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，并提供了一些經驗和PID參數。
關鍵詞：核電站；自動加藥；PID參數
O 引言
　　和常規電廠一樣， 大亞灣核電站的加藥系統是通過加入聯胺調節二回路水中的溶解氧含量，加入氨調節二回路水的PH值。其目的是控制汽水系統的化學性質， 防止蒸汽發生器、汽機等熱力設備和管道的腐蝕， 減少雜物沉淀。此外， 本系統還有對熱力設備的濕保養和防腐功能。
　　加入的聯胺和氨必須控制在合理的范圍內，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計要求，凝結水的電導率應控制在12～17s／cm的范圍內，對應pH值在9．64～9．79，凝結水的聯胺量控制在70～90ppb之間。
　　原系統由化學人員根據現場巡視電導率和聯胺濃度來調節對應的加藥泵行程，改變氨水和聯胺的注入流量，達到控制凝結水的PH值和聯胺量的目的。由于設備老化及工藝要求，故決定對其二回路加氨和加聯胺系統進行自動化改造。
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胺表的信號，分別送到兩個PID調節器，PID調節器根據實測值與設定目標值進行PID運算， 輸出調節指令給變頻器，變頻器輸出相應頻率的交流電驅動異步交流電機， 改變電機轉速， 相應就改變了藥液的注入流量， 從而達到控制凝結水電導率和聯胺量的目的。
1．1控制方式
　　由于核電站對可靠性和可用性要求較高， 改造后的系統具有手動、半自動和全自動3種調節方式，由3個位置轉換開關進行切換。具體如下：
　　（1）手動： 在該方式下和原有傳統的加藥方式類似， 變頻器和PID調節器被旁路， 加藥泵的啟、停由現場操作人員控制， 按下啟動按鈕泵電機即以全速運行（5OHz），藥液的注入量依據現場巡視參數調節相應加藥泵的沖程來控制。
　　（2）半自動：PID調節器被旁路，加藥量的控制是通過調節變頻器的轉速控制電位器來實現的， 改變電機轉速， 相應藥液注入流量就改變。
　　（3）自動： 藥液的注入控制自動完成。根據設定閥值自動啟、停加藥泵，PID調節器根據用戶設定和現場儀表的檢測值，運算后控制變頻器調節電機轉速及啟、停， 相應藥液流量就被控制在工藝要求的范圍內。
1．2 主要設備選型
1．2．1 調節器
　　功能： 完成PI D調節、設定控制目標； 設定自動啟、停泵的控制點。
　　型號：UDC33OO調節器（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、數字信號輸入（可選）；根據本工程輸入信號電導和聯胺濃度的特點， 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字量輸入；SPDT電磁繼電器報警輸出，各類報警類型選擇組態靈活；RS一422／485 MODBUS和ASCII碼，DMCS通訊；根據本工程變頻器的輸入即調節器的輸出信號是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， 超調抑制的Accutune 11參數自適應算法。
　　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： 根據調節器的指令改變加藥泵的轉速，以改變加藥量； 根據調節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：響應速度快，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、電機過載和堵轉保護。
1．2．3計量加藥泵
　　功能：根據變頻器的轉速控制和啟、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動隔膜，免維護高精度進、出口單向止回閥， 內置可調壓力釋放閥，雙隔膜／帶破裂報警功能， 可選PTFE材質隔膜， 壽命不小于20000h 。單／雙頭結構， 流量可分別獨立調節，可手動、電動、變頻、氣動調節流量， 在泵運行或停止狀態均可調節流量。
　　調節范圍：100：10，穩態精度： ±1％。
　　最大吸程3m水柱。
　　介質溫度：塑料最高60℃，金屬最高90℃。
　　多種泵頭材質可選（PVC、PVDF、316SS合金等），本工程根據介質是化學試劑需防腐的要求選用316SS合金泵頭。
2 自動調節回路
　　自動調節控制回路原理如圖1。

　　兩個調節回路各自利用調節器的高低報警節點作泵的啟、停控制。當測量值低于設定的最低點時，啟動加藥泵并自保持； 當測量值大于最高設定值時停止加藥泵。設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， 防止系統過度超調。
　　由于備用泵既備用加氨又備用加聯胺， 故在此設置了備用泵的切換開關。當切換開關在“備用”位置時， 加氨調節器和加聯胺調節器控制各自的加藥泵； 當切換開關在“加氨” 位置時， 加氨調節器控制備用泵加氨， 加聯胺調節器控制聯胺加藥泵；當切換開關在“加聯胺”位置時， 加聯胺調節器控制備用泵加聯胺， 加氨調節器控制氨加藥泵。
3 調節參數設置和整定
3．1控制閥值設置
　　按照大亞灣核電站的設計要求，凝結水的電導率應控制在12～17μs／cm，凝結水的聯胺量控制在70～90ppb。
　　電導率對加氨的反應速度較快，但考慮到還存在一定的滯后，電導率啟動點設在12．5μs／cm，停止點設在16．5μs／cm。通過試驗，這樣的設置可保證電導率控制在12～17μs／cm。
　　由于加藥點和測量點較遠，聯胺測量響應慢，故大亞灣核電站的聯胺測量信號滯后比較嚴重。從停止加藥到聯胺信號下降需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，很容易使聯胺值超出范圍。為了避免在泵的切換過程中出現聯胺值過低的現象，就必須．保證切換一完成泵就投運。故在設置最低啟動點時就必須大于正常設定值，大亞灣核電站的聯胺正常目標值是80PPb，我們設定最低啟動點為82PPb。通過這種方法，經過試驗表明，切換時由于換閥等操作需要一定的時間，聯胺的最低值為75PPb，符合要求。最高值僅起到一個保護功能，設為90ppb。
3．2 PID參數整定
3．2．1 加氨調節
　　試驗中先采用臨界比例。這種方法是以調節系統的邊界穩定為前提條件， 先用單純的比例試驗求出臨界比例度， 然后整定調節參數。
　　方法如下：①設置積分時間為最大（或關閉），設置微分時間為最小（或關閉）， 比例帶放到較大值， 投入閉環運行； ②若穩定， 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，調整到系統為小幅、等幅震蕩， 此時的比例帶為臨界比例帶（B）；把被調整參數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調節， 由經驗公式得：
　　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參數組。分別改變P和T， 范圍在±10％ ～ ±20％， 由5個Pi和Ti組成25組PI， 如此反復檢驗； 找到滿意的PI值。
　　經試驗表明， 當P為64， 為4時， 電導波動1個周期就趨于穩定，效果較好。經12h的曲線記錄表明，采用此組調節參數后， 電導的波動在±0．1μs／cm。
3．2．2加聯胺調節
　　由于系統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。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，PD控制器能改善系統在調節過程中的動態特性。
　　考慮到調試時間的限制，無法采用試湊法，我們就采用了調節器的自整定功能。經過長達4h的自整定過程后，得到了較為理想的參數：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12小時的曲線記錄表明， 采用此組調節參數后， 聯胺的波動在±1 ppb。
4 結束語
　　盡管在許多火電廠已使用自動加藥技術， 但在核電站的應用還是需要有一定的特點。首先， 在設計和設備選型上其可靠性要求較高。為此， 結合調研和經驗， 保留了手動功能， 以防止控制系統出現故障時無法加藥。其次， 設計時還需設計完整的試驗過程， 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鑒定報告。最后， 對于聯胺調節系統， 由于其滯后嚴重，PID參數的調整較困難，希望我們的分析和結果對同行有一定的幫助。
參考文獻
[1]陳玉娟，劉東波．核電站儀表管應力分析計算．重慶：電工技術，2004 （6）：52～53