肖艳秋
江西大唐国际抚州发电有限责任公司，江西省抚州市 344000
摘要：本文介绍了行业内除氧器水位常规的三冲量控制策略，阐述了三冲量自动控制回路的基本形成方式，同时分析了该控制策略下的应用弊端，针对江西大唐国际抚州发电有限责任公司（以下简称“抚州电厂”）的实际情况，提出基于“凝结水泵变频调节除氧器水位，除氧器上水门调节凝泵出口压力”的新型控制思路构想，并根据两种控制策略在抚州电厂除氧器水位调节的应用情况进行能耗分析和系统稳定性分析，验证了新控制策略的优越性和可行性，希望能在同行业能起到借鉴作用。
关键词：除氧器水位；三冲量；变频调节；自动控制；无扰切换。
1 概述
除氧器是保证锅炉具有一定给水储备而设置的[1]，除氧器的储水量一般不少于锅炉额定复核下连续运行15min至20min所需的给水量，水位过低，说明除氧器储水量不足，有可能危急锅炉安全运行，还可能使给水泵入口汽化；除氧器水位过高，将影响除氧器除氧，严重的话会导致汽轮机进水，危害机组安全，所以除氧器水位控制是电厂自动控制的重要部分。
2 除氧器水位三冲量控制
常规的三冲量控制，除氧器水位H作为被调量，控制除氧器上水调节阀开度，维持水位H在最佳范围内，锅炉给水流量和凝结水流量的差值反映机组汽水损耗量[2]，因此可组成除氧器水位H，凝结水流量WL，给水量WG的三冲量控制。
2.1 优化前抚州电厂除氧器水位控制策略解析
除氧器水位通过单冲量和串级三冲量相结合的控制方式调节，在不同负荷段，实现控制方式的自动识别。低负荷下，锅炉蒸发量有限，除氧器补水量较小，这种情况下使用单冲量调节完全可以满足除氧器水位的调节需求[3]，而且使用单冲量调节不用考虑其他变量的扰动，调节准确性高、响应快。
负荷大小的判断以主给水流量WG来表征，主给水流量WG低于某一定值为单冲量控制，除氧器水位H为被调量，除氧器上水调节阀为被控对象，通过控制器调节，确保除氧器水位在正常运行范围内。如下图所示（ABB SymphonyPlus DCS组态图）
除氧器水位单冲量控制
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在高负荷下，锅炉蒸发量大，给水流量WG和凝结水流量WL是除氧器水位H调节重要的扰动量，使用三冲量调节，利用工质平衡的原理，除氧器上水调节阀的PID调节只需补充机组汽水的损耗量，其调节的快速性、稳定性和准确性都将优于单冲量调节。负荷大小的判断以主给水流量WG来表征，主给水流量WG高于某一定值为三冲量控制，上水调阀采用串级控制，副调节器控制凝结水流量WL，主调节器调节除氧器水位H，主给水流量WG作为主调节器的前馈，如下图所示（ABB Symphony Plus DCS组态图）：
除氧器水位三冲量控制
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由逻辑图可知，副调节器可以消除给水压力波动引起的给水流量自发性扰动，除此之外，当负荷改变使蒸汽流量产生变化时，给水流量WG也必将产生变化，此时副调节器能迅速调节凝结水流量，保证凝结水流量和给水流量平衡，从而减小主调节器调节压力。
单冲量调节与三冲量调节的切换为无扰切换，单冲量调节时，三冲量调节器主调跟踪凝结水流量，副调跟踪除氧器上水门实际开度；三冲量调节时，单冲量调节器跟踪除氧器上水门实际开度。
2.2 凝结水变频调压
机组生产期间，除氧器必须不断地提供锅炉给水，确保汽轮机足够的蒸汽量做功，同时为保证机组对于除氧器储水量的要求，凝结水量的补给必须充足且及时。抚州电厂1000MW机组投产以来，一直使用凝泵变频调压的方式，保证凝结水量达到机组运行要求。凝结水泵出口母管压力P为被调量，与变频器设定值SP做偏差，经调节器PID运算，得到各台凝结水泵的变频指令。
为保证不同负荷段下上水调节阀有一定的调节裕度，运行人员需适度提高凝结水变频泵出口母管压力，该方式下主调阀一直未处于全开状态，存在节流损失，同时凝泵高速运转，会增加6KV电机的电耗[4]。与此同时，在调节器的作用下，除氧器器上水主调阀必须频繁动作，保证除氧器水位不偏离设定值。
下图所示凝泵变频调压方式下不同负荷段凝泵运行趋势图：
变频调压方式下不同负荷段凝泵运行趋势图
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3 凝泵变频调节除氧器水位的应用
3.1 控制策略优化
为改善原有逻辑控制策略单一、能耗较大的弊端，抚州电厂对原有逻辑进行了优化，实现了除氧器水位全程控制，包括高低负荷段的控制对象自动识别，事故工况的超驰控制等，如下图所示：
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“凝泵变频调水位”模式投入以后，机组低负荷运行时，为了保证凝泵出口母管压力，维持凝泵在高效率范围内运行，凝泵变频调节压力，主调调节水位；当机组负荷上升至一定阶段后，自动切换为凝泵变频调节水位，上水主调阀调节压力模式，在保证出口压力与流量的前提下，尽可能降低凝泵转速，增大上水主调阀开度。事故工况下，如变频器故障切工频，变频器指令超驰输出50HZ，保证充足的凝结水供水流量。
3.2 DCS画面及逻辑修改
针对此控制策略进行响应的逻辑修改，将主调阀的被调量改为凝泵出口压力，凝结水泵变频器被调量改为除氧器水位，同步实现不同模式下的无扰切换，超驰动作等功能。DCS画面增加“变频压力模式，调阀水位模式”和“变频水位模式，调阀压力模式”两个切换按钮。
3.3 保护及连锁定值修改
当任意一台凝结水变频泵跳闸或凝泵出口母管压力低时，联启工频泵，凝结水系统控制方式优化后，凝结水泵出口母管压力降低，经过反复实验，凝泵出口压力低联启工频泵的定值由1.5MPa变更为1.0MPa。
3.4 增加凝结水母管压力低闭锁减保护
如果凝结水母管压力过低，就不能保证除氧器正常上水和凝结水作为减温水的正常使用，如果凝泵出口母管压力低于除氧器侧压力，甚至有可能导致凝结水母管的水伴随除氧器热蒸汽通过凝结水再循环至热井，造成凝结水母管水冲击事故[5]。因此，增加凝结水母管压力低闭锁减保护，当凝结水母管压力低于1.25MPa时，凝泵变频器指令闭锁减，除氧器上水调阀闭锁增。
下图为“凝泵变频调水位”模式不同负荷段凝泵运行趋势图：
变频调水位方式下不同负荷段凝泵运趋势图
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4 控制策略优化前后节能分析
优化前情况：凝泵变频主要控制凝泵变频泵出口压力，为了适应机组各个不同负荷段凝结水流量的需求，同时保证全负荷段上水调节阀的裕度，不得不大幅提高凝泵出口母管压力，优化前满负荷下凝泵母管出口压力一般维持在2.13MPa左右，凝泵长期高速运转，电能消耗较大，不利于厂用电率的降低。
优化后情况：优化后，凝结水变频泵主要调节除氧器水位，上水调阀处于全开状态，运行过程中无节流损失，满负荷下凝结水变频泵出口压力一般维持1.89MPa左右，凝泵出力减小，运行电流降低，节约了运行能耗，降低厂用电率。
优化前后凝泵能耗指标对比
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除此之外，优化后的控制策略能避免长期高压力的凝结水导致的凝结水管道振动大以及精处理设备承压力过高等的弊端，同时避免了机组在升降负荷过程中调节阀的频繁动作，大幅减小设备的故障率，提升控制系统的稳定性。
5结束语
本次优化从控制策略方面改进了除氧器水位的控制方式，以凝泵变频器调节除氧器水位的方式减少上水主调阀的节流损失，从而降低凝泵的出力，减小凝泵运行电流，节约厂用电。该控制策略在抚州电厂的应用非常成功，从而也为除氧器水位调节提供一个创新性的思路。
参 考 文 献
[1] 刘蒙蒙.660WM超超临界燃煤机组除氧器水位控制策略探究[J].工程技术,2016 (9) :00261-00261。
[2] 李力.除氧器液位控制策略技术研究[J].华电技术,?2016?,?38?(3)?:10-13。
[3] 王永森.基于压力自适应的除氧器水位控制策略[J].海峡科技与产业,?2017?(8)。
[4] 戴锡辉 熊辉.除氧器水位控制的节能优化策略[J].中国新技术新产品,2017 (15) :105-106。
[5] 孟坦.1000MW机组凝泵变频改造及除氧器水位全程自动控制逻辑设计与优化[J].自动化技术与应用,2016 , 35 (10) :127-130。
收稿日期：
作者简介：
肖艳秋（1987），男，江西高安，本科，工程师，电厂自动控制