國產(chǎn)330MW機(jī)組模擬量控制系統(tǒng)優(yōu)化

摘 要：2016年4月25日至4月28日對大唐甘肅發(fā)電有限公司西固熱電廠2號機(jī)組進(jìn)行了模擬量控制系統(tǒng)優(yōu)化并進(jìn)行了擾動試驗，優(yōu)化項目主要包括：磨煤機(jī)一次風(fēng)量控制系統(tǒng)、磨煤機(jī)出口溫度控制系統(tǒng)、汽包水位控制系統(tǒng)、除氧器水位控制系統(tǒng)等。通過對機(jī)組主要自動控制系統(tǒng)的性能優(yōu)化及試驗，使機(jī)組各主要自動控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)速度和調(diào)節(jié)精度滿足相關(guān)規(guī)程的要求

關(guān)鍵詞：模擬量控制；系統(tǒng)；優(yōu)化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.23.161

1 前言

大唐甘肅發(fā)電有限公司西固熱電廠2號機(jī)組（330MW）配套2號爐（1100t/h）于2009年3月投產(chǎn)運(yùn)行。2號機(jī)組鍋爐為武漢鍋爐廠生產(chǎn)的WGZ1100/17.5-1型亞臨界、自然循環(huán)、單爐膛、一次中間再熱、四角切向燃燒、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、微正壓氣力除灰、全鋼架懸吊、緊身封閉結(jié)構(gòu)、“∏”形布置汽包爐。可以定壓運(yùn)行，也可采用定—滑—定的運(yùn)行方式，可以帶基本負(fù)荷或調(diào)峰。汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的CC330/208-16.7/1.5/0.4/537/537型亞臨界、中間再熱、三缸雙排汽、抽汽凝汽式汽輪機(jī)。發(fā)電機(jī)為東方電機(jī)股份有限公司制造的QFSN-330-2-20同步交流發(fā)電機(jī)，勵磁方式為機(jī)端變壓器靜止整流的自并勵勵磁系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)冷卻方式為水、氫、氫，即定子繞組（包括定子引線，定子過渡引線和出線）采用水內(nèi)冷，轉(zhuǎn)子繞組采用氫內(nèi)冷，定子鐵芯及端部結(jié)構(gòu)件采用氫氣表面冷卻。DCS調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)為杭州和利時MACSV系統(tǒng)，DEH調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)采用東方汽輪機(jī)廠配套的美國西屋公司Ovation系統(tǒng)。

2 優(yōu)化目的

模擬量控制系統(tǒng)控制策略優(yōu)化及定值擾動試驗是通過對機(jī)組主要自動控制系統(tǒng)的性能測試試驗，測試機(jī)組各主要自動控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)速度和調(diào)節(jié)精度是否滿足相關(guān)規(guī)程的要求。通過試驗發(fā)現(xiàn)影響各主要自動調(diào)節(jié)品質(zhì)的設(shè)備因素和邏輯因素，便于機(jī)組檢修期間進(jìn)行設(shè)備治理和控制策略修改。

3 優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)

（1）《火力發(fā)電廠模擬量控制系統(tǒng)驗收測試規(guī)程》（DL/T 657-2006）。

（2）《火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)驗收測試規(guī)程》（DL/T 659-2006）。

（3）《電力建設(shè)施工質(zhì)量驗收及評價規(guī)程》第4部分：熱工儀表及控制裝置（DL/T5210.4-2009）。

（4）《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點(diǎn)要求》（國能安全[2014]

161號）。

（5）大唐甘肅發(fā)電有限公司西固熱電廠2號機(jī)組集控運(yùn)行規(guī)程。

（6）大唐甘肅發(fā)電有限公司西固熱電廠2號機(jī)組輔機(jī)運(yùn)行規(guī)程。

4 優(yōu)化項目

西固電廠2號機(jī)組模擬量控制系統(tǒng)優(yōu)化及定值擾動試驗范圍主要包括：磨煤機(jī)、汽包水位、除氧器水位等控制系統(tǒng)，具體項目見下表4：

5 優(yōu)化內(nèi)容及結(jié)果

5.1 優(yōu)化前工作

控制策略優(yōu)化及定值擾動試驗進(jìn)行前，需對調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查，主要包括：水位、流量等計算或校正回路，信號處理；手/自動跟蹤和無擾切換邏輯；自動切除條件；PID死區(qū)、方向和參數(shù)設(shè)置；執(zhí)行機(jī)構(gòu)限幅等。通過觀察機(jī)組檢修啟動后各個調(diào)節(jié)系統(tǒng)定值擾動或變負(fù)荷調(diào)節(jié)曲線，得出調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，對于調(diào)節(jié)品質(zhì)不達(dá)標(biāo)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)分析存在問題和原因，以及提出解決措施。

5.2 優(yōu)化過程及試驗結(jié)果

5.2.1 磨煤機(jī)控制系統(tǒng)

2號機(jī)組配備有5臺中速直吹式磨煤機(jī)，每臺磨煤機(jī)一次風(fēng)自動控制系統(tǒng)采用磨熱一次風(fēng)擋板和磨冷一次風(fēng)擋板分別控制磨一次風(fēng)量和磨煤機(jī)出口溫度。磨煤機(jī)一次風(fēng)量控制系統(tǒng)為隨動控制系統(tǒng)，PID控制器實(shí)際值為磨入口一次風(fēng)流量二取均，設(shè)定值為給煤機(jī)給煤率折算函數(shù)，運(yùn)行人員可通過手動增加或減少一次風(fēng)量偏置來修改設(shè)定值。磨煤機(jī)出口溫度控制系統(tǒng)為單回路控制，實(shí)際值為磨出口風(fēng)溫三取均，運(yùn)行人員可手動增加或減小溫度設(shè)定值。

邏輯修改如下：

優(yōu)化前：磨出口溫度共六個測點(diǎn)，其中測點(diǎn)一二、三四、五六位置兩兩接近，原控制邏輯采用測點(diǎn)一、二、三取均值后作為PID輸入。無法體現(xiàn)測點(diǎn)五六所在位置的溫度變化情況。

優(yōu)化后：采用測點(diǎn)一、三、五取均值作為PID輸入，保證測點(diǎn)選取具有代表性。

A磨一次風(fēng)量控制系統(tǒng)于2016年4月28日11：07至11：10進(jìn)行了幅度為3t/h的定值擾動試驗。

參數(shù)修改如下：

優(yōu)化前：PT：200；TI：120

優(yōu)化后：PT：55；TI：150

C磨一次風(fēng)量控制系統(tǒng)于2016年4月28日15：17至15：20進(jìn)行了幅度為3t/h的定值擾動試驗。

參數(shù)修改如下：

優(yōu)化前：PT：200；TI：120

優(yōu)化后：PT：63；TI：150

D磨一次風(fēng)量控制系統(tǒng)于2016年4月28日15：22至15：28進(jìn)行了幅度為3t/h的定值擾動試驗。

參數(shù)修改如下：

優(yōu)化前：PT：200；TI：120

優(yōu)化后：PT：60；TI：150

E磨一次風(fēng)量控制系統(tǒng)于2016年4月28日15：35至15：38進(jìn)行了幅度為3t/h的定值擾動試驗。

參數(shù)修改如下：

優(yōu)化前：PT：200；TI：120

優(yōu)化后：PT：55；TI：150

A磨一次風(fēng)溫控制系統(tǒng)于2016年4月28日10：21至10：30進(jìn)行了幅度為3℃的定值擾動試驗。

參數(shù)修改如下：

優(yōu)化前：PT：85；TI：120

優(yōu)化后：PT：25；TI：120endprint

5.2.2 汽包水位控制系統(tǒng)

鍋爐給水控制系統(tǒng)包括兩臺汽動給水泵一臺電動給水泵，正常運(yùn)行時電泵備用，通過汽動給水泵轉(zhuǎn)速控制汽包水位。試驗時機(jī)組負(fù)荷大于30%控制系統(tǒng)處于串級三沖量調(diào)節(jié)方式，采用主蒸汽流量前饋控制，主調(diào)PID控制器實(shí)際值為汽包水位三取中，運(yùn)行人員可手動增加或減小水位設(shè)定值。副調(diào)PID控制器實(shí)際值為鍋爐給水流量三取中后與減溫水流量之和，主調(diào)PID控制器輸出作為副調(diào)PID控制器設(shè)定值，三臺給水泵一拖三控制。

邏輯修改如下：

優(yōu)化前：汽包水位三取中作為PID控制器輸入，無濾波。不符合控制系統(tǒng)響應(yīng)特性。

優(yōu)化后：汽包水位三取中后增加3S濾波（一階慣性環(huán)節(jié)）。

汽包水位控制系統(tǒng)于2016年4月27日18：07至18：22進(jìn)行了幅度為30mm的定值擾動試驗，經(jīng)過對調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化，最終保證了調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定時間、衰減率、動靜態(tài)超調(diào)量等指標(biāo)均達(dá)模擬量控制系統(tǒng)驗收規(guī)程要求。

參數(shù)修改如下：

優(yōu)化前：主調(diào)PT：130；主調(diào)TI：300；副調(diào)PT：200；副調(diào)TI：230

優(yōu)化后：主調(diào)PT：105；主調(diào)TI：280；副調(diào)PT：90；副調(diào)TI：85

5.2.3 除氧器水位控制系統(tǒng)

機(jī)組凝結(jié)水系統(tǒng)采用凝泵變頻控制除氧器水位，凝結(jié)水系統(tǒng)共三臺凝泵，正常運(yùn)行A凝結(jié)水泵變頻維持除氧器水位。根據(jù)機(jī)組負(fù)荷采用單、三沖量無擾切換。三沖量控制方式下主調(diào)采用給水流量前饋控制。主調(diào)PID控制器實(shí)際值為除氧器水位三取中，運(yùn)行人員可手動增加或減小水位設(shè)定值。副調(diào)PID控制器實(shí)際值為凝結(jié)水流量二取均，主調(diào)PID控制器輸出作為副調(diào)PID控制器設(shè)定值。

除氧器水位于2016年4月25日07：45至08：10進(jìn)行了幅度為20mm的定值擾動試驗，調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定時間、衰減率、動態(tài)和靜態(tài)超調(diào)量等指標(biāo)均達(dá)模擬量控制系統(tǒng)驗收規(guī)程要求。

5.3 其他自動控制系統(tǒng)邏輯優(yōu)化

5.3.1 爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)邏輯優(yōu)化

爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)為兩臺引風(fēng)機(jī)動葉調(diào)節(jié)爐膛負(fù)壓，爐膛負(fù)壓四取均后加慣性滯后環(huán)節(jié)處理，作為系統(tǒng)PID輸入。系統(tǒng)采用送風(fēng)機(jī)動葉指令前饋控制，兩臺引風(fēng)機(jī)一拖二控制，可通過手動修改爐膛負(fù)壓設(shè)定值。

邏輯修改如下：

優(yōu)化前：（1）引風(fēng)機(jī)動葉自動切除條件不完善，缺少執(zhí)行器反饋壞質(zhì)量切自動邏輯；

（2）爐膛負(fù)壓設(shè)定值與實(shí)際值偏差大于200pa切自動邏輯未考慮RB工況下爐膛負(fù)壓可能大幅變動的問題。

優(yōu)化后：（1）引風(fēng)機(jī)動葉反饋壞質(zhì)量，延時2S切換至手動控制；

（2）非RB狀態(tài)下，爐膛負(fù)壓設(shè)定值與實(shí)際值偏差大于200pa，切換至手動狀態(tài)。

5.3.2 總風(fēng)量控制系統(tǒng)邏輯優(yōu)化

總風(fēng)量控制系統(tǒng)為兩臺送風(fēng)機(jī)動葉調(diào)節(jié)鍋爐二次風(fēng)量，進(jìn)而滿足鍋爐總風(fēng)量需求，鍋爐總風(fēng)量信號為制粉系統(tǒng)五臺磨煤機(jī)一次風(fēng)量與左右側(cè)二次風(fēng)量總和。總風(fēng)量控制系統(tǒng)為隨動控制系統(tǒng)，其設(shè)定值為總?cè)剂狭亢瘮?shù)與鍋爐主控函數(shù)取大值，保證升負(fù)荷先加風(fēng)再加煤，降負(fù)荷先減煤再減風(fēng)，然后經(jīng)氧量校正，運(yùn)行人員可根據(jù)鍋爐運(yùn)行情況手動增加或減少總風(fēng)量設(shè)定值偏置?？刂葡到y(tǒng)采用單回路一拖二控制。

邏輯修改如下：

優(yōu)化前：送風(fēng)機(jī)動葉自動切除條件不完善，缺少執(zhí)行器反饋壞質(zhì)量切自動邏輯。

優(yōu)化后：送風(fēng)機(jī)動葉反饋壞質(zhì)量，延時2S切換至手動控制。

5.3.3 氧量控制系統(tǒng)邏輯優(yōu)化

鍋爐氧量控制系統(tǒng)通過氧量調(diào)節(jié)PID輸出校正總風(fēng)量設(shè)定值。氧量信號為兩側(cè)空預(yù)器入口及出口氧量均值，氧量設(shè)定值為機(jī)組主蒸汽流量折線函數(shù)，運(yùn)行人員可通過手動增加或減少氧量設(shè)定值偏置。

邏輯修改如下：

優(yōu)化前：（1）氧量信號共四個測點(diǎn)，分別布置為左右側(cè)空預(yù)器入口及出口。原邏輯當(dāng)四個測點(diǎn)均為壞點(diǎn)時氧量調(diào)節(jié)切換為手動方式。

（2）氧量設(shè)定值為主蒸汽流量折線函數(shù)，與實(shí)際運(yùn)行氧量控制要求偏差較大，詳見表5：

優(yōu)化后：（1）當(dāng)任意一側(cè)空預(yù)器入口及出口氧量測點(diǎn)均為壞點(diǎn)時氧量調(diào)節(jié)切換為手動方式，保證氧量測量值不具有代表性時及時切除自動。

（2）氧量設(shè)定值函數(shù)修改為下表6：

（3）修改邏輯使得氧量調(diào)節(jié)僅在機(jī)組穩(wěn)態(tài)下參與總風(fēng)量校正，即負(fù)荷指令變動時氧量PID閉鎖輸出，避免升降負(fù)荷時氧量校正導(dǎo)致總風(fēng)量反向調(diào)節(jié)。

6 結(jié)論及建議

優(yōu)化及試驗期間，依次進(jìn)行了磨煤機(jī)一次風(fēng)量定值擾動試驗、磨煤機(jī)出口溫度定值擾動試驗、汽包水位定值擾動試驗、除氧器水位定值擾動試驗等共四項試驗。

6.1 建議

（1）磨煤機(jī)熱風(fēng)調(diào)節(jié)擋板普遍存在執(zhí)行機(jī)構(gòu)卡澀問題。在實(shí)際運(yùn)行中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際動作情況與控制指令存在明顯偏差，影響調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)。建議利用機(jī)組檢修機(jī)會對磨煤機(jī)熱一次風(fēng)調(diào)節(jié)擋板進(jìn)行檢查，保證閥門動作靈敏度滿足自動調(diào)節(jié)要求。

（2）C、D、E磨煤機(jī)冷風(fēng)調(diào)節(jié)擋板存在執(zhí)行機(jī)構(gòu)線性差、調(diào)節(jié)裕度不足的問題。在實(shí)際運(yùn)行中，發(fā)現(xiàn)C、D、E磨煤機(jī)冷風(fēng)調(diào)節(jié)擋板大幅變化但對應(yīng)磨煤機(jī)出口溫度無明顯變化，部分工況下冷風(fēng)調(diào)節(jié)擋板全開或全關(guān)磨煤機(jī)出口溫度仍無法控制在設(shè)定值范圍內(nèi)。建議利用機(jī)組檢修機(jī)會對磨煤機(jī)冷風(fēng)調(diào)節(jié)擋板進(jìn)行檢查，并進(jìn)行熱一次風(fēng)量標(biāo)定工作，保證冷風(fēng)調(diào)節(jié)裕度和線性滿足溫度控制要求。

（3）汽包水位在定值擾動30mm時，衰減率、穩(wěn)定時間均能滿足規(guī)程要求。

（4）除氧器水位在定值擾動20mm時，衰減率、穩(wěn)定時間均能滿足規(guī)程要求。

（5）引風(fēng)機(jī)存在液壓缸漏油缺陷，導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)液壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)性能變差，調(diào)節(jié)死區(qū)大。影響爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度和調(diào)節(jié)品質(zhì)。建議利用機(jī)組檢修機(jī)會進(jìn)行處理后，投入爐膛負(fù)壓自動。

（6）由于機(jī)組正常運(yùn)行時一次風(fēng)壓波動大，在缺陷處理完成前無法投入一次風(fēng)壓自動。建議利用機(jī)組檢修機(jī)會對相關(guān)設(shè)備如變頻器進(jìn)行檢查，解決風(fēng)壓波動問題后投入一次風(fēng)壓自動，保證鍋爐燃燒及時響應(yīng)。

（7）過再熱減溫水調(diào)門存在閥門流量特性差、漏流量大的問題。建議解決減溫水調(diào)門相關(guān)問題后，投入減溫水自動。

6.2 結(jié)論

通過對大唐甘肅發(fā)電有限公司西固熱電廠2號機(jī)組模擬量控制系統(tǒng)定值擾動及優(yōu)化試驗，驗證了除氧器水位控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)合格；同時，對磨煤機(jī)一次風(fēng)量、磨煤機(jī)出口溫度、汽包水位等系統(tǒng)進(jìn)行了邏輯完善和參數(shù)優(yōu)化調(diào)整，保證了調(diào)節(jié)品質(zhì)達(dá)標(biāo)，為機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供保障。

作者簡介：張凱（1979-），男，甘肅天水人，本科，專工，研究方向：自動化。endprint