摘 要：介紹了大亞灣核電站的加藥改造方案、自動回路和PID整定過程，并提供了一些經(jīng)驗和PID參數(shù)。
關(guān)鍵詞：核電站；自動加藥；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)的化學性質(zhì)， 防止蒸汽發(fā)生器、汽機等熱力設(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)，才能達到防腐要求，過多或過少都會影響防腐性能。按照大亞灣核電站的設(shè)計要求，凝結(jié)水的電導率應(yīng)控制在12～17s／cm的范圍內(nèi)，對應(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)由化學人員根據(jù)現(xiàn)場巡視電導率和聯(lián)胺濃度來調(diào)節(jié)對應(yīng)的加藥泵行程，改變氨水和聯(lián)胺的注入流量，達到控制凝結(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，故決定對其二回路加氨和加聯(lián)胺系統(tǒng)進行自動化改造。
1 改造方案
我們選用新型的液壓隔膜計量泵和異步交流電機替代原有3個連續(xù)運行加藥泵，3臺泵中， 一臺泵備用， 另外兩臺用原有的電導率表和聯(lián)胺表的信號，分別送到兩個PID調(diào)節(jié)器，PID調(diào)節(jié)器根據(jù)實測值與設(shè)定目標值進行PID運算， 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)動異步交流電機， 改變電機轉(zhuǎn)速， 相應(yīng)就改變了藥液的注入流量， 從而達到控制凝結(jié)水電導率和聯(lián)胺量的目的。
1．1控制方式
由于核電站對可靠性和可用性要求較高， 改造后的系統(tǒng)具有手動、半自動和全自動3種調(diào)節(jié)方式，由3個位置轉(zhuǎn)換開關(guān)進行切換。具體如下：
（1）手動： 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)場操作人員控制， 按下啟動按鈕泵電機即以全速運行（5OHz），藥液的注入量依據(jù)現(xiàn)場巡視參數(shù)調(diào)節(jié)相應(yīng)加藥泵的沖程來控制。
（2）半自動：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)速控制電位器來實現(xiàn)的， 改變電機轉(zhuǎn)速， 相應(yīng)藥液注入流量就改變。
（3）自動： 藥液的注入控制自動完成。根據(jù)設(shè)定閥值自動啟、停加藥泵，PID調(diào)節(jié)器根據(jù)用戶設(shè)定和現(xiàn)場儀表的檢測值，運算后控制變頻器調(diào)節(jié)電機轉(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； 設(shè)定自動啟、停泵的控制點。
型號：UDC33OO調(diào)節(jié)器（Honeywell）
詳細信息：輸入／輸出隔離。輸入類型： 各類熱電偶、熱電阻、線性信號， 雙回路輸入、數(shù)字信號輸入（可選）；根據(jù)本工程輸入信號電導和聯(lián)胺濃度的特點， 輸入類型選用線性信號。
輸出類型： 電流輸出、繼電器輸出、開集級輸出、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電磁繼電器報警輸出，各類報警類型選擇組態(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)器的輸出信號是4～20mA電流信號，輸入類型選用線性信號。
A／M 手自動切換控制； 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、帶手動積分的PD控制、可雙回路PID控制、手／自動串級控制、三位步進控制、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)器或人工指令自動啟／停加藥泵。
型號：ACS140（ABB）
控制精度： 可靈敏地跟蹤給定信號， 平均精度大于1％；
響應(yīng)：響應(yīng)速度快，平均延時小于9ms；
電源電壓：三相380V（±10％l 頻率：50Hz；
保護功能： 過流、過壓、欠壓、過熱、I／O端子短路、接地、輸出短路、輸入缺相、電機過載和堵轉(zhuǎn)保護。
1．2．3計量加藥泵
功能：根據(jù)變頻器的轉(zhuǎn)速控制和啟、停控制完成加藥目標。
型號：RB090（MROY系列液壓隔膜計量泵，美國米頓羅）
性能特點：無柱塞填料的液壓驅(qū)動隔膜，免維護高精度進、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)， 流量可分別獨立調(diào)節(jié)，可手動、電動、變頻、氣動調(diào)節(jié)流量， 在泵運行或停止狀態(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)是化學試劑需防腐的要求選用316SS合金泵頭。
2 自動調(diào)節(jié)回路
自動調(diào)節(jié)控制回路原理如圖1。
兩個調(diào)節(jié)回路各自利用調(diào)節(jié)器的高低報警節(jié)點作泵的啟、停控制。當測量值低于設(shè)定的最低點時，啟動加藥泵并自保持； 當測量值大于最高設(shè)定值時停止加藥泵。設(shè)置閥值控制既起到自動啟、停的功能，又起到高低閥值保護功能， 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)。當切換開關(guān)在“備用”位置時， 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； 當切換開關(guān)在“加氨” 位置時， 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；當切換開關(guān)在“加聯(lián)胺”位置時， 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)計要求，凝結(jié)水的電導率應(yīng)控制在12～17μs／cm，凝結(jié)水的聯(lián)胺量控制在70～90ppb。
電導率對加氨的反應(yīng)速度較快，但考慮到還存在一定的滯后，電導率啟動點設(shè)在12．5μs／cm，停止點設(shè)在16．5μs／cm。通過試驗，這樣的設(shè)置可保證電導率控制在12～17μs／cm。
由于加藥點和測量點較遠，聯(lián)胺測量響應(yīng)慢，故大亞灣核電站的聯(lián)胺測量信號滯后比較嚴重。從停止加藥到聯(lián)胺信號下降需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。故在設(shè)置最低啟動點時就必須大于正常設(shè)定值，大亞灣核電站的聯(lián)胺正常目標值是80PPb，我們設(shè)定最低啟動點為82PPb。通過這種方法，經(jīng)過試驗表明，切換時由于換閥等操作需要一定的時間，聯(lián)胺的最低值為75PPb，符合要求。最高值僅起到一個保護功能，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)置積分時間為最大（或關(guān)閉），設(shè)置微分時間為最小（或關(guān)閉）， 比例帶放到較大值， 投入閉環(huán)運行； 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， 此時的比例帶為臨界比例帶（B）；把被調(diào)整參數(shù)隨時間波動的曲線紀錄下來，并求出其波動周期（臨界周期T）。
測得B=100，T=5min。在此采用PI調(diào)節(jié)， 由經(jīng)驗公式得：
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Pi和Ti組成25組PI， 如此反復(fù)檢驗； 找到滿意的PI值。
經(jīng)試驗表明， 當P為64， 為4時， 電導波動1個周期就趨于穩(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， 電導的波動在±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， 抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。即在控制器中僅引入“比例”項往往是不夠的， 比例項的作用僅是放大誤差的幅值， 而增加“微分項” 后，它能預(yù)測誤差變化的趨勢， 就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零， 甚至為負值， 從而避免了被控量的嚴重超調(diào)。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，PD控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。
考慮到調(diào)試時間的限制，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)過長達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。這也證實了前面需加入微分的分析。經(jīng)12小時的曲線記錄表明， 采用此組調(diào)節(jié)參數(shù)后， 聯(lián)胺的波動在±1 ppb。
4 結(jié)束語
盡管在許多火電廠已使用自動加藥技術(shù)， 但在核電站的應(yīng)用還是需要有一定的特點。首先， 在設(shè)計和設(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， 保留了手動功能， 以防止控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時無法加藥。其次， 設(shè)計時還需設(shè)計完整的試驗過程， 并且嚴格實施（這也是大亞灣核電站要求的）。主要試驗內(nèi)容包括： 管道耐壓試驗； 泵出力試驗、泵輸出壓力試驗、泵的溫升測試； 電機柜絕緣測試、電機溫升測試、電機阻抗測試、電機電流測試、電機轉(zhuǎn)速測試；控制柜絕緣測試、控制柜空載試驗、控制柜帶載試驗、控制柜詳細功能試驗。所有的試驗和測試形成一個完整的功能和品質(zhì)鑒定報告。最后， 對于聯(lián)胺調(diào)節(jié)系統(tǒng)， 由于其滯后嚴重，PID參數(shù)的調(diào)整較困難，希望我們的分析和結(jié)果對同行有一定的幫助。
參考文獻
[1]陳玉娟，劉東波．核電站儀表管應(yīng)力分析計算．重慶：電工技術(shù)，2004 （6）：52～53
