改进回滞函数在给水泵再循环控制回路中的应用

于明双，韩 江，张 鹏，李凤奎

（山东中实易通集团有限公司，山东 济南 250003）

0 引言

当机组处于低负荷阶段时，给水泵工作点会超出上限特性曲线，为此需要设置最小流量阀控制系统，通过控制再循环流量来保证水泵流量不低于最小流量值，通过调整最小流量控制阀的开度以保证给水泵或凝结水泵在启动或低负荷工况下，流经泵的流量大于其允许的最小流量。DL／T 657—2015《火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程》要求新投入或检修后的给水泵最小流量再循环控制阀应满足再循环控制流量高于给水泵最小设计流量，并留有足够的裕量，同时自动调节时再循环阀不应在10%以下小开度长期运行。

再循环自动调节回路的控制主要有PID闭环控制和利用回滞函数开环调节两种方式，文献［1-3］针对回滞函数调节在电厂的应用进行了阐述，但回滞函数仍然存在机组低负荷运行期间再循环调阀长时间处于小开度调节的问题，容易造成再循环调节阀的冲刷损坏及抖动［4］等问题。因此，分析回滞函数并实现低负荷工况下再循环调节阀的保护功能是非常有必要的。

1 回滞函数构成及调节过程解析

回滞函数由流量—开度函数 f1（x）和 f2（x）及其所构造的封闭区间构成，其逻辑组态见图1。

图1 回滞函数控制逻辑

f1（x）给定了泵入口流量上升所对应的再循环调节阀开度变化过程；f2（x）给定了泵入口流量下降所对应的再循环调节阀开度变化过程。

1.1 回滞函数调节过程解析

当泵启动后，入口流量较低，再循环调节阀的开度指令为100%。

在负荷逐步提高的过程中，随着泵入口流量的逐步增加，回滞函数输出在100%开度的基础上进行变化，当泵入口流量超过一定值后，f2（x）的输出小于100%，由于算法块MAX的取大功能，100%开度指令将传输至MIN的入口，算法块MIN的出口仍将保持100%开度不变，随着流量的继续增加，关闭方向的函数 f1（x）的输出大于 f2（x），算法块 MAX 取大后的输出仍为回滞函数的最终输出值，从而实现了在流量增加的过程中，回滞函数输出将根据关闭方向的函数f1（x）的输出变化，直至再循环调节阀全部关闭。

在负荷逐步降低的过程中，随着机组负荷的下降，泵入口流量逐渐下降，回滞函数的输出以关闭状态为调节基础逐步升高。在流量下降的过程中虽然函数 f1（x）输出值比函数 f1（x）的输出值大，但由于算法块MIN的作用，回滞函数的输出将根据开大方向的函数f2（x）的输出变化，直至再循环调节阀全开。

1.2 原回滞函数设置

某660 MW机组凝泵再循环回路原回滞函数配置表见表1。

表1 回滞函数设置

2 主要问题及分析

2.1 低负荷工况下再循环调阀小开度冲刷问题

通过调节过程的分析可知，再循环调节阀开度由回滞函数根据泵的入口流量来确定；机组负荷由低到高逐渐升高的过程中，再循环调节阀会有一段时间处于小开度调节状态；当机组负荷处于高到低下降的过程时，再循环调节阀同样也会从小开度开始调节，这样在机组负荷上升与下降过程中再循环调阀都会经过低开度状态，从而不可避免地受到冲刷作用。机组投入AGC运行模式后，机组的出力随调度指令变化，随着大容量机组运行数量的增加，机组的负荷率经常维持在50%左右甚至更低，根据回滞函数动作的再循环调节阀开度较小，往往处于20%开度以下，造成再循环调节阀长时间处于小开度调节，容易造成再循环调节阀体的冲刷及损坏，影响机组运行安全。

2.2 回滞函数的调节振荡问题

以某机组凝泵再循环调节过程为例进行分析，当机组负荷开始缓慢升高时，凝泵入口流量逐步增大，再循环调节阀开始缓慢关闭，当调节阀开度向全关过程变化时，泵入口流量迅速减小，触发了再循环调节阀开度增加的定值，造成了再循环调节阀开度的提高；当再循环调节阀开大后，凝泵入口流量瞬间增加，回滞函数根据流量开度对应的关系输出了全关再循环调节阀的指令，再循环调节阀再次关闭；如此反复，造成了回滞函数调节过程的振荡现象见图2，给机组运行带来了困扰。

图2 调节振荡现象

3 实现回滞函数保护功能的方案

3.1 防止回滞函数小开度调节的解决方案

再循环调阀的开度由泵入口流量根据回滞函数所对应的输出所决定，这就决定了部分负荷下泵入口流量对应的再循环调节阀输出位于小开度位置或在小开度位置维持较长时间，因此优化的方向为调整回滞函数使之既能实现调节的目的又避免小开度冲刷。

调整思路为流量由低到高变化（升负荷过程）过程中，流量变化范围对应再循环调阀开度从20%到关闭过程调整为保持20%开度不变直到流量增加到再循环调节阀完全关闭为止；流量由高到低变化（降负荷过程）过程中流量变化范围对应再循环调阀开度从关闭到开度增加至20%的过程调整为当流量降低至触发再循环调阀开启的时刻将再循环调节阀直接提高至20%的开度维持不变直到流量降低值对应的再循环调节阀开度高于20%后再次根据回滞函数的输出进行调整，初步优化后的回滞函数曲线见图3所示。

图3 初步优化后的回滞函数曲线

同时考虑到由于流量测量波动有可能还会在临界开度转折点处频繁由20%关至0%或频繁由0%打开至20%，因此制定了在转折点附近的保护逻辑方案，重构后的控制逻辑见图4。

图4 重构后的控制逻辑

3.2 调节振荡问题的解决方案

通过对再循环调节阀调节过程分析后制定了通过扩大调整函数和之间的间隙环节来防止出现再循环调节回路的振荡现象，一方面保证了回滞函数功能的有效性，另一方面也避免了在部分负荷区间的频繁波动问题，但这涉及机组在不同负荷点时再循环调节阀关闭和打开对泵入口流量波动的影响，需要进行相关试验。对主要负荷点时凝泵再循环调节阀从20%快速关到0%，0%到20%快速开启的过程分别进行了试验，得到的数据见表2。

通过试验确定了机组运行的大部分工况下可以保证调节回路不发生振荡调节的回滞区间，即调节阀关闭方向曲线函数的全关状态对应的流量与调节阀开启方向曲线函数的开启状态对应的流量之差大于80 t／h即可满足要求。

4 保护功能实施后效果

最终实现的带保护功能的回滞函数设置见表3。

表3 优化后的回滞函数设置

作用函数为：

作用曲线见图5。

图5 带保护功能的回滞函数曲线

图6 再循环回路调节过程

采用带保护功能的回滞函数后再循环回路调节过程曲线见图6。

5 结语

针对回滞函数在实际应用过程中存在的小开度下调节阀冲刷问题及泵入口流量波动造成的再循环调节阀调节过程振荡问题进行了分析。通过增加保护功能优化回滞函数曲线避免了再循环调阀的小开度调节过程，通过增加泵入口流量在转折点附近的闭锁保护逻辑实现了回滞函数输出的稳定，同时通过扩大回滞函数的回滞间隙解决了调节回路应用中出现的振荡现象。

带保护功能的回滞函数解决了在机组部分负荷下再循环调节阀处于小开度下的冲刷问题，延长了再循环调阀的使用周期，减轻了运行人员的劳动强度，降低了电厂的维护费用。