摘 要：介紹了大亞灣核電站的加藥改造方案、自動(dòng)回路和PID整定過程，并提供了一些經(jīng)驗(yàn)和PID參數(shù)。
關(guān)鍵詞：核電站；自動(dòng)加藥；PID參數(shù)
O 引言
　　和常規(guī)電廠一樣， 大亞灣核電站的加藥系統(tǒng)是通過加入聯(lián)胺調(diào)節(jié)二回路水中的溶解氧含量，加入氨調(diào)節(jié)二回路水的PH值。其目的是控制汽水系統(tǒng)的化學(xué)性質(zhì)， 防止蒸汽發(fā)生器、汽機(jī)等熱力設(shè)備和管道的腐蝕， 減少雜物沉淀。此外， 本系統(tǒng)還有對(duì)熱力設(shè)備的濕保養(yǎng)和防腐功能。
　　加入的聯(lián)胺和氨必須控制在合理的范圍內(nèi)，才能達(dá)到防腐要求，過多或過少都會(huì)影響防腐性能。按照大亞灣核電站的設(shè)計(jì)要求，凝結(jié)水的電導(dǎo)率應(yīng)控制在12～17s／cm的范圍內(nèi)，對(duì)應(yīng)pH值在9．64～9．79，凝結(jié)水的聯(lián)胺量控制在70～90ppb之間。
　　原系統(tǒng)由化學(xué)人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巡視電導(dǎo)率和聯(lián)胺濃度來調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)的加藥泵行程，改變氨水和聯(lián)胺的注入流量，達(dá)到控制凝結(jié)水的PH值和聯(lián)胺量的目的。由于設(shè)備老化及工藝要求，故決定對(duì)其二回路加氨和加聯(lián)胺系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化改造。
1 改造方案
　　我們選用新型的液壓隔膜計(jì)量泵和異步交流電機(jī)替代原有3個(gè)連續(xù)運(yùn)行加藥泵，3臺(tái)泵中， 一臺(tái)泵備用， 另外兩臺(tái)用原有的電導(dǎo)率表和聯(lián)胺表的信號(hào)，分別送到兩個(gè)PID調(diào)節(jié)器，PID調(diào)節(jié)器根據(jù)實(shí)測(cè)值與設(shè)定目標(biāo)值進(jìn)行PID運(yùn)算， 輸出調(diào)節(jié)指令給變頻器，變頻器輸出相應(yīng)頻率的交流電驅(qū)動(dòng)異步交流電機(jī)， 改變電機(jī)轉(zhuǎn)速， 相應(yīng)就改變了藥液的注入流量， 從而達(dá)到控制凝結(jié)水電導(dǎo)率和聯(lián)胺量的目的。
1．1控制方式
　　由于核電站對(duì)可靠性和可用性要求較高， 改造后的系統(tǒng)具有手動(dòng)、半自動(dòng)和全自動(dòng)3種調(diào)節(jié)方式，由3個(gè)位置轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行切換。具體如下：
　?。?）手動(dòng)： 在該方式下和原有傳統(tǒng)的加藥方式類似， 變頻器和PID調(diào)節(jié)器被旁路， 加藥泵的啟、停由現(xiàn)場(chǎng)操作人員控制， 按下啟動(dòng)按鈕泵電機(jī)即以全速運(yùn)行（5OHz），藥液的注入量依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巡視參數(shù)調(diào)節(jié)相應(yīng)加藥泵的沖程來控制。
　?。?）半自動(dòng)：PID調(diào)節(jié)器被旁路，加藥量的控制是通過調(diào)節(jié)變頻器的轉(zhuǎn)速控制電位器來實(shí)現(xiàn)的， 改變電機(jī)轉(zhuǎn)速， 相應(yīng)藥液注入流量就改變。
　?。?）自動(dòng)： 藥液的注入控制自動(dòng)完成。根據(jù)設(shè)定閥值自動(dòng)啟、停加藥泵，PID調(diào)節(jié)器根據(jù)用戶設(shè)定和現(xiàn)場(chǎng)儀表的檢測(cè)值，運(yùn)算后控制變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速及啟、停， 相應(yīng)藥液流量就被控制在工藝要求的范圍內(nèi)。
1．2 主要設(shè)備選型
1．2．1 調(diào)節(jié)器
　　功能： 完成PI D調(diào)節(jié)、設(shè)定控制目標(biāo)； 設(shè)定自動(dòng)啟、停泵的控制點(diǎn)。
　　型號(hào)：UDC33OO調(diào)節(jié)器（Honeywell）
　　詳細(xì)信息：輸入／輸出隔離。輸入類型： 各類熱電偶、熱電阻、線性信號(hào)， 雙回路輸入、數(shù)字信號(hào)輸入（可選）；根據(jù)本工程輸入信號(hào)電導(dǎo)和聯(lián)胺濃度的特點(diǎn)， 輸入類型選用線性信號(hào)。
　　輸出類型： 電流輸出、繼電器輸出、開集級(jí)輸出、可選輔助電流輸出； 隔離的輔助電流輸出和數(shù)字量輸入；SPDT電磁繼電器報(bào)警輸出，各類報(bào)警類型選擇組態(tài)靈活；RS一422／485 MODBUS和ASCII碼，DMCS通訊；根據(jù)本工程變頻器的輸入即調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)是4～20mA電流信號(hào)，輸入類型選用線性信號(hào)。
　　A／M 手自動(dòng)切換控制； 具有模糊邏輯控制， 超調(diào)抑制的Accutune 11參數(shù)自適應(yīng)算法。
　　控制算法輸出：ON／OFF、位置比例、PID—A、PID—B、帶手動(dòng)積分的PD控制、可雙回路PID控制、手／自動(dòng)串級(jí)控制、三位步進(jìn)控制、雙重輸出控制（本工程選用的是PID—A 控制算法輸出）。
　　控制精度：本工程選用1 1位分辨率、全量程0．5％輸出精度。
1．2．2變頻器
　　功能： 根據(jù)調(diào)節(jié)器的指令改變加藥泵的轉(zhuǎn)速，以改變加藥量； 根據(jù)調(diào)節(jié)器或人工指令自動(dòng)啟／停加藥泵。
　　型號(hào)：ACS140（ABB）
　　控制精度： 可靈敏地跟蹤給定信號(hào)， 平均精度大于1％；
　　響應(yīng)：響應(yīng)速度快，平均延時(shí)小于9ms；
　　電源電壓：三相380V（±10％l 頻率：50Hz；
　　保護(hù)功能： 過流、過壓、欠壓、過熱、I／O端子短路、接地、輸出短路、輸入缺相、電機(jī)過載和堵轉(zhuǎn)保護(hù)。
1．2．3計(jì)量加藥泵
　　功能：根據(jù)變頻器的轉(zhuǎn)速控制和啟、?？刂仆瓿杉铀幠繕?biāo)。
　　型號(hào)：RB090（MROY系列液壓隔膜計(jì)量泵，美國(guó)米頓羅）
　　性能特點(diǎn)：無柱塞填料的液壓驅(qū)動(dòng)隔膜，免維護(hù)高精度進(jìn)、出口單向止回閥， 內(nèi)置可調(diào)壓力釋放閥，雙隔膜／帶破裂報(bào)警功能， 可選PTFE材質(zhì)隔膜， 壽命不小于20000h 。單／雙頭結(jié)構(gòu)， 流量可分別獨(dú)立調(diào)節(jié)，可手動(dòng)、電動(dòng)、變頻、氣動(dòng)調(diào)節(jié)流量， 在泵運(yùn)行或停止?fàn)顟B(tài)均可調(diào)節(jié)流量。
　　調(diào)節(jié)范圍：100：10，穩(wěn)態(tài)精度： ±1％。
　　最大吸程3m水柱。
　　介質(zhì)溫度：塑料最高60℃，金屬最高90℃。
　　多種泵頭材質(zhì)可選（PVC、PVDF、316SS合金等），本工程根據(jù)介質(zhì)是化學(xué)試劑需防腐的要求選用316SS合金泵頭。
2 自動(dòng)調(diào)節(jié)回路
　　自動(dòng)調(diào)節(jié)控制回路原理如圖1。

　　兩個(gè)調(diào)節(jié)回路各自利用調(diào)節(jié)器的高低報(bào)警節(jié)點(diǎn)作泵的啟、停控制。當(dāng)測(cè)量值低于設(shè)定的最低點(diǎn)時(shí)，啟動(dòng)加藥泵并自保持； 當(dāng)測(cè)量值大于最高設(shè)定值時(shí)停止加藥泵。設(shè)置閥值控制既起到自動(dòng)啟、停的功能，又起到高低閥值保護(hù)功能， 防止系統(tǒng)過度超調(diào)。
　　由于備用泵既備用加氨又備用加聯(lián)胺， 故在此設(shè)置了備用泵的切換開關(guān)。當(dāng)切換開關(guān)在“備用”位置時(shí)， 加氨調(diào)節(jié)器和加聯(lián)胺調(diào)節(jié)器控制各自的加藥泵； 當(dāng)切換開關(guān)在“加氨” 位置時(shí)， 加氨調(diào)節(jié)器控制備用泵加氨， 加聯(lián)胺調(diào)節(jié)器控制聯(lián)胺加藥泵；當(dāng)切換開關(guān)在“加聯(lián)胺”位置時(shí)， 加聯(lián)胺調(diào)節(jié)器控制備用泵加聯(lián)胺， 加氨調(diào)節(jié)器控制氨加藥泵。
3 調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)置和整定
3．1控制閥值設(shè)置
　　按照大亞灣核電站的設(shè)計(jì)要求，凝結(jié)水的電導(dǎo)率應(yīng)控制在12～17μs／cm，凝結(jié)水的聯(lián)胺量控制在70～90ppb。
　　電導(dǎo)率對(duì)加氨的反應(yīng)速度較快，但考慮到還存在一定的滯后，電導(dǎo)率啟動(dòng)點(diǎn)設(shè)在12．5μs／cm，停止點(diǎn)設(shè)在16．5μs／cm。通過試驗(yàn)，這樣的設(shè)置可保證電導(dǎo)率控制在12～17μs／cm。
　　由于加藥點(diǎn)和測(cè)量點(diǎn)較遠(yuǎn)，聯(lián)胺測(cè)量響應(yīng)慢，故大亞灣核電站的聯(lián)胺測(cè)量信號(hào)滯后比較嚴(yán)重。從停止加藥到聯(lián)胺信號(hào)下降需12min左右。一旦開始下降，即使馬上以最快速度加藥，其下降速度也很快，很容易使聯(lián)胺值超出范圍。為了避免在泵的切換過程中出現(xiàn)聯(lián)胺值過低的現(xiàn)象，就必須．保證切換一完成泵就投運(yùn)。故在設(shè)置最低啟動(dòng)點(diǎn)時(shí)就必須大于正常設(shè)定值，大亞灣核電站的聯(lián)胺正常目標(biāo)值是80PPb，我們?cè)O(shè)定最低啟動(dòng)點(diǎn)為82PPb。通過這種方法，經(jīng)過試驗(yàn)表明，切換時(shí)由于換閥等操作需要一定的時(shí)間，聯(lián)胺的最低值為75PPb，符合要求。最高值僅起到一個(gè)保護(hù)功能，設(shè)為90ppb。
3．2 PID參數(shù)整定
3．2．1 加氨調(diào)節(jié)
　　試驗(yàn)中先采用臨界比例。這種方法是以調(diào)節(jié)系統(tǒng)的邊界穩(wěn)定為前提條件， 先用單純的比例試驗(yàn)求出臨界比例度， 然后整定調(diào)節(jié)參數(shù)。
　　方法如下：①設(shè)置積分時(shí)間為最大（或關(guān)閉），設(shè)置微分時(shí)間為最?。ɑ蜿P(guān)閉）， 比例帶放到較大值， 投入閉環(huán)運(yùn)行； ②若穩(wěn)定， 就減小比例帶直到開始震蕩； ④若是衰減震蕩，則減小比例帶； ④若是增幅震蕩， 則加大比例帶，調(diào)整到系統(tǒng)為小幅、等幅震蕩， 此時(shí)的比例帶為臨界比例帶（B）；把被調(diào)整參數(shù)隨時(shí)間波動(dòng)的曲線紀(jì)錄下來，并求出其波動(dòng)周期（臨界周期T）。
　　測(cè)得B=100，T=5min。在此采用PI調(diào)節(jié)， 由經(jīng)驗(yàn)公式得：
　　P=2．2 ×B=220；
　　Ti= 0．8 × T=4min；
　　得出初步的PI值后， 采用試湊法得到較理想?yún)?shù)組。分別改變P和T， 范圍在±10％ ～ ±20％， 由5個(gè)Pi和Ti組成25組PI， 如此反復(fù)檢驗(yàn)； 找到滿意的PI值。
　　經(jīng)試驗(yàn)表明， 當(dāng)P為64， 為4時(shí)， 電導(dǎo)波動(dòng)1個(gè)周期就趨于穩(wěn)定，效果較好。經(jīng)12h的曲線記錄表明，采用此組調(diào)節(jié)參數(shù)后， 電導(dǎo)的波動(dòng)在±0．1μs／cm。
3．2．2加聯(lián)胺調(diào)節(jié)
　　由于系統(tǒng)存在有較大慣性或有滯后， 具有抑制誤差的作用， 其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差作用的變化“超前”， 即在誤差接近零時(shí)， 抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。即在控制器中僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的， 比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值， 而增加“微分項(xiàng)” 后，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)， 就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零， 甚至為負(fù)值， 從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，PD控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動(dòng)態(tài)特性。
　　考慮到調(diào)試時(shí)間的限制，無法采用試湊法，我們就采用了調(diào)節(jié)器的自整定功能。經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)4h的自整定過程后，得到了較為理想的參數(shù)：P=1．663，1=4．53，D=1 8．29。這也證實(shí)了前面需加入微分的分析。經(jīng)12小時(shí)的曲線記錄表明， 采用此組調(diào)節(jié)參數(shù)后， 聯(lián)胺的波動(dòng)在±1 ppb。
4 結(jié)束語(yǔ)
　　盡管在許多火電廠已使用自動(dòng)加藥技術(shù)， 但在核電站的應(yīng)用還是需要有一定的特點(diǎn)。首先， 在設(shè)計(jì)和設(shè)備選型上其可靠性要求較高。為此， 結(jié)合調(diào)研和經(jīng)驗(yàn)， 保留了手動(dòng)功能， 以防止控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)無法加藥。其次， 設(shè)計(jì)時(shí)還需設(shè)計(jì)完整的試驗(yàn)過程， 并且嚴(yán)格實(shí)施（這也是大亞灣核電站要求的）。主要試驗(yàn)內(nèi)容包括： 管道耐壓試驗(yàn)； 泵出力試驗(yàn)、泵輸出壓力試驗(yàn)、泵的溫升測(cè)試； 電機(jī)柜絕緣測(cè)試、電機(jī)溫升測(cè)試、電機(jī)阻抗測(cè)試、電機(jī)電流測(cè)試、電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)試；控制柜絕緣測(cè)試、控制柜空載試驗(yàn)、控制柜帶載試驗(yàn)、控制柜詳細(xì)功能試驗(yàn)。所有的試驗(yàn)和測(cè)試形成一個(gè)完整的功能和品質(zhì)鑒定報(bào)告。最后， 對(duì)于聯(lián)胺調(diào)節(jié)系統(tǒng)， 由于其滯后嚴(yán)重，PID參數(shù)的調(diào)整較困難，希望我們的分析和結(jié)果對(duì)同行有一定的幫助。
參考文獻(xiàn)
[1]陳玉娟，劉東波．核電站儀表管應(yīng)力分析計(jì)算．重慶：電工技術(shù)，2004 （6）：52～53