茂名热电厂4号炉是武汉锅炉厂生产的WGZ-410/100-3型微正压燃油锅炉，额定蒸发量 410 t/h，饱和蒸汽压力11.2 MPa，过热蒸汽压力10.3 MPa，过热蒸汽温度540 ℃，给水 温度220 ℃，配套100 MW汽轮发电机组。
　　设计锅炉汽包水位自动调节系统采用DDZ-II型电动机组合仪表，存在的主要问题有：
　　a)由于组成系统的设备过多，自动装置的维护工作量较大，系统的可选性差；
　　b)调节器的参数通过电位器调整，参数显示不直观；
　　c)系统故障时，寻找故障点比较困难，影响了系统的恢复时间；
　　d)调节阀漏流量大，阀门特性差，影响调节质量
　　e)当要改变控制方案时，要进行大量的盘面开孔及端子布线等工作。
　　为此我们对给水调节系统进行了改造，改用FISHER调带阀门和KMM可编程序调节器。经过机组运行考验，证明改造取得了成功。

1　对象特性
1.1　锅炉汽水系统的结构特性
　　4号炉采用双边进水的给水方式，全厂的供水系统属母管制，各台锅炉从母管取水，给水压力为15 MPa，给水系统如图1所示。

图1　4号炉给水系统

　　由于采用母管制给水方式，每台锅炉的负荷变动都对母管压力产生影响，特别是在给水泵检修期间影响更大，给水压力经常在13～15 MPa波动，对调节系统造成频繁内扰动，所以调节系统必须有效消除内扰动，才能保证调节系统的优良调节品质。
1.2　给水调节阀门特性
　　改造后，4号炉主给水调节阀及备用给水调节阀均采用FISHER调节阀门，阀门特性大大改善，接近阀门的理想流量特性。
1.3　汽鼓水位动态特性
　　调节对象的动态特性，对选定调节系统和整定调节系统有决定性的作用。4号锅炉采用沸腾式省煤器，沸腾度很低，响应曲线的延迟时间比较小，因此，在内扰下水位的传递函数可近似采用一个延迟环节和积分环节串联来表示，即：

式中　W_H(s)--水位对给水流量的传递函数；
　　　　　　　s--复变数；
　　　　　　　t--水位的延迟时间，t=6.5 s；
　　　　　　　ε--水位的飞升速度，ε=0.194 Pa/(t^.h^-1.s).

2　给水调节系统及其分析
2.1　系统结构
　　给水调节系统的原理方框图见图2。

图2　给水调节系统原理方框图

　　此系统为串级三冲量给水调节系统，作用在调节器上有三个信号，即水位信号(H)、给水流量信号(W)和蒸汽流量信号(D)。从系统结构看，(H)、(W)是内部信号，(D)是外部信号。整个系统有二个闭环回路。
2.2　信号方向
2.2.1　W信号
　　当给水流量增加，因水位还未变化，副调节器PID2的目标值不变，故PID2输出值减少，即阀门关小，以平衡给水流量的扰动。此信号在整个闭环系统中起刚性反馈作用，用于消除来自水侧的内扰，稳定给水流量。
2.2.2　H信号
　　当汽鼓水位增加，主调节器PID1的测量值增加，其输出值减少，即PID2的目标值减少，使副调节器PID2输出减少，阀门关小，水位偏差减小。
此信号是主信号，与给定信号相平衡，最终使水位值为给定值。
2.2.3　D信号
　　当蒸汽流量增加时，因水位还未变化，直接加入副调节PID2使其输出值增大，调节阀门开大，补偿给水与蒸汽的流量不平衡，此信号是外扰补偿信号，在动态时，可以补偿虚假水位的影响。

3　调节系统的现场投运
3.1　投运前的现场检查
3.1.1　操作回路
　　a)阀门从全开到全关，位置指示表应相应指示0～ 100%；
　　b)检查位置反馈信号的方向：将操作器投入自动位置，当KMM手动输出电流分别为4 mA，12 mA和20 mA时，阀门应相应调节到0，50%和100%，否则应检查位置反馈信号和阀门定位器。
3.1.2　自动跟踪回路
　　在任何操作方式下，都有阀位信号(1～ 5 V)输入调节器，当手动调节时，调节器的输出跟踪阀位，实现手动到自动无扰动切换。
3.1.3　信号方向
　　系统投运串级调节，打开水位差压变送器平衡门，表示满水位，这时阀门应向“关”的方向动作；打开给水流量差压变送器的平衡门，表示给水流量达到“0”，这时阀门应向“开”的方向动作；打开蒸汽流量差压变送器的平衡门，表示蒸汽流量到“0”，这时阀门应向“关”的方向动作。
3.2　调节器的现场投运
　　a)根据经验设置好给水流量系数和副调节器的比例带和积分时间，投入副调节器，进行给水流量扰动试验，优化副调节器参数，使系统出现内扰后，给水流量能迅速恢复而汽包水位基本不变；
　　b)根据不同负荷下蒸汽流量信号与给水流量信号相平衡的原则，设置蒸汽流量信号；
　　c)根据经验设置好主调节器的比例带和积分时间，投入主调节器，进行水位定值扰动试验，优化调节参数使水位调节过程的衰减率为0.9～ 1.0；
　　d)改变机组负荷进行扰动试验，负荷剧烈变化时，水位变化在允许范围内。

4　改造后系统的优点
4.1　优化了系统结构
　　整个系统减少了3台开方器、1台加法器和1台阻尼器共5台仪表，减少了40个接线端子，使整个系统的硬件接线简单，减少了维护工作量，给水自动系统的可靠性大大提高。
4.2　参数整定简单
　　采用串接三冲调节系统，内外回路单独整定，使系统参数整定更加简单。
4.3　增加了系统保护功能
　　增加了调节器输出高、低限保护，输出变化率限制和水位高、低限制报警等保护。当水位超越正常范围时自动切换到手动，并发出自动失灵报警，提醒运行人员进行手动处理。调节器对其输出与阀位之间的偏差进行监视，当偏差较大时，发出报警并自动切换至手动，通知运行人员手动处理，可及时发现阀门卡住等故障。通过这些保护手段，防止了满水或缺水事故的发生，确保给水系统的安全运行。
4.4　操作简便
　　手动时，水位给定值自动跟踪汽包水位，调节器输出跟踪阀位；自动投入时无需对输出信号进行调平衡，只要在切换至自动前水位正常，则当时的水位值就作为给定值进行调节。切换是无扰动的，使运行人员可随时进行手、自动切换。
4.5　查找故障点方便
　　调节器具有良好的人机接口，通过设定窗可随时监视到系统内的各点信号，为系统维护及故障处理提供了方便。
4.6　水位调节品质好
　　水位在较小范围内波动，给水流量的波动范围控制在蒸汽流量波动范围的1.5倍左右，保证了锅炉的安全运行。