茂名熱電廠4號爐是武漢鍋爐廠生產的WGZ-410/100-3型微正壓燃油鍋爐，額定蒸發量 410 t/h，飽和蒸汽壓力11.2 MPa，過熱蒸汽壓力10.3 MPa，過熱蒸汽溫度540 ℃，給水 溫度220 ℃，配套100 MW汽輪發電機組。
設計鍋爐汽包水位自動調節系統採用DDZ-II型電動機組合儀錶，存在的主要問題有：
a)由於組成系統的設備過多，自動裝置的維護工作量較大，系統的可選性差；
b)調節器的參數通過電位器調整，參數顯示不直觀；
c)系統故障時，尋找故障點比較困難，影響了系統的恢復時間；
d)調節閥漏流量大，閥門特性差，影響調節質量
e)當要改變控制方案時，要進行大量的盤面開孔及端子布線等工作。
為此我們對給水調節系統進行了改造，改用FISHER調帶閥門和KMM可編程序調節器。經過機組運行考驗，證明改造取得了成功。
1 對象特性
1.1 鍋爐汽水系統的結構特性
4號爐採用雙邊進水的給水方式，全廠的供水系統屬母管制，各台鍋爐從母管取水，給水壓力為15 MPa，給水系統如圖1所示。
圖1 4號爐給水系統
由於採用母管制給水方式，每台鍋爐的負荷變動都對母管壓力產生影響，特別是在給水泵檢修期間影響更大，給水壓力經常在13～15 MPa波動，對調節系統造成頻繁內擾動，所以調節系統必須有效消除內擾動，才能保證調節系統的優良調節品質。
1.2 給水調節閥門特性
改造后，4號爐主給水調節閥及備用給水調節閥均採用FISHER調節閥門，閥門特性大大改善，接近閥門的理想流量特性。
1.3 汽鼓水位動態特性
調節對象的動態特性，對選定調節系統和整定調節系統有決定性的作用。4號鍋爐採用沸騰式省煤器，沸騰度很低，響應曲線的延遲時間比較小，因此，在內擾下水位的傳遞函數可近似採用一個延遲環節和積分環節串聯來表示，即：
式中 WH(s)--水位對給水流量的傳遞函數；
s--復變數；
t--水位的延遲時間，t=6.5 s；
ε--水位的飛升速度，ε=0.194 Pa/(t.h-1.s).
2 給水調節系統及其分析
2.1 系統結構
給水調節系統的原理方框圖見圖2。
圖2 給水調節系統原理方框圖
此系統為串級三衝量給水調節系統，作用在調節器上有三個信號，即水位信號(H)、給水流量信號(W)和蒸汽流量信號(D)。從系統結構看，(H)、(W)是內部信號，(D)是外部信號。整個系統有二個閉環迴路。
2.2 信號方向
2.2.1 W信號
當給水流量增加，因水位還未變化，副調節器PID2的目標值不變，故PID2輸出值減少，即閥門關小，以平衡給水流量的擾動。此信號在整個閉環系統中起剛性反饋作用，用於消除來自水側的內擾，穩定給水流量。
2.2.2 H信號
當汽鼓水位增加，主調節器PID1的測量值增加，其輸出值減少，即PID2的目標值減少，使副調節器PID2輸出減少，閥門關小，水位偏差減小。
此信號是主信號，與給定信號相平衡，最終使水位值為給定值。
2.2.3 D信號
當蒸汽流量增加時，因水位還未變化，直接加入副調節PID2使其輸出值增大，調節閥門開大，補償給水與蒸汽的流量不平衡，此信號是外擾補償信號，在動態時，可以補償虛假水位的影響。
3 調節系統的現場投運
3.1 投運前的現場檢查
3.1.1 操作迴路
a)閥門從全開到全關，位置指示表應相應指示0～ 100%；
b)檢查位置反饋信號的方向：將操作器投入自動位置，當KMM手動輸出電流分別為4 mA，12 mA和20 mA時，閥門應相應調節到0，50%和100%，否則應檢查位置反饋信號和閥門定位器。
3.1.2 自動跟蹤迴路
在任何操作方式下，都有閥位信號(1～ 5 V)輸入調節器，當手動調節時，調節器的輸出跟蹤閥位，實現手動到自動無擾動切換。
3.1.3 信號方向
系統投運串級調節，打開水位差壓變送器平衡門，表示滿水位，這時閥門應向「關」的方向動作；打開給水流量差壓變送器的平衡門，表示給水流量達到「0」，這時閥門應向「開」的方向動作；打開蒸汽流量差壓變送器的平衡門，表示蒸汽流量到「0」，這時閥門應向「關」的方向動作。
3.2 調節器的現場投運
a)根據經驗設置好給水流量係數和副調節器的比例帶和積分時間，投入副調節器，進行給水流量擾動試驗，優化副調節器參數，使系統出現內擾后，給水流量能迅速恢復而汽包水位基本不變；
b)根據不同負荷下蒸汽流量信號與給水流量信號相平衡的原則，設置蒸汽流量信號；
c)根據經驗設置好主調節器的比例帶和積分時間，投入主調節器，進行水位定值擾動試驗，優化調節參數使水位調節過程的衰減率為0.9～ 1.0；
d)改變機組負荷進行擾動試驗，負荷劇烈變化時，水位變化在允許範圍內。
4 改造后系統的優點
4.1 優化了系統結構
整個系統減少了3台開方器、1台加法器和1台阻尼器共5台儀錶，減少了40個接線端子，使整個系統的硬體接線簡單，減少了維護工作量，給水自動系統的可靠性大大提高。
4.2 參數整定簡單
採用串接三沖調節系統，內外迴路單獨整定，使系統參數整定更加簡單。
4.3 增加了系統保護功能
增加了調節器輸出高、低限保護，輸出變化率限制和水位高、低限制報警等保護。當水位超越正常範圍時自動切換到手動，併發出自動失靈報警，提醒運行人員進行手動處理。調節器對其輸出與閥位之間的偏差進行監視，當偏差較大時，發出報警並自動切換至手動，通知運行人員手動處理，可及時發現閥門卡住等故障。通過這些保護手段，防止了滿水或缺水事故的發生，確保給水系統的安全運行。
4.4 操作簡便
手動時，水位給定值自動跟蹤汽包水位，調節器輸出跟蹤閥位；自動投入時無需對輸出信號進行調平衡，只要在切換至自動前水位正常，則當時的水位值就作為給定值進行調節。切換是無擾動的，使運行人員可隨時進行手、自動切換。
4.5 查找故障點方便
調節器具有良好的人機介面，通過設定窗可隨時監視到系統內的各點信號，為系統維護及故障處理提供了方便。
4.6 水位調節品質好
水位在較小範圍內波動，給水流量的波動範圍控制在蒸汽流量波動範圍的1.5倍左右，保證了鍋爐的安全運行。
