华电内蒙古能源有限公司包头发电分公司（以下简称华电蒙能包头分公司）600 MW汽轮机为哈尔滨汽轮机厂有限责任公司生产的N600-16.67/ 538/538型亚临界、单轴、一次中间再热、三缸四排汽、冷凝式汽轮机，配置上海动力设备厂生产的3台高压加热器（以下简称高加）。高加采用管板、U形管全焊接结构，内部设有过热蒸汽冷却段、蒸汽凝结段和疏水冷却段。高加系统为单系列、卧式大旁路布置，在给水进入锅炉前，主给水从除氧器水箱经给水泵进入高加管道，在高加内通过汽轮机抽汽对主给水进行加热。高加为逐级疏水（1号→2号→ 3号），在正常情况下3号高加疏水去除氧器，危急情况下高加疏水去凝汽器（或疏水扩容器）。高加技术参数见表 1。

表 1(Table 1)

表 1 高加技术参数

表 1 高加技术参数

每台高加配置1套就地水位计、1套差压液位计、4套SOR浮筒式水位开关（如图 1）。高加水位联锁保护由开关控制，高加水位采取传统PID控制，通过高加正常疏水调节阀控制高加水位。

图 1(Figure 1)

图 1 高加液位测量系统配置图

高加运行时需要保持一定的水位，水位选择恰当既能保证高加运行的经济性，同时也可以提高其安全性。在高水位运行时，高加内凝结水淹没部分换热管，降低了换热效率，水位继续升高时凝结水又进入汽轮机，造成水冲击；高加在低水位运行时，疏水冷却段水封丧失，疏水得不到有效冷却，经济性降低，同时，由于本级疏水的汽液两相流大量串入下一级高加，排挤了下一级高加的抽汽，使高能级抽汽变为低能级使用，造成机组的经济性大幅度降低。一般高加出厂时会标注基准水位线作为其正常运行水位，当运行水位偏离基准水位一定值时，对应的水位开关动作，触发相应的高加联锁保护动作，防止高加满水或缺水。华电蒙能包头分公司600 MW汽轮机高加水位保护动作值如表 2所示。在实际运行中解除高加水位保护后进行水位提升试验发现，高加在标注的基准水位运行时，其端差及温升并不能达到最优值，即不能保证高加的最佳运行状态。

表 2(Table 2)

表 2 高加水位保护动作值1）

表 2 高加水位保护动作值1）

按照热工控制要求，卧式加热器水位控制稳态品质指标为±10 mm，定值扰动时允许最大偏差为30 mm，过程衰减率Ψ∈[0.75，1]。但是由于PID参数设置为固定值，随着机组负荷、运行参数的变化及调节阀特性的影响，在不同负荷下，PID调节性能不能满足全过程最优。高加疏水水位不稳定运行时，其疏水水位的热工测量值与实际水位不符，造成虚假水位，当虚假水位偏高时，危急疏水电动阀自动开启，导致高加低水位或无水位运行；当虚假水位偏低时，危急疏水电动阀自动关闭，疏水水位逐步升高，造成高水位保护动作，危急疏水电动阀再次开启，最终导致高加水位晃动。

为保证高加在最佳水位下运行，同时各水位保护能够根据实际偏差动作，很多电厂采取将水位测量装置更换为电接点液位计或导波雷达液位计、增加液位测量装置、优化水位控制逻辑等方法^[1-4]。华电蒙能包头公司根据实际情况采用水位提升试验、水位测量管路改造、保护控制逻辑优化的方法对高加系统进行优化，以保障高加运行在基准水位。

试验前将“高加水位保护”切至“退出”位置，利用机组SIS系统自动制作数据采集报表。试验时机组负荷保持450 MW稳定运行，按照3号、2号、1号高加的顺序试验，水位每次变化50 mm，稳定运行10 min后进行数据采集。每个稳定水位下进行就地磁翻板液位计对比。试验结束后，恢复原水位运行，检查各保护开关动作正常，将“高加水位保护”切至“投入”位置。

分别对1号、2号、3号高加进行了6个工况的水位提升试验。试验中高加水位分别调整为360 mm、420 mm、480 mm、540 mm、620 mm、700 mm（试验时略有偏差），并分析各高加对机组各参数的影响（见表 3—表 5）。根据试验确定1号、2号、3号高加最佳水位（DCS显示值）分别为500 mm、560 mm、550 mm。

表 3(Table 3)

表 3 1号高加水位提升试验数值

表 3 1号高加水位提升试验数值

表 4(Table 4)

表 4 2号高加水位提升试验数值

表 4 2号高加水位提升试验数值

表 5(Table 5)

表 5 3号高加水位提升试验数值

表 5 3号高加水位提升试验数值

在进行高加水位提升试验时记录3台高加水位低Ⅰ、正常、高Ⅱ、高Ⅲ保护动作值，如表 6。各保护开关动作值与就地测量安装高度基本一致，表明保护开关动作正常，但没有完全按照表 2中厂家要求的动作值进行安装。为了保障3台高加水位能够运行在基准水位，且各水位保护开关能够正常运行，需要重新对水位保护开关进行安装高度校核。结合表 2数据，确定3台高加各保护开关高度调整数值如表 7所示。

表 6(Table 6)

表 6 高加水位保护实际动作值

表 6 高加水位保护实际动作值

表 7(Table 7)

表 7 高加水位开关高度调整值

表 7 高加水位开关高度调整值

高加运行水位提高后，水位晃动使得高加水位保护误动概率升高，必须通过逻辑优化，提高水位控制精度，使得水位变化更加平稳。本次逻辑优化，对不同负荷、不同参数下的运行数据进行收集，建立数学模型，新增1个逻辑优化模块，针对不同负荷下、特别是调节阀流量特性差的区域，对PID输出进行补偿，使得全负荷调节精度提升，水位调节更趋于平稳。

华电蒙能包头分公司600 MW汽轮机高加在进行水位运行优化后，能够在基准水位下运行，且各水位保护开关动作正常，水位调节品质达到了要求，1号、2号、3号高加端差分别降低了2.7 ℃、1.6 ℃、3.7 ℃。按照高加端差对机组热经济性影响的通用计算方法^[5]，若按机组利用小时数4500 h、锅炉效率93%、管道效率99%计算，则每年节约标煤763 t，每吨标煤按300元计算，每年可节约资金22.89万元。

高加端差大的原因多种多样，应该结合高加运行的具体状况进行调整和改造，使高加在接近设计参数的工况下运行。在高加水位调整和改造过程中应考虑水位联锁保护能否正常动作，在进行水位自动调节控制过程中可进行抽汽压力、温度的修正，以提高水位调节的品质。