【摘要】本文主要介绍台山电厂600MW亚临界机组在锅炉低氮燃烧器改造后，汽包水位异常波动的原因分析与处理手段，指出西门子单级三冲量水位自动调节方案中的缺陷，从控制策略优化角度出发，由原有单级三冲量控制策略改为串级三冲量控制策略，控制器应用变参数设置，来适应不同负荷段汽包水位调节要求。并且增加汽动给水泵自动并、退泵联锁逻辑，使机组在低负荷阶段，由单汽泵进行汽包水位控制，提高汽包水位控制效果。对汽包水位控制调节有一定借鉴意义。

【关键词】汽包水位；三冲量；自动并、退泵；控制参数

背景

台山电厂一期5X600MW为亚临界机组，锅炉型式：上海锅炉厂制造亚临界一次中间再热强制循环汽包炉；锅炉给水系统配置两台50%容量汽动给水泵，一台30%容量电动给水泵。1号机组在2013年初进行脱硝改造，更换低氮燃烧器，增加喷氨脱硝装置。在2013年10月，1号机组投入协调方式运行，机组负荷350MW，汽包水位突然波动上升90mm，给水自动调节与运行人员手动干预互相作用下，汽包水位低保护动作，锅炉MFT，机组跳闸。

1、事件经过介绍与原因分析

2013年10月13日23时33分，#1机组协调方式运行，负荷350MW，B、C、D、E磨运行，A、B汽泵运行且投自动，电泵停运，A汽泵再循环门投自动且在全关位，B汽泵再循环门手动，开度在28%。汽包水位9mm，主蒸汽流量870吨/小时，主给水流量812吨/小时。

1）23时39分24秒，#1机组协调方式运行，负荷从350MW降至320MW，目标负荷300MW，运行手动停运1B磨。23时39分30秒炉膛负压波动至-505Pa。

2）23时43分11秒，汽包水位出现波动，从+10mm快速上升至+90mm，1A、1B汽泵在自动方式下降低转速调节水位。1A泵转速由4012转/分降至3928转/分，1B泵转速由4035转/分降至3903转/分，1A汽泵再循环门开度为0%，1B汽泵在循环门31.6%，1A汽泵入口流量361吨/小时，1B汽泵入口流量降至362吨/小时，主给水流量降至445吨/小时，主蒸汽流量887吨/小时，汽包水位在调节作用下快速回落。

3）23时43分15秒，1B汽泵入口流量降至335吨/小时，达到再循环门逻辑设定的快开值（低于340吨/小时）而全开；23时43分20秒，1A汽泵入口流量339吨/小时，再循环门全开，汽包水位快速下降。

4）23时43分32秒，运行人员手动关闭1A、1B汽泵再循环门，23时44分24秒，将1B汽泵再循环门关至47%开度并保持；23时45分10秒1A再循环门关至0%。在运行人员关闭再循环期间，23时44分10秒，汽包水位降至-212mm。在给水自动调节指令下快速增加汽泵转速，汽包水位开始回升。在调节过程中，1B汽泵指令与转速存在明显偏差，转速未明显增加（后续检查发现1B小机低调阀第四个阀碟存在缺陷）；1A汽泵指令与转速也存在一定偏差，经分析是由于汽包水位偏低，给水自动指令处于快速调节状态，指令快速增加，1A泵转速也在增加，与指令之间存在正常滞后。

5）23时45分21秒，汽包水位至-157mm，1A汽泵转速4394转/分；1B汽泵转速4260转/分，两台汽泵转速存在偏差，但出口压力均为14MPa且较稳定，未发生抢水工况。运行人员手动开大1B汽泵再循环门，至23时46分37秒全开1B汽泵再循环门。

6）23时46分30秒，汽包水位回升至-13mm。23时46分31秒，运行人员手动开大1A汽泵再循环门，23时46分47秒，开至32%开度。此时主给水流量888吨/小时，主蒸汽流量953吨/小时，23时46分30秒至47分21秒期间，汽包水位从-13mm至13mm，变化平缓。

7）23时47分10秒，给水流量833吨/小时，蒸汽流量919吨/小时，运行手动关闭1A汽泵再循环门，至23时47分34秒全关，同时运行人员手动关闭1B汽泵再循环门，从100%开度关至89%开度并保持。

8）23时47分34秒，汽包水位开始快速上升，23时48分08秒汽包水位达到139mm，1B汽泵转速指令3213转/分，实际转速4183转/分，因转速指令与实际转速偏差大于1000转/分切至手动；1A汽泵23时48分13秒指令3077转/分，实际转速3969转/分，因指令低于下限3080转/分，跳至MEH本地控制。23时48分23秒汽包水位最高升至192mm。

9）23时49分09秒，1B汽泵转速指令3213转/分，实际转速3901转/分，主汽流量886吨/小时，给水流量203吨/小时，汽包水位0mm，重新投入1B汽泵自动控制。

10）23时49分27秒，因1A汽泵转速低于3080转/分，不满足切至DCS控制条件，只能在MEH系统进行手动操作。随着1A汽泵入口流量低于340吨/小时，1A汽泵再循环门再次全开，因1A汽泵出口压力低于给水压力，此时1A汽泵处于不出力状态。

11）23时49分30秒，汽包水位-144mm，运行人员手动提升1B汽泵转速，23时50分15秒，1B汽泵转速指令至4597转/分，实际转速4189转/分。运行人员手动全关1B汽泵再循环门，启动电泵，快速增加勺管指令至75%，手动停运1C磨和1C炉水泵。

12）23时50分12秒，运行将汽机主控切至手动开大汽机调门，汽机主控由53%开启至64%。23时50分22秒，1B汽泵转速4195转/分，汽包水位-252mm，23时50分44秒回升至-195mm后再快速下降。

13）23时51分19秒，汽包水位降低至-300mm，锅炉MFT，机组跳闸。

1.1通过上述事件经过对其原因分析如下：

1.1.1汽包水位扰动原因

23时39分24秒，1B给煤机停运，此时炉膛负压发生-500Pa的波动，总给煤量下降至96吨/小时后恢复至116吨/小时，随即发生了汽包水位上升至90mm。判断此次汽包水位快速上升是由于制粉系统停运后炉膛热负荷降低，受热面吸热降低导致水位上升。通过查阅曲线，启停磨、燃烧器摆角调整期间汽包水位均有不同程度的波动。

1.1.2给水自动控制指令导致汽泵再循环门快开

汽包水位属于变增益的自动调节，当水位偏差大时，输出调节指令速度将加快。由于事发时处于低负荷工况，再加上水位偏差较大，两者因素的叠加造成给水指令快速调节过程中，给水流量快速变化，致给水流量迅速下降至再循环门快开值。

同时流量低快开再循环定值偏高，在机组低负荷运行工况下容易达到快开值。

1.1.3水位调节过程汽泵指令和实际转速偏差大

1B小机实际转速与目标转速偏差大，实际转速在B小机低压调门开度为58%-80%时转速不变化。B小机低压调门的一根阀梁上共布置了5个阀碟，开度范围分别为2-20mm，20-40mm，40-59.5mm，59.5-76.5mm，76.5-94mm。低压调门上第四个开启的阀门的开度百分度范围为63.3%-81.4%，与B小机相对调门开度恒定转速时的调门开度相符，判断B小机低压调门第四开启的阀碟存在缺陷。

电厂原给水控制是西门子提供的单级三冲量控制策略，即水位偏差、主给水流量及主蒸汽流量三者提供给水泵PID控制器的入口偏差进行给水泵的转速控制。在单级三冲量的给水控制系统中，蒸汽流量与给水流量的偏差经过一个微分环节，与水位偏差相加并且考虑两台汽泵的流量平衡以后送入给水泵PID控制器，从而计算得出给水泵转速。控制原理图（一）如下：

（图一）汽包水位调节控制原理图

通过上图可以看出，该种给水控制策略给水泵转速PID控制器的PID参数对水位的调节具有非常重要的作用，PID参数整定的优劣，直接影响水位在受到某种扰动后波动时回调的深度以及再次稳定所需要的时间。同时，由上图也可看出，K1-K4参数的整定也会对水位调节起到一定的作用，K3参数的强弱反映出该控制系统对水位偏差调节的强弱程度，K1、K2、K4参数反映出该控制系统对给水及蒸汽流量扰动所调节的力度。

从调节优化及控制策略适应性角度出发，决定对给水控制策略进行优化。改原单级三冲量给水控制为串级三冲量给水控制；增加自动并、退泵方式减少运行人员手动干预；对汽泵再循环最小流量调节阀控制策略进行优化。

2、给水控制策略介绍与优化

2.1串级三冲量给水控制增加到原汽泵转速控制入口，控制策略主要从以下几点考虑：

2.1.1新增加的给水控制回路分为蒸汽流量小于等于30%负荷的汽包水位调节回路和蒸汽流量大于30%负荷的汽包水位调节回路；

2.1.2蒸汽流量在30%以下时，通过汽包水位/主给水电动门前后差压控制器和泵入口流量调节器控制汽包水位；

2.1.3蒸汽流量小于25%时，电泵给水旁路调节门开度小于95%时，电泵通过勺管控制给水旁路门前后差压；

2.1.4蒸汽流量小于30%且电泵给水旁路调节门开度大于95%时，电泵通过勺管控制汽包水位；

2.1.5蒸汽流量大于30%时，通过汽包水位控制器、给水流量控制器和泵入口流量调节器控制汽包水位；

2.1.6保证不同负荷段的汽包水位控制品质，汽包水位控制器和给水流量控制器及给水泵入口流量控制器均采用变参数控制：汽包水位控制器P、I参数根据蒸汽流量大小、汽包水位偏差大小和给水温度高低综合计算得到；给水流量控制器P参数根据蒸汽流量大小和给水泵投入自动的台数综合计算得到；给水泵入口流量控制器根据泵入口流量的大小实现变参数控制。

2.2汽动给水泵自动并、退泵控制逻辑

2.2.1汽动给水泵冲转完成，给水泵转速大于2800r/min，MEH投入遥控方式后，可通过给水泵并/退泵顺控操作面板，投入自动并泵功能，实现自动提升汽泵转速，当给水泵出口压力、给水泵入口流量与在运的给水泵平衡，给水泵转速与设定值偏差小于设定值后，自动投入给水泵自动完成给水泵并列功能。

2.2.2两台给水泵并列运行时或仅有一台给水泵向锅炉供水时，可通过给水泵并/退泵顺控操作面板，投入自动退泵功能：实现自动投入给水泵再循环门自动、自动降低给水泵转速至2850r/min以下完成给水泵解列功能。

2.2.3给水泵出力提升或降低过程中，给水泵转速提升/下降速率同时受汽包水位偏差、给水流量偏差、泵入口流量偏差和泵转速偏差的限制，当不利于给水系统稳定和安全的偏差扩大时，并/退泵速率自动降低，最低可降至0速率。

2.2.4为实现在给水系统满足机组升降负荷，保持汽包水位稳定的前提下达到一定的节能功能，系统设有根据机组负荷高低自动启动并/退泵功能组的功能：当顺控联锁开关投入、机组负荷大于320MW并持续300秒以上，联锁启动并泵功能组；当顺控联锁开关投入、机组负荷小于280MW并持续300秒以上，联锁启动退泵功能组。

给水泵并泵子组逻辑：

并泵允许与条件：另一台泵并/退泵功能组不运行；本泵入口流量质量ok；本泵出口压力质量ok；汽包水位质量ok；本给水泵已投遥控；本给水泵已投遥控；本给水泵转速大于2800r/min。并泵完成与标志：泵入口流量与最大入口流量偏差小于10t/h；泵出口压力与最大出口压力偏差小于0.2MPa；给水泵转速偏差小于60r/min；本给水泵已投自动。

自动启动条件：机组负荷大于320MW持续300秒。

顺控中断或条件：任意给水泵跳闸；RB发生。

步序1指令：投入本泵再循环门自动；开本泵出口电动门；本给水泵切手动。

步序1完成：再循环门自动；出口电动门已开；本给水泵在手动状态。

步序2指令：本给水泵出口压力大于已运行给水泵最大出口压力-0.8MPa时，以1200r/min的基础速率提升给水泵转速，但升速过程受限于给水泵转速指令偏差，给水泵转速指令。

步序2完成：本给水泵出口压力大于最大出口压力-0.8MPa。

步序3指令：以400r/min的基础速率提升给水泵转速。

步序3完成：本给水泵出口压力大于最大出口压力-0.2MPa；本泵入口流量大于最大出口流量-10t/h；给水泵转速偏差小于60r/min。

步序4指令：投入本给水泵自动。

步序4完成：本给水泵自动已投入。

给水泵退泵子组逻辑：

退泵允许与条件：本给水泵退泵子组不运行；另一台给水泵并泵子组不运行；另一台给水泵退泵子组不运行；本给水泵泵入口流量质量ok；本给水泵泵出口压力质量ok；汽包水位质量ok；本给水泵已投遥控。

退泵完成标志：本给水泵转速小于2850r/min。

退泵自动启动条件：机组负荷小于280MW持续300秒；

退泵中断或条件：锅炉MFT；任意给水泵跳闸；RB发生。

步序1指令：投入本泵再循环门自动；本给水泵切手动。

步序1完成：本泵再循环门已投自动；本给水泵在手动状态。

步序2指令：以400r/min的基础速率降本给水泵转速。

步序2完成：本给水泵出口压力小于最大出口压力-0.8MPa。

步序3指令：以1200r/min的基础速率降本给水泵转速。

步序3完成：本给水泵转速小于2850r/min。

2.3给水泵再循环调节阀逻辑优化

每台给水泵分别增加一套根据给水泵入口流量进行函数定位的再循环门开度控制逻辑，新增逻辑与原逻辑可通过工程师站切换。新增的给水泵控制逻辑如图（二）所示。当切换开关SW切为1，再循环门投入自动后，通过PI控制器跟踪回路接入新的再循环门控制指令。新增逻辑有以下几个特点：

1）为了使再循环门控制方式从手动到自动方式切换后对给水系统扰动小，系统设有自动偏置控制回路，系统切到手动后，自动计算手动指令与自动指令偏差，并寄存为手动偏置值，当系统投入自动后，手动偏置值以预定速率（10%/min）过渡到0%。2）为实现给水泵既安全又节能的运行，再循环门开度设定具有给水泵转速修正给水泵入口流量的功能，实现给水泵转速低再循环门开的入口流量阀值小、给水泵转速高再循环门开的入口流量阀值大的功能。3）为减少低负荷段给水泵再循环门反复开关波动，控制指令具有快开、慢关功能，通过指令输出后的速率块实现，开门速率不限制，关门速率从100%开度到0开度需要十分钟。

再循环门开度函数和泵转速对流量的校正函数确定如下：

3、试验情况

3.1控制策略优化后进行汽包水位扰动试验，共进行幅度为±50mm的水位扰动试验4次，根据相应的曲线，进行PID参数适当调整，使系统响应满足实际运行要求。3.2给水泵组自动并、退泵试验，A泵连续进行并、退泵试验，试验过程中，对给水泵再循环门开度系数进行相应修改，防止再循环门开度过大发生给水泵抢水，试验成功，B泵进行同样试验。

4、总结

台山电厂通过对600MW亚临界汽包水位控制策略优化及给水泵自动并、退泵功能实现，有效提高了汽包水位控制水平，达到了保证机组安全、稳定运行的目的。

参考文献

[1]边立秀.热工控制系统.中国电力出版设，2001

[2]张栾英.火电厂过程控制.中国电力出版社，2000

[3]张建伟，马志杰.汽包水位控制系统参数整定方法的研究.山西电力，2001

作者简介

康二红，男，1979--，陕西华县，职称，维护部热工主管，学历，本科，研究方向：热工专业管理。