350MW机组高压加热器水位控制系统改进方案

华能南通电厂一期工程2台350MW机组高压加热器（高加）水位控制系统，投产后一直存在投用困难、水位调节品质不佳的问题，而且遇到扰动，水位就难以控制，多次发生高加水位高保护动作而使高加解列。因此，有必要对高加水位的控制和保护系统进行改进和完善。

一、系统简介

1号机组共有6号、7号、8号3台U型管表面立式高加。按常规抽汽、给水回路设计，6号、7号、8号高加是1个给水大旁路。正常疏水为逐级流水，每台高加有1路危急疏水直通冷凝器。

每台高加各装有1台水位变送器、1台就地水位控制器（气助）和1只水位开关。水位变送器用于主控室的水位显示和高/低水位报警。就地水位控制器根据高加水位控制正常疏水阀和危急疏水阀，该气动控制器输出（20.67～103.35）kPa控制信号。该控制信号在（20.67～62.21）kPa范围控制正常疏水阀0～100%开度，在（62.21～103.35）kPa范围控制危急疏水阀0～100%开度。不同工况下，通过控制正常疏水阀和危急疏水阀气路上的电磁阀，来实现这2个阀门控制方式的切换。正常疏水阀的电磁阀受电时参与水位调节，接受水位控制器的控制信号；失电则使正常疏水阀关闭。危急疏水阀的电磁阀失电时参与水位调节，接受水位控制器的控制信号；受电则使危急疏水阀关闭。7号高加疏水阀的控制逻辑如图1所示（6号，8号类同）。水位开关用于检测水位高三值信号，水位达高三值即延时20s，关闭本高加抽汽逆止阀和抽汽关断阀；水位达高三值同时延时1min，使3台高加给水走大旁路，3台高加均解列。

二、存在问题

（1）水位控制器由于水位调节系统仅用1台就地水位控制器控制正常疏水阀和危急疏水阀，而这2个疏水阀的控制特性不同。正常疏水阀用于高加水位的正常调节，要求动作平稳和较高的精度；而危急疏水阀用于高加水位保护功能，要求反应迅速，所以1个水位控制器难以满足正常疏水阀和危急疏水阀的不同要求，因而水位调节品质不理想，造成高加投用困难，而且，水位控制器在运行中经不起扰动，遇扰动就经常发生高加水位高保护动作，影响机组的稳定、经济运行。

（2）电磁阀安装位置及其控制逻辑高加危急流水阀的电磁阀安装于水位控制器输出的控制信号气管路上，正常运行时，该电磁阀受电，切断控制气信号，危急疏水阀关闭。在发生下列情况之一时该电磁阀失电：1）本高加水位达高二值；2）下级高加水位达高三值；3）正常疏水阀关闭。此时水位控制器的控制气信号送到危急疏水阀的定位器，危急疏水阀处于调节状态。然而，当发生上述3种情况之一时，高加运行已经处于比较紧急的工况，但水位控制器的输出信号还要经过定位器转换放大才使危急疏水阀开启。这样水位往往会迅速上升，有时会达到水位高三值而切断本高加进汽，甚至使高加给水走旁路。特别严重的是一旦水位控制器故障，高加无法疏水，将造成更严重的后果。

（3）水位开关水位开关反应不灵敏，水位高三值开关动作后，即使实际水位恢复正常亦不能马上恢复原位，从而误发高加水位保护信号。

（4）高加水位保护逻辑高加水位高三值时切断本高加进汽延时并且高加给水走旁路的延时时间太长，若因高加泄漏引起高加水位高，将可能延误保护而导致汽轮机进水。

三、改进方案和改进效果

（1）淘汰气动控制器，以DCS实现高加水位调节

将正常疏水阀和危急流水阀改由DCS控制，分别设计各自的水位调节器。根据正常疏水阀和危急疏水阀的不同动态特性，整定各自的调节参数。正常疏水水位控制器的水位给定值为正常水位，调节品质力求平稳和准确。危急流水水位控制器的水位给定值为水位高一值，调节特性设计和整定为快速响应。

（2）改进高加危急疏水阀控制方式

将高加危急疏水阀的控制电磁阀改到危急疏水阀的薄膜控制阀气源管路上，并修改电磁阀的控制逻辑。在正常情况下，电磁阀受气，气路接通，危急疏水阀接受控制器的控制。当水位高危或安全时，电磁阀失电，膜盒对空放气，使危急疏水阀全开。这样就保证在系统或控制器故障的情况下，均能安全地将高加的水疏泄到冷凝器。此项改进提高了高加水位控制系统的安全保护等级。

（3）提高高加水位测量信号与保护信号的可靠性和准确性

增加高加水位变送器，使每台高加有3台水位变送器。三取中信号用于显示和调节，联锁保护信号以三取二逻辑运算结果取代原水位开关信号。

（4）改进高加水位保护逻辑和参数设定

将高加水位高三值的保护延时缩短。水位达高三值延时5s关闭本高加抽汽逆止阀和抽汽关断阀，延时8s高加给水切换至走旁路，从而能有效地防止因高加泄漏所导致的汽轮机进水。

（5）改进后的效果

在正常情况下，由正常疏水阀对高加水位进行水位调节；当高加水位达到高一值时，危急疏水阀参与水位调节。当高加水位达到高二值时，危急疏水阀快速全开；当高加水位达到高三值时，延时5s关闭本高加抽汽逆止阀和抽汽关断阀，延时8s则3台高加给水走旁路。改进后的高加水位控制和保护系统逻辑清晰、层次合理、动作准确、保护可靠，未再发生因控制系统原因而引起的高加解列，在高加泄漏时可有效地控制水位。

四、结论及建议

（1）在设计高加水位调节和保护系统时应注意：1）选用准确可靠的水位测量装置，以确保调节信号灵敏、保护信号正确；2）控制逻辑要条理清晰、目的明确，保护逻辑及延时设定应切合工艺运行的实际情况；3）要考虑调节系统故障时的危急疏水后备手段，以保证系统运行安全。

（2）不同的控制对象不宜采用同一个调节器进行控制，应采用各自的调节器分别控制，有针对性地整定控制参数，以获得较好的调节品质。

（3）基地式控制装置多为机械式设备，功能单一，随着运行时间的推移，因机械磨损而故障多发，性能下降，维护费用增加，zui好逐步淘汰。采用DCS系统替代基地式控制装置，不仅便于对原有的控制功能进行优化完善，使其性能和可靠性得到提高，而且可增进自动化程度，方便运行监视，降低劳动强度。此外，实行DCS一体化设计还能够降低维护费用。

（4）电厂应对调节和保护系统定期进行评估和完善工作，对不适应工艺运行要求的硬件装置和软件组态进行更新和改造，以便不断提高机组的安全、经济运行水平，为发电企业创造更好的经济效益。