350MW機組高壓加熱器水位控制系統改進方案

　　華能南通電廠一期工程2臺350MW機組高壓加熱器（高加）水位控制系統，投產后一直存在投用困難、水位調節品質不佳的問題，而且遇到擾動，水位就難以控制，多次發生高加水位高保護動作而使高加解列。因此，有必要對高加水位的控制和保護系統進行改進和完善。
　　
　　一、系統簡介
　　
　　1號機組共有6號、7號、8號3臺U型管表面立式高加。按常規抽汽、給水回路設計，6號、7號、8號高加是1個給水大旁路。正常疏水為逐級流水，每臺高加有1路危急疏水直通冷凝器。
　　
　　每臺高加各裝有1臺水位變送器、1臺就地水位控制器（氣助）和1只水位開關。水位變送器用于主控室的水位顯示和高/低水位報警。就地水位控制器根據高加水位控制正常疏水閥和危急疏水閥，該氣動控制器輸出（20.67～103.35）kPa控制信號。該控制信號在（20.67～62.21）kPa范圍控制正常疏水閥0～開度，在（62.21～103.35）kPa范圍控制危急疏水閥0～開度。不同工況下，通過控制正常疏水閥和危急疏水閥氣路上的電磁閥，來實現這2個閥門控制方式的切換。正常疏水閥的電磁閥受電時參與水位調節，接受水位控制器的控制信號；失電則使正常疏水閥關閉。危急疏水閥的電磁閥失電時參與水位調節，接受水位控制器的控制信號；受電則使危急疏水閥關閉。7號高加疏水閥的控制邏輯如圖1所示（6號，8號類同）。水位開關用于檢測水位高三值信號，水位達高三值即延時20s，關閉本高加抽汽逆止閥和抽汽關斷閥；水位達高三值同時延時1min，使3臺高加給水走大旁路，3臺高加均解列。　　
　　二、存在問題
　　
　　（1）水位控制器由于水位調節系統僅用1臺就地水位控制器控制正常疏水閥和危急疏水閥，而這2個疏水閥的控制特性不同。正常疏水閥用于高加水位的正常調節，要求動作平穩和較高的精度；而危急疏水閥用于高加水位保護功能，要求反應迅速，所以1個水位控制器難以滿足正常疏水閥和危急疏水閥的不同要求，因而水位調節品質不理想，造成高加投用困難，而且，水位控制器在運行中經不起擾動，遇擾動就經常發生高加水位高保護動作，影響機組的穩定、經濟運行。
　　
　　（2）電磁閥安裝位置及其控制邏輯高加危急流水閥的電磁閥安裝于水位控制器輸出的控制信號氣管路上，正常運行時，該電磁閥受電，切斷控制氣信號，危急疏水閥關閉。在發生下列情況之一時該電磁閥失電：1）本高加水位達高二值；2）下級高加水位達高三值；3）正常疏水閥關閉。此時水位控制器的控制氣信號送到危急疏水閥的定位器，危急疏水閥處于調節狀態。然而，當發生上述3種情況之一時，高加運行已經處于比較緊急的工況，但水位控制器的輸出信號還要經過定位器轉換放大才使危急疏水閥開啟。這樣水位往往會迅速上升，有時會達到水位高三值而切斷本高加進汽，甚至使高加給水走旁路。特別嚴重的是一旦水位控制器故障，高加無法疏水，將造成更嚴重的后果。
　　
　　（3）水位開關水位開關反應不靈敏，水位高三值開關動作后，即使實際水位恢復正常亦不能馬上恢復原位，從而誤發高加水位保護信號。
　　
　　（4）高加水位保護邏輯高加水位高三值時切斷本高加進汽延時并且高加給水走旁路的延時時間太長，若因高加泄漏引起高加水位高，將可能延誤保護而導致汽輪機進水。
　　
　　三、改進方案和改進效果
　　
　　（1）淘汰氣動控制器，以DCS實現高加水位調節
　　
　　將正常疏水閥和危急流水閥改由DCS控制，分別設計各自的水位調節器。根據正常疏水閥和危急疏水閥的不同動態特性，整定各自的調節參數。正常疏水水位控制器的水位給定值為正常水位，調節品質力求平穩和準確。危急流水水位控制器的水位給定值為水位高一值，調節特性設計和整定為快速響應。
　　
　　（2）改進高加危急疏水閥控制方式
　　
　　將高加危急疏水閥的控制電磁閥改到危急疏水閥的薄膜控制閥氣源管路上，并修改電磁閥的控制邏輯。在正常情況下，電磁閥受氣，氣路接通，危急疏水閥接受控制器的控制。當水位高危或安全時，電磁閥失電，膜盒對空放氣，使危急疏水閥全開。這樣就保證在系統或控制器故障的情況下，均能安全地將高加的水疏泄到冷凝器。此項改進提高了高加水位控制系統的安全保護等級。
　　
　　（3）提高高加水位測量信號與保護信號的可靠性和準確性
　　
　　增加高加水位變送器，使每臺高加有3臺水位變送器。三取中信號用于顯示和調節，聯鎖保護信號以三取二邏輯運算結果取代原水位開關信號。
　　
　　（4）改進高加水位保護邏輯和參數設定
　　
　　將高加水位高三值的保護延時縮短。水位達高三值延時5s關閉本高加抽汽逆止閥和抽汽關斷閥，延時8s高加給水切換至走旁路，從而能有效地防止因高加泄漏所導致的汽輪機進水。
　　
　　（5）改進后的效果
　　
　　在正常情況下，由正常疏水閥對高加水位進行水位調節；當高加水位達到高一值時，危急疏水閥參與水位調節。當高加水位達到高二值時，危急疏水閥快速全開；當高加水位達到高三值時，延時5s關閉本高加抽汽逆止閥和抽汽關斷閥，延時8s則3臺高加給水走旁路。改進后的高加水位控制和保護系統邏輯清晰、層次合理、動作準確、保護可靠，未再發生因控制系統原因而引起的高加解列，在高加泄漏時可有效地控制水位。
　　
　　四、結論及建議
　　
　　（1）在設計高加水位調節和保護系統時應注意：1）選用準確可靠的水位測量裝置，以確保調節信號靈敏、保護信號正確；2）控制邏輯要條理清晰、目的明確，保護邏輯及延時設定應切合工藝運行的實際情況；3）要考慮調節系統故障時的危急疏水后備手段，以保證系統運行安全。
　　
　　（2）不同的控制對象不宜采用同一個調節器進行控制，應采用各自的調節器分別控制，有針對性地整定控制參數，以獲得較好的調節品質。
　　
　　（3）基地式控制裝置多為機械式設備，功能單一，隨著運行時間的推移，因機械磨損而故障多發，性能下降，維護費用增加，逐步淘汰。采用DCS系統替代基地式控制裝置，不僅便于對原有的控制功能進行優化完善，使其性能和可靠性得到提高，而且可增進自動化程度，方便運行監視，降低勞動強度。此外，實行DCS一體化設計還能夠降低維護費用。
　　
　　（4）電廠應對調節和保護系統定期進行評估和完善工作，對不適應工藝運行要求的硬件裝置和軟件組態進行更新和改造，以便不斷提高機組的安全、經濟運行水平，為發電企業創造更好的經濟效益。