管制運行方式。除氧給水系統(tǒng)配用的除氧器采用CY-85型，最大出力為85t/h的臥式除氧器。四臺機組的六臺除氧器采用母管制方式并列運行，四臺鍋爐給水從給水母管引出，用給水調(diào)節(jié)門控制鍋爐水位。除氧給水系統(tǒng)共配有6臺給水泵，其中3臺電動定速給水泵，3臺電動調(diào)速給水泵。調(diào)速給水泵系日照水泵廠生產(chǎn)的DG85-67*9型鍋爐給水泵，在電動機與給水泵之間裝有大連液力機械有限公司YOTGC360型液力耦合器。勺管調(diào)速范圍20%至90%，給水泵額定轉(zhuǎn)速為2985rpm。
圖1中可以看出，其1、2、5號泵為調(diào)速給水泵，3、4、6號泵為定速泵。根據(jù)負荷的不同要求，可以選用2、3或4臺泵運行，可以采用1、2或3臺調(diào)速給水泵來控制給水母管壓力穩(wěn)定。
4 自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)設計
根據(jù)負荷要求及給水系統(tǒng)的設備狀況，泵組有不同的運行組合。給水泵的運行總臺數(shù)、參與自動調(diào)節(jié)的調(diào)速給水泵臺數(shù)會有不同，相應影響給水母管壓力調(diào)節(jié)的特性。由于定速給水泵型號、出力及接入系統(tǒng)運行方式一樣；調(diào)速給水泵型號、出力、接入系統(tǒng)及調(diào)速運行方式一樣，因此同型號但不同的泵運行變化可以不考慮，這樣可以做到滿足泵組運行變化要求的同時，盡量簡化系統(tǒng)。對調(diào)節(jié)特性影響最大的是參與自動調(diào)節(jié)的調(diào)速給水泵臺數(shù)，及其在泵的總體運行臺數(shù)中的比重。設計給水母管壓力自動調(diào)節(jié)必須考慮這個因素。
給水母管壓力自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)采取串級調(diào)節(jié)，其主回路接受給水母管壓力信號，與給水母管壓力定值比較后進行PID調(diào)節(jié)，其輸出為調(diào)速水泵轉(zhuǎn)速指令，各個調(diào)速水泵采用單獨的PID調(diào)節(jié)器作為副回路，是快速回路，通過控制相應調(diào)速給水泵的勺管開度，來調(diào)節(jié)相應調(diào)速水泵的轉(zhuǎn)速與主調(diào)輸出轉(zhuǎn)速指令相等，從而維持給水母管壓力為給定值。
如果參與自動調(diào)節(jié)的調(diào)速給水泵臺數(shù)及其在泵的總體運行臺數(shù)中的比重發(fā)生變化，則即使是同樣的主調(diào)節(jié)器的輸出變化，其對給水母管壓力的影響也不一樣。因此，必須根據(jù)泵組不同的運行方式，相應改變調(diào)節(jié)器通道的比例增益，消除由于參與自動調(diào)節(jié)的調(diào)速給水泵臺數(shù)及其在泵的總體運行臺數(shù)中的比重變化所帶來的影響。這樣才能保證無論泵組運行方式如何變化，都能有效維持給水母管壓力。
圖2是隨泵組運行變化而變比例增益的給水母管壓力自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理示意圖。
圖2 給水母管壓力自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理示意圖
調(diào)節(jié)提到增益變化的計算是以三臺泵總體運行，其中用一臺調(diào)速水泵調(diào)節(jié)給水母管壓力的工況為基礎。因為系統(tǒng)的初始調(diào)試是在此工況下進行的，并以此試驗得到最佳調(diào)節(jié)器參數(shù)。由于DCS中調(diào)節(jié)器模塊不方便設置可變調(diào)節(jié)參數(shù)，因此比例增益的變化施加于給水母管壓力定值與測量值之差上，實現(xiàn)調(diào)節(jié)通道的變比例增益調(diào)節(jié)。
由于可能有不同的調(diào)速水泵投入自動，或多臺調(diào)速水泵逐一投入自動，為保證自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)手動/自動雙向無擾切換，必須設計正確的跟蹤回路。跟蹤回路的設計必須使手動時，主調(diào)節(jié)器跟蹤運行的調(diào)速水泵轉(zhuǎn)速信號，各泵副調(diào)節(jié)器的定值跟蹤相應泵的轉(zhuǎn)速，輸出跟蹤相應調(diào)速水泵勺管的開度信號，才能保證信號的平衡，實現(xiàn)無擾手/自動切換。圖中的信號處理模塊組為示意，它是一系列選擇和加減乘除等模塊組成，目的是將主調(diào)節(jié)器的輸出信號，根據(jù)不同調(diào)速水泵的運行狀態(tài)，轉(zhuǎn)換成相應的調(diào)速水泵的轉(zhuǎn)速定值，送入副調(diào)節(jié)器，使其在手動狀態(tài)時的值跟蹤泵的實際轉(zhuǎn)速，自動狀態(tài)時接受主調(diào)節(jié)器信號，維持給水泵轉(zhuǎn)速。
為保證自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的安全，從而保證給水系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全，還設計了相應的信號報警和聯(lián)鎖保護功能。這樣在調(diào)節(jié)系統(tǒng)投入自動運行的情況下，當由于自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)本身的原因，如執(zhí)行器故障、變送器信號故障、線路故障或調(diào)節(jié)幅度超限等，造成調(diào)節(jié)系統(tǒng)不能正常工作；或者由于外部原因，如熱力系統(tǒng)不正常大幅擾動或運行在不穩(wěn)定工況，造成自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)不可以正常工作，會發(fā)出報警或自動切除自動運行狀態(tài)至手動狀態(tài)，以避免不正常工況擴大造成不必要的事故。
5 自動系統(tǒng)調(diào)試及投運
設計好調(diào)節(jié)系統(tǒng)，觀察運行情況，根據(jù)手動時壓力調(diào)整的情況，設置好DCS中相應功能塊的靜態(tài)配合參數(shù)及PID模塊的初始參數(shù)。為保證在自動調(diào)節(jié)的工況下，調(diào)速水泵的轉(zhuǎn)速在正常工作范圍之內(nèi)，應設置好PID調(diào)節(jié)器的輸出上下限幅。
調(diào)節(jié)參數(shù)的優(yōu)化調(diào)試是在兩臺定速泵加一臺調(diào)速水泵的運行工況下進行的，調(diào)速水泵為#2泵，通過定值擾動和觀察外部負荷變化時系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)加以優(yōu)化。和利時公司的DCS可以對組態(tài)的在線下裝，保證了控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及參數(shù)的優(yōu)化。自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)投入運行后，給水母管壓力能夠穩(wěn)定在6.0±0.15MPa。在其它泵組合的運行方式下，自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)也能夠滿足穩(wěn)定給水母管壓力的要求。
在調(diào)試過程中遇見的主要問題是執(zhí)行環(huán)節(jié)死區(qū)偏大。主要原因有兩個，一是執(zhí)行器選型相對于勺管開度行程有些偏大，因此執(zhí)行器電機一動，勺管就有過調(diào)；二是該執(zhí)行器采用開關(guān)量控制，伺服放大器為DCS內(nèi)部的軟伺服模塊，調(diào)節(jié)器指令與閥位反饋比較運算后的輸出控制由DCS的普通DO點完成，未采用可以調(diào)整DO脈沖輸出寬度和頻率的專門進行調(diào)節(jié)控制的DO模塊。造成軟伺服模塊死區(qū)只能大于4%，每次勺管的調(diào)整量有7%左右，產(chǎn)生調(diào)節(jié)初始階段滯后而調(diào)整進行時產(chǎn)生過調(diào)，影響調(diào)節(jié)速度和質(zhì)量，否則調(diào)節(jié)品質(zhì)將會更好。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號