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华能营口热电有限责任公司除氧器水位自动控制逻辑的优化（完整版）
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华能营口热电有限责任公司除氧器水位自动控制逻辑的优化
商忠宝
（华能营口热电有限责任公司，辽宁，营口）
摘要:分析了原除氧器水位调节设计方案不合理之处，同时设计了新水位自动控制方案，从根本上解决了阀门切换时水位波动大及供水的节流损失大的问题。
关键词:凝结水系统；两段式控制；单冲量；三冲量；自动调节
概述
华能营口热电有限责任公司2×330MW凝结水系统流程如图1所示，系统配置了3台凝结水泵，其中A泵采用一拖一变频控制，B、C泵采用一拖二变频控制，同时给水管道上配置了除氧器给水主调节阀和给水辅调节阀。整个除氧器水位自动控制系统设计为典型的两段式控制，即两套控制回路，其中一套为凝泵出口母管压力控制回路，靠凝结水泵变频控制，其中母管压力设定值为机组负荷的折线函数，另一套为除氧器水位控制回路，由除氧器主、辅调节阀控制，并且控制方式采用了单冲量和三冲量。
轴加
主调节门
辅调节门
低加
给水泵
除氧器
C凝泵
B凝泵

凝汽器
A凝泵
至锅炉
图1凝结水系统流程图

除氧器水位自动控制回路逻辑存在的问题
图2为本厂改进前的除氧器水位自动控制原理图，从原理图上可以看出除氧器辅调节阀设计为单回路控制水位（调节器为PID1），其设定值为SP1。除氧器主调节阀设计了单冲量（调节器为PID2）和三冲量（串级主调节器为PID3、辅调节器为PID4）两种控制方式，其设定值为SP2，单冲量和三冲量控制的切换按凝结水流量大小进行切换并带有滞环，即凝结水流量大于360t/h时由单冲量切换到三冲量，小于200t/h时切回单冲量。
-
Y
N
-
+
+
+
-
+
+
-
+
PID1
PID2
PID3
PID4
除氧器水位
∑
主给水流量
凝结水流量
M/A
M/A
T
辅调节阀
执行机构
主调节阀
执行机构
单、三冲量
切换开关
SP1
SP2
图2改进前的除氧器水位自动控制原理图

从整个控制原理上可以看出除氧器辅调节阀和主调节阀均采用各自的定值调节方案，两者是相互独立的。此种设计方案能够做到在机组启动和低负荷运行阶段靠辅调节阀调节水位，随负荷的增加辅调节阀逐渐全开后再打开主调节阀，但是要实现这样一个动作规律的一个必要条件是使得设定值SP1>SP2，即当负荷增加达到一定值后，辅调节阀全开流量已不能满足要求，这时除氧器水位会下降，当水位降到SP2值以下时主调节阀开始动作，调节过程曲线如图3所示。整个动作过程中出现了三个问题：(1)阀门切换过程中水位出现了SP1-SP2的水位调节死区，这就使得主、辅调门在切换过程中必然出现水位波动，图中调出了水位调节的24小时曲线，可以看出在切换点处水位出现了大幅度的波动。(2)三冲量控制方案没有充分利用，水位调节品质不好。在辅调节阀还没有全开时，凝结水流量早已达到了三冲量切换点，但主调节阀此时还处于关闭状态。(3)主调节阀开启后在小开度下较长时间运行，增大了主调节阀的磨损，和节流损失，降低了机组效率。因此利用此种调节方案在安全、经济、自动投入率方面都较低。如何来解决这个问题呢?
辅调节阀指令
主调节阀指令
除氧器水位

图3原设计方案动作过程曲线
除氧器水位自动控制逻辑的改进
针对原控制方案设计不合理之处，新控制方案必须解决以下问题:(1)在低负荷下使用副调节阀，在高负荷下使用主调节阀，避免调节阀在小开度下较长时间运行尽量减少系统的节流损失。(2)两个调节阀可由控制系统进行自动切换。(3)在切换过程中水位不应出现大幅波动。
新控制方案系统原理见图4。其中SP为可由运行人员手动操作的除氧器水位设定值，其后分别为防止设定值变化时对系统冲击过大的速率限制器，以及为了防止运行人员误操作的最大和最小设定值限制;PIDl为低负荷下辅调节阀使用的单冲量调节器，PID2为高负荷下主调节阀使用的单冲量调节器，PID3为高负荷下主调节阀使用的三冲量调节主调节器，PID4为高负荷下主调节阀使用的三冲量调节副调节器。
N
Y
+
+
N
图4改进后的除氧器水位自动控制原理图
∑
100
-
+
-
+
-
+
Y
-
+
除氧器水位
主给水流量
凝结水流量
SP
单、三冲量切换开关，用于主、辅调节阀的切换，通过凝结水流量判断
T
T
∑
Y
N
+
-
PID4
M/A
M/A
T
辅调节阀
执行机构
主调节阀
执行机构
主调节阀单、三冲量切换开关，仅用于主给水流量或凝结水流量发生故障时
PID1
PID2
PID3
V≯
≯≮

新方案与原方案相比主要改进之处体现在：低负荷下采用单冲量控制除氧器水位，在高负荷时采用三冲量控制除氧器水位，单冲量控制用辅调节阀，三冲量控制用主调节阀。在三冲量控制情况下，当总给水流量或