给水泵三冲量在汽包液位控制中的应用

计林佑

（中海油珠海天然气发电有限公司，广东珠海519000）

0 引言

汽包水位是发电厂锅炉运行中一个非常重要的参数，维持汽包水位在正常范围内是保证机组安全运行的必要条件。现在的发电厂基本都参与电网负荷调节，负荷的变化必然导致蒸汽流量的变化，进而导致汽包水位的变化。如果汽包水位过高，蒸汽带水则会使过热器结垢，管壁受热不均，导致爆管事故；如果水位过低，则会破坏锅炉的水循环，造成“干锅”的情况。因此，需要对汽包水位进行快速稳定的调节，以防止发生意外，这就对给水自动调节提出了更高的要求。

1 串级三冲量给水调节系统

传统的给水控制方式均为两台定速泵一用一备，通过串级三冲量给水逻辑对给水调门的开度进行节流调节。系统使用了PI1和PI2两个调节器，我们称之为主调节器和副调节器。主调节器一般采用PI控制规律，以保证被调量汽包水位无静态偏差；副调节器一般采用PI或P控制规律，接收给水流量、汽包水位及蒸汽流量三个输入信号，主要用于快速消除内扰。串级三冲量给水调节系统的结构图和方框图如图1及图2所示。

图1 串级三冲量给水控制系统结构图

该系统由两个闭合回路和前馈部分组成：

（1）主回路：由调节对象、水位测量变送器、主调节器和副回路组成。

（2）副回路：由给水流量、给水流量测量变送器、给水流量信号分流系数、副调节器、执行器、调节阀门组成。

图2 三冲量给水控制系统原理方框图

（3）前馈调节部分：由蒸汽流量信号、蒸汽流量测量变送器、蒸汽流量信号分流系数组成。

一般发电厂均使用定速泵配合串级三冲量逻辑进行给水调节，具有较好的调节品质，调试整定也比较方便。但由于属于节流调节，存在节流损失和阀门磨损，而且定速泵采用的节流方式会损失较多的厂用电，并不经济。

2 变速给水泵调节系统

前面讲到使用定速泵以改变调节阀门开度的方式来调节汽包水位会产生较大的电能损耗，对阀门的磨损也比较大。所以为了节约厂用电，目前部分大型锅炉开始广泛采用变速泵来调节汽包水位。现在普遍采用的有电动调速泵和气动调速泵两种：

（1）电动调速泵：电动机其实还是前面讲到的定速电动机，但在电动机和给水泵之间采用液力联轴器进行“软”连接，通过调节液力联轴器油位对给水泵转速进行控制。

（2）汽动调速泵：汽动调速泵其实是一台小型汽轮机，依靠高压缸的抽汽做功推动给水泵转动。汽动调速泵因为调节性能好，相比电动调速泵效率更高，因此使用比较广泛。

但在启机前后和低负荷期间由于高压缸抽汽压力太低，无法使用汽动调速泵，所以一般发电厂会同时配备电动调速泵和汽动调速泵。其实变速泵给水控制的控制原理与普通的给水调门串级三冲量控制原理是一样的，只不过一个是控制变速泵的转速，一个是控制阀门的开度。两者都有一定的控制方式投入条件，串级三冲量给水控制需要机组正常运行，达到一定的流量后方才投入，变速泵控制方式也需要工作在安全经济区域内。

3 变频调节与串级三冲量给水相结合

我公司使用的是两种调节方式的结合，即将前面讲到的给水调门串级三冲量给水控制和变速泵给水控制叠加起来的给水控制方式。

公司采用一台变频器以“一拖二”的方式轮流控制两台定速泵来实现泵的变频即变速控制，在机组启动和低负荷时，使用给水泵调压模式以保证锅炉给水的压力满足要求，在高负荷时使用给水泵变频调节汽包水位的模式。同时出口调整门也可使用串级三冲量给水控制逻辑，即两个串级三冲量同时起作用。

（1）给水泵调压模式：给水泵出口压力调节方式为普通的PID控制方式，被调量为高压给水调节阀前压力，设定值为通过燃机功率和高压汽包压力进行计算后的值，运行人员可通过设定偏置值改变设定值，如图3所示。

图3 给水泵调压模式

（2）给水泵变频调节汽包水位模式：给水泵变频调节汽包水位模式与给水调门串级三冲量给水调节方式基本一致，被调量均为汽包水位，蒸汽流量信号为前馈控制信号，给水流量为反馈控制信号。采用蒸汽流量信号作为前馈控制信号的好处是当负荷变化时，首先变化的是蒸汽流量，蒸汽流量的变化可以快速使调节器动作，抵消“虚假水位”引起的反向动作。当给水流量信号出现扰动时，由于副回路的快速调节作用，能够迅速调节给水流量使之与蒸汽流量平衡。逻辑如图4所示。

图4 给水泵变频调节汽包水位模式

变频器串级三冲量水位调节输出信号与给水泵出口压力调节信号需要进行切换，当“高压给水变频高压汽包水位自动”信号为“1”时，选择器选择变频器串级三冲量水位调节信号输出，当为“0”时选择给水泵出口压力调节信号输出。逻辑如图5所示。

图5 信号切换逻辑

最终输出的4～20 mA信号输入变频器PLC控制柜，用于变频器频率控制，以达到改变给水泵转速，调节水位或者给水泵出口压力的目的。

（3）机组正常运行中，在发电机功率和给水流量等条件满足的情况下投入给水调门的串级三冲量控制逻辑，而给水调门的串级三冲量给水自动投入信号作为变频器串级三冲量水位调节投入的必要条件之一。也就是说，在给水调门的串级三冲量投入后，可以继续投入变频器串级三冲量水位调节，两个串级三冲量同时起作用，同时对汽包水位进行调节。经过长时间的运行试验，两个串级三冲量逻辑进行水位控制，可使汽包水位更加平稳。

4 结语

单个的串级三冲量给水控制方式便可维持汽包水位的稳定，两个串联的串级三冲量控制方式更是给汽包水位控制加了双保险，此类控制方式具有借鉴作用，值得推广。

[1]罗万金.电厂热工过程自动调节[M].北京：中国电力出版社，1991.