热负荷自动控制系统的改进

〔摘 要〕 由于员村热电厂电热用户的变化以及单元制和母管制运行方式的频繁转换等原因，使得原设计的热负荷自动调节系统不稳定。经过4条改进措施的实施，蒸汽压力和汽温满足了汽机的设计工况要求，提高了系统的稳定性。

1 概 况

广州发电厂员村热电厂装配3炉2机，采取母管制锅炉运行方式，抽汽凝汽式机组，除给广东主网供电外，还供热。其热控系统采用日本集散型过程控制系统CENTUM-XL，其系统运用了先进的过程控制技术、电子技术，还灵活地运用了人-机接口功能，采用冗余现场控制，其所有反馈控制都通过内部仪表实现，系统可靠性较强。但运行发现，其与汽机本身设计的工况和运行要求不太适应，不能很好的保证汽机的进汽压力，热负荷自动控制系统无法自动稳定蒸汽压力，给汽机的安全、经济运行造成了较大的威胁，本文拟就这一问题进行讨论和改进。

2 最初设计

母管制锅炉并列运行有以下几个特点：

(1) 必须维持母管压力来保证汽机进汽压力，所以并列运行母管制锅炉存在热负荷分配问题，即各运行锅炉的负荷由一个主调节器来完成负荷分配任务，构成串级控制系统。

(2) 当多台锅炉并列运行时，每台锅炉的蒸汽流量不仅与母管压力有关，而且与本台锅炉的汽包压力有关。

(3) 每台锅炉的工况是相互联系的，每台锅炉的汽包压力和蒸汽流量不仅与汽机的用汽量有关，也与任何一台锅炉的运行工况有关。所以，在锅炉最初投运时，热负荷自动调节系统是按母管制运行方式设计、施工的，采用串级三冲量自动调节。图1是其在CENTUM-XL内的组态图。

其中，PID为调节器组态表，LD为微分组态表，CALCU为热量信号组态表，MAC为电动机仪表，IN为信号输入，OUT为信号输出，SET为信号设定值，PV为过程值。



图1 在CENTUM-XL内的组态图

此组态图的结构框架为：母管压力信号(GP-101)在调节系统中起主导作用，输入主调节器(GP-101C)，主调节器的输出作为副调节器(GF-103C)的给定信号，对副调节器来讲它起校正作用。蒸汽流量信号(GF-101)和汽包压力信号(GP-102)为副信号，一起作为副调节器的输入信号，起前馈信号的作用，同时，在热量信号组态表(GF-103E)中设置运算公式：

PVC=IN+PV(GP-102A)×SV(CB-101)-PV(GF-103F)×n

其中PVC为过程量输出，SV为设定值，CB-101为锅炉热容量系数，此处设为1，n为流量微分信号(GF-103F)的系数，可根据需要设定，此处设定为0.25。

3 出现问题

(1) 根据汽机本身设计的工况和运行要求　，蒸汽压力应稳定在9.3±0.2 MPa，汽温应稳定在530±5℃。但随着员电供热网的建成以及热用户的增加，用户用汽的不稳定使汽机抽汽量在短时间内出现从几吨到几十吨的变化，造成蒸汽压力在9.1～9.7 MPa，汽温在510～540℃波动。其主要原因是给粉机转速调节跟不上蒸汽母管压力的变化和锅炉燃烧的滞后性。蒸汽负荷的不稳定，就不能很好保证汽机的进汽压力，这给汽机的安全经济运行造成了威胁。

(2) 在弯曲的蒸汽母管上布置的大小10多个阀门、弯位、三通都存在压力损失，因而从1号炉到3号炉之间虽是连通管，但压差相当大(达0.1～0.2 MPa)，致使从1号炉出口取样压力不能正确反映3号炉出口压力，同样在3号炉出口取样压力也不能正确反映1号炉出口压力。

(3) 投入运行时，由于员电根据电网负荷需要，有时开1台机炉，有时开2台机炉，这样，其运行方式有时是单元制，有时是母管制。单元制机组的特点是：用电量增大蒸汽负荷上升，从而导致蒸汽压力减小，热负荷调节系统增大给粉机转速，从而增大给粉量，使蒸汽压力重新稳定在给定值。而母管制在稳定压力的前提下，哪个炉蒸汽流量升高，热负荷调节系统就减小给粉机转速，这两种运行方式，蒸汽流量信号输入副调节器时的信号的极性是不同的。所以，在单机单炉运行时，采用母管制运行方式，使热负荷调节无法自动稳定蒸汽压力。

4 改 进

针对上述情况，在没有改变CENTUM-XL内的组态图的情况下作了以下修改：

(1) 重新选取压力取样点，改掉由主汽母管压力分配锅炉热负荷，采取每台锅炉集汽联箱后的压力作为主调节信号，只要每台炉将集汽压力控制在一定范围内，蒸汽母管即使有压损，其母管压力都能保持基本稳定，舍去了母管压力的变化对每台锅炉的影响。

(2) 在计算机软件上正确设置好蒸汽流量信号极性，使它的组态方式自动跟踪运行方式的变化，即流量运算组态表(GF-103F)内设定自动跟踪模式作出相应的极性改变。

(3) 加强蒸汽流量信号的作用，将热量信号组态表(GF-103E)内的运算公式里流量微分信号(GF-103F)的系数n改为0.5，即PVC=IN+PV(GP-102A)×SV(CB-101)-PV(GF-103F)×0.5。

(4) 对调节器进行参数整定，根据其传递函数Gs(S)= (1+ +TdS)　，加强主调节器(GP-101C)的灵敏性，如将比例带P、积分时间Ti适当调小，微分时间Td适当调大，以跟踪集汽压力的变化。

5 结束语

通过以上改进，热负荷自动调节系统重新投入运行时，其稳定性、准确性、快速性大大提高了。锅炉在运行方式改变或汽机负荷改变时，其运行都能及时跟上变化，蒸汽压力稳定在9.3±0.1 MPa，进汽温度稳定在530±5℃，保证了汽机的运行品质，既减轻了运行人员的工作量，又大大提高了锅炉、汽机运行的安全性、稳定性和经济性。(范小慧 郑望其)