恒运热电C厂给水调节系统存在的问题及解决方法
陈永秋 叶桂珍 陈华忠
广东省电力试验研究所，广东 广州 510600
恒运热电C厂给水全程调节系统由三部分组成：单冲量调节给水旁路门，单冲量调节给水泵及三冲量(汽包水位、主汽流量、给水流量)调节给水泵。系统的逻辑简图见图1。在机组负荷小于30%额定负荷时，系统采用单冲量调节给水旁路门来控制汽包水位，当机组负荷大于30%额定负荷时，系统采用单冲量或三冲量调节给水泵转速来控制汽包水位。单冲量与三冲量之间的切换由操作员在控制台上控制，但是当给水流量信号或者蒸汽流量信号出现故障时，三冲量控制会自动切换到单冲量控制。
图1 给水系统逻辑简图
汽包水位用双室平衡容器测量，左右侧各安装一套，其结构简图见图2。测量得到的水位经汽包压力修正后作为汽包的实际水位。修正的原理图见图3。
图2 汽包平衡容器结构简图
图3 汽包水位压力修正
1 水位测量存在的问题和解决方法
1.1 存在的问题
汽包水位测量装置投入运行后，右侧平衡容器所测得的汽包水位比左侧平衡容器所测得的水位及电接点水位计和就地双色水位计所测得的水位都要低，而且，无论在什么工况下，在零水位时，右侧平衡容器测量的汽包水位始终比其它测量设备测量出来的水位偏低50 mm左右，在其它水位时，其偏低值随工况的不同而不同。而在给水自动控制系统中，汽包的水位信号采用左、右侧平衡容器测量的信号的平均值，因此，右侧平衡容器测量不准确将会给给水系统自动控制的投运带来很大的影响，必须在系统投运前对其进行改正。
平衡容器测量的水位偏低主要有以下几个原因：
a)测量管路堵塞；
b)差压变送器不准确；
c)测量筒保温不正确；
d)平衡容器结构尺寸不准确。
经过校验，差压变送器没有问题；打开正、负压管排污门，管路排污正常，表明采样管路没有堵塞；检查测量筒的保温情况，发现测量筒没有按要求保温，改正后，在零水位附近该测量装置测得的汽包水位仍比其它测量装置测出来的水位要低50 mm左右。这样该测量装置测量的水位偏低肯定是由于平衡容器的安装尺寸与设计尺寸不一致，导致压力补偿计算公式不正确造成的。
1.2 平衡容器结构尺寸的重新确定
经现场实际测量，平衡容器外部尺寸L及L1与原设计值相同，不同的只能是其内部尺寸L2。由于平衡容器已安装完毕，无法测量L2，只能采用计算方法来确定L2的尺寸。
根据图2，有
p+=(L1γa+L2γw)g，
p-=［H0γw+hγw+(L1+L2-H0-h)γs］g，
Δp=p+-p-=
(L1γa+L2γw)g-［H0γw+hγw+(L1+L2-
H0-h)γs］g=
［L1γa+(L2-H0-h)γw-(L1+L2-H0-
h)γs］g (1)
式中 p+——正压管侧压力，Pa；
p-——负压管侧压力，Pa；
Δp——平衡容器差压，Pa；
L1——正压管室温段高度，m；
L2——正压管饱和水段高度，m；
H0——正常水位到负压管引出管中心线的距离，m；
h——汽包水位，m；
γa——室温下水的密度，kg/m3；
γw——汽包压力下饱和水密度，kg/m3；
γs——汽包压力下饱和蒸汽密度，kg/m3；
g——重力加速度，m/s2。
根据原来的结构尺寸，L1=0.26 m，L2=0.32 m，H0=0.385 m。在设计工作压力(15.3 MPa，此时γa=994.56 kg/m3，γw=597.71 kg/m3，γs=99.81 kg/m3)下，当实际水位为0 mm时，该装置测得的水位为-50 mm，即-0.05 m。将这些数据代入(1)式，得平衡容器的实际差压为：
Δp=2 206.631 7 Pa。
根据实际情况，当该平衡容器的差压为2 206.6317 Pa时，其测量得到的水位应为0 mm，据此代入(1)式，得L2=0.37 m。
将L1=0.26 m，L2=0.37 m代入(1)式并整理，得：
由此得汽包水位压力补偿公式为：
F1(x)=(0.26γa-0.015γw-0.245γs)g，
F2(x)=(γw-γs)g.
经过这样补偿后，右侧平衡容器测量出来的汽包水位与左侧平衡容器及其它水位计测量出来的水位基本一致，表明这样的补偿计算是正确的，这为给水系统自动的投入打下了基础。
2 给水系统自动控制试投运存在的问题及解决方法
在机组试运行过程中，当机组负荷小于30%额定负荷时，投入了给水单冲量自动控制系统，调节效果良好；当机组负荷大于30%额定负荷时，投入了给水三冲量自动控制系统，在负荷小于140 MW时，调节效果很好，但当负荷大于140 MW时，经常出现给水流量跟不上蒸汽流量的情况，造成汽包水位低报警，系统自动切换到手动状态。经检查发现这是由于给水副调前的加法器输出此时已到达最大状态(100%)，当蒸汽流量增大时，其输出不再变化，从而造成副调的输出没什么变化，给水泵的转速也就基本不变，给水流量因而跟不上蒸汽流量的变化，造成汽包水位偏低。通过对构成系统的各算法块进行分析，发现这是在组态时对加法器类型选择不当造成的。
在UDC3000系统中，加法器的类型有二种，一种称常规过程点加法器，另一种称常规控制点加法器。两者的区别是前者的输出是输入的加权和，其大小没有限制，但无法实现由下往上逐级跟踪的功能；而后者的输出虽然也是输入的加权和，但其大小受到限制，最大为106.9%，最小为-6.9%，而且该加法器能实现由下往上逐级跟踪的功能。当初在组态时只考虑到跟踪的问题，而没有考虑到输出受到限制的问题，因而选用了常规控制点加法器。要使该控制回路既具有逐级跟踪的功能，其各模块的输出又不会受到限制，必须修改系统组态。通过对UDC3000提供的算法块进行仔细的研究，决定采用以下修改方案：删去原组态图的加法器模块，主调控制器由PID型改为PIDFF型，主汽流量信号输入到PIDFF模块上，作为PIDFF模块的前馈信号。PIDFF模块有四种算法，取其中的一种算法如下：
CVn=CVn-1+DELCV+KFF×(FFN-FFN-1).
式中 CVn——PIDFF的最新输出；
CVn-1——PIDFF的前一次输出；
DELCV——PID递增输出；
KFF——前馈系数；
FFN——最近一次前馈信号值；
FFN-1——前一次前馈信号值。
修改后的逻辑简图见图4。
图4 修改后的给水系统逻辑简图
3 结束语
恒运热电C厂锅炉给水控制系统经过上述处理及修改后，已完全具备了投入自动的条件，在72 h+24 h试运行过程中，给水控制系统一直投入自动。在负荷变动比较大的情况下，调节效果仍然很理想，汽包水位始终稳定在给定值±20 mm的范围内。如在1998年7月20日18时至19时10分，机组负荷有较大的变动，其中负荷由193 MW降到163 MW，汽包压力由12.5 MPa降到11.4 MPa，在这一过程中，汽包水位最高为17.2 mm，最低为-8.4 mm，设定值为10 mm。这表明上述的处理方法是正确的。
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