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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定，除保證給水除氧系統安全運行之外，還能有效保證鍋爐汽包水位的穩定。穩定負荷時，減少給水側的擾動；變動負荷時，及時調整給水泵轉速，穩定住給水母管壓力，使給水量變化及時，同時還有一定的節能效果。但為保證給水系統的基本穩定，同時還要穩定母管壓力，運行泵組往往采用定速泵和調速泵的組合。組合不同，其調節特性也會有較大變化，因此，給水母管壓力自動調節系統的設計與調試必須考慮其組合變化。由安徽電力試驗研究所調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，考慮了這個因素，在系統設計及調試中，利用DCS可以靈活組態的功能，采用調節參數變增益的方法，滿足了給水泵不同組合形式下，給水母管壓力的自動調節。
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的UG-75/3.82-M30型單汽包、自然循環、Л型布置的固態排渣煤粉爐；汽輪機系南京汽輪電機廠生產的C12－3.43/0.98-2型12MW單缸軸流，中壓，沖動，抽凝式汽輪機，它帶有可調整抽汽，正常功率為12MW。熱工控制系統采用北京和利時控制工程有限公司生產的分散控制系統（DCS）。目前一期工程已經全面完成建設，投入運行。
3 給水除氧系統
其除氧給水系統采用母管制運行方式。除氧給水系統配用的除氧器采用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，用給水調節門控制鍋爐水位。除氧給水系統共配有6臺給水泵，其中3臺電動定速給水泵，3臺電動調速給水泵。調速給水泵系日照水泵廠生產的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。勺管調速范圍20%至90%，給水泵額定轉速為2985rpm。
圖1中可以看出，其1、2、5號泵為調速給水泵，3、4、6號泵為定速泵。根據負荷的不同要求，可以選用2、3或4臺泵運行，可以采用1、2或3臺調速給水泵來控制給水母管壓力穩定。
4 自動調節系統設計
根據負荷要求及給水系統的設備狀況，泵組有不同的運行組合。給水泵的運行總臺數、參與自動調節的調速給水泵臺數會有不同，相應影響給水母管壓力調節的特性。由于定速給水泵型號、出力及接入系統運行方式一樣；調速給水泵型號、出力、接入系統及調速運行方式一樣，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。對調節特性影響最大的是參與自動調節的調速給水泵臺數，及其在泵的總體運行臺數中的比重。設計給水母管壓力自動調節必須考慮這個因素。
給水母管壓力自動調節系統采取串級調節，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調節，其輸出為調速水泵轉速指令，各個調速水泵采用單獨的PID調節器作為副回路，是快速回路，通過控制相應調速給水泵的勺管開度，來調節相應調速水泵的轉速與主調輸出轉速指令相等，從而維持給水母管壓力為給定值。
如果參與自動調節的調速給水泵臺數及其在泵的總體運行臺數中的比重發生變化，則即使是同樣的主調節器的輸出變化，其對給水母管壓力的影響也不一樣。因此，必須根據泵組不同的運行方式，相應改變調節器通道的比例增益，消除由于參與自動調節的調速給水泵臺數及其在泵的總體運行臺數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節系統原理示意圖。
圖2 給水母管壓力自動調節系統原理示意圖
調節提到增益變化的計算是以三臺泵總體運行，其中用一臺調速水泵調節給水母管壓力的工況為基礎。因為系統的初始調試是在此工況下進行的，并以此試驗得到最佳調節器參數。由于DCS中調節器模塊不方便設置可變調節參數，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，實現調節通道的變比例增益調節。
由于可能有不同的調速水泵投入自動，或多臺調速水泵逐一投入自動，為保證自動調節系統手動/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，主調節器跟蹤運行的調速水泵轉速信號，各泵副調節器的定值跟蹤相應泵的轉速，輸出跟蹤相應調速水泵勺管的開度信號，才能保證信號的平衡，實現無擾手/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，目的是將主調節器的輸出信號，根據不同調速水泵的運行狀態，轉換成相應的調速水泵的轉速定值，送入副調節器，使其在手動狀態時的值跟蹤泵的實際轉速，自動狀態時接受主調節器信號，維持給水泵轉速。
為保證自動調節系統的安全，從而保證給水系統的穩定和安全，還設計了相應的信號報警和聯鎖保護功能。這樣在調節系統投入自動運行的情況下，當由于自動調節系統本身的原因，如執行器故障、變送器信號故障、線路故障或調節幅度超限等，造成調節系統不能正常工作；或者由于外部原因，如熱力系統不正常大幅擾動或運行在不穩定工況，造成自動調節系統不可以正常工作，會發出報警或自動切除自動運行狀態至手動狀態，以避免不正常工況擴大造成不必要的事故。
5 自動系統調試及投運
設計好調節系統，觀察運行情況，根據手動時壓力調整的情況，設置好DCS中相應功能塊的靜態配合參數及PID模塊的初始參數。為保證在自動調節的工況下，調速水泵的轉速在正常工作范圍之內，應設置好PID調節器的輸出上下限幅。
調節參數的優化調試是在兩臺定速泵加一臺調速水泵的運行工況下進行的，調速水泵為#2泵，通過定值擾動和觀察外部負荷變化時系統的調節品質加以優化。和利時公司的DCS可以對組態的在線下裝，保證了控制系統結構及參數的優化。自動調節系統投入運行后，給水母管壓力能夠穩定在6.0±0.15MPa。在其它泵組合的運行方式下，自動調節系統也能夠滿足穩定給水母管壓力的要求。
在調試過程中遇見的主要問題是執行環節死區偏大。主要原因有兩個，一是執行器選型相對于勺管開度行程有些偏大，因此執行器電機一動，勺管就有過調；二是該執行器采用開關量控制，伺服放大器為DCS內部的軟伺服模塊，調節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，未采用可以調整DO脈沖輸出寬度和頻率的專門進行調節控制的DO模塊。造成軟伺服模塊死區只能大于4%，每次勺管的調整量有7%左右，產生調節初始階段滯后而調整進行時產生過調，影響調節速度和質量，否則調節品質將會更好。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號