MW單元機(jī)組汽包水位控制系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)與仿真doc

1、封面作者： PanHongliang僅供個(gè)人學(xué)習(xí)華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：300MW 單元機(jī)組汽包水位控制系統(tǒng)分 析、設(shè)計(jì)與仿真學(xué)生姓名：陳正學(xué)號(hào)：090204011101090204011101學(xué)部（系） :機(jī)械與電氣工程學(xué)部專業(yè)年級(jí)： 0909 級(jí)熱能與動(dòng)力工程指導(dǎo)教師：周慧職稱或?qū)W位：碩士2013年5月18日300MW單元機(jī)組汽包水位控制系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)與仿真摘要鍋爐給水控制系統(tǒng)是火力發(fā)電廠非常重要地控制子系統(tǒng),穩(wěn)定地汽包水位是汽包鍋爐安全運(yùn)行地重要指標(biāo) .火電廠給水系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜 ,汽包水位受到機(jī)組負(fù)荷、汽包壓力、溫 度、給水量等多項(xiàng)參數(shù)地影響：不同負(fù)荷階段 ,給水設(shè)備不同

2、 ,又需要采取不同地控制方式 . 目前使用地火電廠給水控制系統(tǒng)存在著各自地不足之處,往往難以滿足火電機(jī)組復(fù)雜工況地要求.針對(duì)這些情況 ,為了保證汽包水位維持在要求值 ,本文首先分析了給水控制對(duì)象地動(dòng) 態(tài)特性 ,在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出了采用汽動(dòng)調(diào)速泵、電動(dòng)調(diào)速泵、調(diào)節(jié)閥三者結(jié)合地汽包水位 控制系統(tǒng) ,低負(fù)荷時(shí)通過(guò)改變旁路調(diào)節(jié)閥地開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)給水量,用單沖量控制系統(tǒng)控制汽包水位；高負(fù)荷時(shí)通過(guò)改變給水泵轉(zhuǎn)速改變給水量 ,用串級(jí)三沖量控制系統(tǒng)控制汽包水位 ,保 證對(duì)汽包水位蒸汽流量和給水流量地準(zhǔn)確測(cè)量 .給水調(diào)節(jié)閥、汽泵、電泵之間 ,單沖量系統(tǒng) 和三沖量系統(tǒng)之間都能實(shí)現(xiàn)無(wú)擾切換 ,既能滿足機(jī)組全程控制要求 ,

3、又有良好地調(diào)節(jié)性能和 運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性 .關(guān)鍵詞：鍋爐給水控制；三沖量控制系統(tǒng)；單沖量控制系統(tǒng)The Design Of Boiler Feedwater Control System Of The300MW Thermal Power UnitAbstractFeedwater Control System is one of the most important control system in a thermalPowerplant . Stabilization of the drum level is one of essential parameter which indicated

4、safe operation of the drumboiler.Drum level is affected by the unit load, press and temperature of the drum,feedwater flux and etc. Because ofusing different equipment at different stages,it should apply different control methods.The effect of fullrangefeed-water control system does not often be sat

5、isfied when power unit is in difficult situation because of its imperfect.In order to maintain the level of the drum water in requested value,Basing on analysis of feedwater character firstly,this system adopts timing which is moved by steam and electromotion-timing pump and adjusting valve. It util

6、izesbypass valves to regulate the feed-water and uses single impulse to control the level of drum in lower load. At thehigh load condition, change the rotating speed of steam or electricity feed water pumps to ensure the water level ofthe drum, using three impulse to control the level of drum .The l

7、evel of steam and feed-water can be measured nicety.Non-disturbance switching can be realized among feed-water valves, steam and electricity driven pumps, single andthree impulse. That not only meet the requirements of the whole-course control of the unit, but also ensure thesatisfactory regulating

8、performance and operating economics. It also have nice regulate performance and circulatingeconomy.Keywords:Boiler feed-water control。 Three-element control system。 Single-elementcontrol system目錄摘要 IABSTRACTI1 緒論 51.1 課題背景及其意義 51.2 鍋爐給水控制系統(tǒng)地發(fā)展和現(xiàn)狀 51.2.1 西門(mén)子公司全程給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案6-861.2.2 ABB 貝利公司全程給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案9,1

9、071.2.3 FOXBORO 公司全程給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案11-1372 汽包鍋爐給水控制系統(tǒng) 82.1 鍋爐給水全程自動(dòng)控制系統(tǒng)地概念1482.2 給水全程自動(dòng)控制系統(tǒng)地任務(wù)1592.3 給水全程自動(dòng)控制系統(tǒng)地要求 15,392.4 給水控制對(duì)象地動(dòng)態(tài)特性15-17102.4.1 給水量擾動(dòng)下水位變化地動(dòng)態(tài)特性 102.4.2 蒸汽流量擾動(dòng)下水位變化地動(dòng)態(tài)特性 112.4.3 爐膛熱負(fù)荷擾動(dòng)下水位變化地動(dòng)態(tài)特性 112.5 給水全程控制地基本方案15-18112.5.1 單沖量給水控制系統(tǒng) 112.5.2 單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng) 122.5.3 串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng) 132.6 300MW

10、機(jī)組全程給水自動(dòng)控制系統(tǒng)地設(shè)計(jì)與分析15142.6.1 信號(hào)測(cè)量 146.2 給水控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 142.6.3 系統(tǒng)工作原理 142.6.4 控制過(guò)程中地跟蹤與切換 162.6.5 邏輯信號(hào)地形成 162.7 給水 RB 分析 172.7.1 給水泵 RB 地定義 172.7.2 給水泵 RB 過(guò)程 172.7.3 給水泵 RB 邏輯分析 183 汽包水位控制系統(tǒng)地 M ATLAB 仿真 183.1 控制系統(tǒng)地分析和整定 183.2 汽包水位控制系統(tǒng) SIMULINK模型設(shè)計(jì) 193.3 汽包水位控制系統(tǒng)仿真 19 結(jié)論 19參考文獻(xiàn) 20致 謝 211 1 緒論1.1課題背景及其意義隨著電力

11、需求地增長(zhǎng) ,我國(guó)地火力發(fā)電開(kāi)始向建設(shè)大容量、高參數(shù)地大型機(jī) 組方向發(fā)展 .擴(kuò)大單機(jī)容量可使發(fā)電容量迅速增長(zhǎng)以適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展地需要,同時(shí)可使基建投資下降、設(shè)備費(fèi)用降低、減少運(yùn)行費(fèi)用以及節(jié)約金屬材料消耗.但是 ,火電機(jī)組越大 ,其設(shè)備結(jié)構(gòu)就越復(fù)雜 ,自動(dòng)化程度要求也越高 .我國(guó)最近幾年新建地300MW,600MW 火電機(jī)組基本上都采用國(guó)內(nèi)外最先進(jìn)地分散控制系統(tǒng)（ DCS）, 對(duì)全廠各個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視和分散控制 .汽包水位是汽包鍋爐非常重要地 運(yùn)行參數(shù) ,同時(shí)它還是衡量鍋爐汽水系統(tǒng)是否平衡地標(biāo)志 .汽包水位維持在一定允 許范圍內(nèi) ,是保證鍋爐和汽輪機(jī)安全運(yùn)行地必要條件 .水位過(guò)高會(huì)影響汽水分離

12、器 地正常運(yùn)行 ,蒸汽品質(zhì)變壞 ,使過(guò)熱器管壁和汽輪機(jī)葉片結(jié)垢 .嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致蒸汽 帶水 ,造成汽輪機(jī)水沖擊而損壞設(shè)備 .水位過(guò)低則會(huì)破壞水循環(huán) ,嚴(yán)重時(shí)將引起水 冷壁管道變形爆裂1.因此,汽包水位控制一直受到很高地重視 .另一方面 ,隨著鍋 爐參數(shù)地提高和容量地增大 ,汽包地相對(duì)容積減小 ,負(fù)荷變化和其它擾動(dòng)對(duì)水位地影響將相對(duì)增大 .這必將加大水位控制難度 ,從而對(duì)水位控制系統(tǒng)提出了更高地要 求.但是 ,由于給水系統(tǒng)地復(fù)雜性 ,真正能實(shí)現(xiàn)全程給水控制地火電機(jī)組還很少2. 因此 ,對(duì)全程給水控制系統(tǒng)進(jìn)行全面地學(xué)習(xí)和掌握 ,是本文地重點(diǎn)內(nèi)容 .全程給水控制在控制汽包水位滿足要求過(guò)程中發(fā)揮著不可估

13、量地作用,沒(méi)有一個(gè)好地給水全程控制系統(tǒng) ,不但不能滿足水位控制地要求、降低經(jīng)濟(jì)效益 ,有時(shí) 甚至?xí)?lái)災(zāi)難性地后果 .因此 ,對(duì)給水全程控制系統(tǒng)地研究 ,在電力生產(chǎn)過(guò)程中 有著重大地作用 .當(dāng)前 ,電力行業(yè)正在進(jìn)行 “場(chǎng)網(wǎng)分離 ,競(jìng)價(jià)上網(wǎng) ”地市場(chǎng)改革 ,同時(shí)電網(wǎng)要求各 大型機(jī)組地負(fù)荷能夠接受電網(wǎng)調(diào)度直接遙調(diào)（ AGC ）,這些對(duì)機(jī)組地運(yùn)行提出了 更高地要求 .完善和優(yōu)化全程給水控制無(wú)疑是一個(gè)非常具有現(xiàn)實(shí)意義地課題.1.2鍋爐給水控制系統(tǒng)地發(fā)展和現(xiàn)狀現(xiàn)在隨著單元機(jī)組容量地增大和參數(shù)地提高 ,機(jī)組在啟停過(guò)程中需要監(jiān)視和 控制地工程越來(lái)越多 ,因此 ,為了機(jī)組地安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 ,必須實(shí)現(xiàn)鍋爐給水從

14、機(jī) 組地啟停到正常運(yùn)行 ,又到停爐冷卻全部過(guò)程均能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制 .鍋爐在不同負(fù)荷 和參數(shù)時(shí) ,給水被控對(duì)象地動(dòng)態(tài)特性是不同地 ,低負(fù)荷時(shí)由于蒸汽參數(shù)低 ,負(fù)荷變 化小,虛假水位現(xiàn)象不太嚴(yán)重 ,通常對(duì)維持水位恒定地要求又不高 ,因此 ,一般可采 用給水調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)汽包水位 ,給水泵維持給水差壓相結(jié)合地控制方式和單沖量給 水控制方式 .在高負(fù)荷時(shí) ,由于水位動(dòng)態(tài)特性復(fù)雜 ,且汽包存在著嚴(yán)重地 “虛假水 位”現(xiàn)象 ,為了保證給水系統(tǒng)地安全可靠 ,高負(fù)荷時(shí)大多采用串級(jí)三沖量控制系統(tǒng)3-5.1.2.1 西門(mén)子公司全程給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案6-8西門(mén)子公司設(shè)計(jì)地 350MW 機(jī)組全程給水控制系統(tǒng)分為給水啟動(dòng)調(diào)節(jié)閥

15、控 制系統(tǒng)和給水泵轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)兩部分 .給水啟動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)實(shí)際上就是給水壓力控制系統(tǒng),其工作原理簡(jiǎn)化方框圖如圖 1.1 所示 .顯然這是一個(gè)前饋 反饋控制系統(tǒng) .其作用是當(dāng)鍋爐啟動(dòng)及 低負(fù)荷工況時(shí) ,維持給水泵出口母管壓力在安全工作范圍 ,同時(shí)協(xié)助給水泵轉(zhuǎn)速控 制系統(tǒng)穩(wěn)定汽包水位 .它有如下幾個(gè)特點(diǎn)：1給水壓力測(cè)量信號(hào)是根據(jù)三臺(tái)給水泵出口壓力地最大值與給水母 管壓力經(jīng)小選及一階慣性環(huán)節(jié)濾波后地輸出 . 這樣設(shè)計(jì)地目地主要 是為了在冷態(tài)啟動(dòng)和正常運(yùn)行以及熱態(tài)啟動(dòng)時(shí) ,給水泵都能安全工 作.機(jī)組正常運(yùn)行和冷態(tài)啟動(dòng) ,主給水母管壓力總是小于給水泵出口 壓力 .所以此時(shí)啟動(dòng)閥控制系統(tǒng)地被調(diào)量為給水

16、母管壓力測(cè)量信號(hào),啟動(dòng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度地改變是為了維持給水母管壓力等于其設(shè)定值.當(dāng)機(jī)組處于熱態(tài)啟動(dòng)工況時(shí)主給水母管壓力大于給水泵口壓力.此時(shí) ,選擇工作給水泵出口壓力地最大值作為啟動(dòng)閥控制系統(tǒng)地被調(diào)量 , 這樣在給水泵升壓過(guò)程中 ,就可以使啟動(dòng)閥處于關(guān)閉狀態(tài) ,直到給水 泵出口壓力大于主給水母管壓力時(shí)為止 .從而保證給水泵在熱態(tài)啟 動(dòng)過(guò)程中安全運(yùn)行：2為了保證鍋爐正常供水及給水泵地安全運(yùn)行 , 給水壓力設(shè)定值是根 據(jù)四個(gè)信號(hào)中地最大值所決定地 .3該系統(tǒng)引入了給水泵轉(zhuǎn)速控制偏差信號(hào)地微分前饋. 當(dāng)給水泵轉(zhuǎn)速偏差大 ,且該偏差變化速度也大時(shí) ,說(shuō)明實(shí)際水位低于設(shè)定值較多 ,應(yīng) 很快增加給水流量 ,此時(shí)

17、 ,該前饋信號(hào)增大 ,使給水啟動(dòng)閥開(kāi)大 ,以協(xié) 助轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)增加給水流量 .4系統(tǒng)根據(jù)給水泵出口至省煤器入口之間差壓值地大小, 形成一個(gè)鍋爐給水啟動(dòng)閥開(kāi)度校正系數(shù) .該差壓越大 ,表明給水流量越大 ,此時(shí)給 水啟動(dòng)閥開(kāi)度校正系數(shù)減小 ,啟動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)地開(kāi)環(huán)增益下降 , 給水啟動(dòng)調(diào)整閥門(mén)開(kāi)度地動(dòng)作快慢 ,是給水流量在滿足要求地條件 下盡可能穩(wěn)定 .給水泵轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)實(shí)際上就是汽包水位控制系統(tǒng) .其工作原理示意圖如圖1.2所示.該系統(tǒng)由單 /三沖量信號(hào)形成及它們地切換回路、給水泵安全保護(hù)回路、給水泵 出力同步回路及給水泵轉(zhuǎn)速控制回路等組成 .其控制特點(diǎn)是 ,在三沖量控制系統(tǒng)中 引入了汽包壓力

18、地負(fù)微分前饋和蒸汽流量地微分前饋 .運(yùn)行過(guò)程中 ,蒸汽流量變動(dòng) （即機(jī)組負(fù)荷調(diào)整）和爐膛熱負(fù)荷干擾都會(huì)引起汽包壓力地變化.若負(fù)荷增加 ,汽包壓力就會(huì)下降 ,其負(fù)微分前饋信號(hào)要求加大給水流量 ,蒸汽微分前饋也要求加大 給水流量 ,以克服虛假水位對(duì)系統(tǒng)地影響 .可見(jiàn) ,該系統(tǒng)地設(shè)計(jì)方案與國(guó)內(nèi)其他設(shè) 計(jì)相比有其獨(dú)特之處 .但是 ,值得指出地是 ,如果爐膛熱負(fù)荷增加時(shí) ,汽包壓力就會(huì) 上升 ,其負(fù)微分前饋信號(hào)要求減少給水流量 ,是虛假水位降低 ,而降低地水位信號(hào) 又會(huì)要求給水流量增加 .這兩個(gè)相反地控制信號(hào)作用到 PI 調(diào)解器上 ,如果參數(shù)整 定不合適 ,將使給水泵地轉(zhuǎn)速造成大地變化而引起汽包水位波動(dòng)

19、 .1.2.2 ABB 貝利公司全程給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案9,10ABB 貝利公司設(shè)計(jì)地給水控制系統(tǒng)采用兩段式給水控制模式 ,即在啟動(dòng)和低 負(fù)荷時(shí)通過(guò)控制給水旁路閥和給水泵轉(zhuǎn)速來(lái)維持汽包水位和給水壓力；在高負(fù) 荷時(shí)通過(guò)控制兩臺(tái)汽動(dòng)給水泵轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)給誰(shuí)流量 ,從而控制汽包水位 .這與西門(mén) 子公司地設(shè)計(jì)有所不同 .在高負(fù)荷時(shí) ,采用串級(jí)三沖量給水控制模式對(duì)兩臺(tái)汽動(dòng)給水泵進(jìn)行控制 ,而電 動(dòng)給水泵則處于熱備用地狀態(tài) .串級(jí)三沖量給水控制是指系統(tǒng)利用汽包水位偏 差、給水流量、以及蒸汽流量作為串級(jí) PID 地輸入 ,以汽包系統(tǒng)地物質(zhì)平衡和能 量平衡為調(diào)節(jié)目標(biāo)地控制方式 .兩臺(tái)汽動(dòng)給水泵具有多輸出系統(tǒng)功能 .經(jīng)

20、過(guò)串級(jí) PID 調(diào)節(jié)輸出地給水控制指令 ,平均分配后送至汽動(dòng)給水泵控制回路 ,調(diào)節(jié)汽動(dòng)給 水泵地轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)給水流量 .其控制回路如圖 1.4 所示.1.2.3FOXBORO 公司全程給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案11-13FOXBORO 公司設(shè)計(jì)地給水控制系統(tǒng)與 ABB 貝利公司設(shè)計(jì)地又有所不同 . 該公司設(shè)計(jì)地給水控制系統(tǒng)也是在啟動(dòng)和低負(fù)荷時(shí) ,通過(guò)控制給水旁路閥和給水 泵轉(zhuǎn)速來(lái)維持汽包水位和給水壓力；高負(fù)荷時(shí)通過(guò)控制兩臺(tái)汽動(dòng)給水泵轉(zhuǎn)速來(lái) 控制汽包水位 .雖然給水控制模式相同 ,但控制策略有所改變 .在啟動(dòng)和低負(fù)荷時(shí) , 單沖量汽包水位控制通過(guò)采用同時(shí)調(diào)節(jié)電動(dòng)給水泵轉(zhuǎn)速和給水旁路閥地開(kāi)度來(lái) 調(diào)節(jié)給水流量

21、.對(duì)給水壓力沒(méi)有設(shè)計(jì)專門(mén)地控制回路 ,對(duì)電動(dòng)給水泵和給水旁路閥 誰(shuí)負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)給水流量和誰(shuí)負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)給水壓力 ,沒(méi)有做出明確地分工 .其控制示意圖 如圖 1.5 所示.在自動(dòng)工況時(shí)發(fā) ,汽包水位信號(hào)與來(lái)自電動(dòng)泵手 /自動(dòng)操作站由運(yùn)行人員設(shè)置 地水位給定值信號(hào)進(jìn)行比較 ,如兩者出現(xiàn)偏差 ,則驅(qū)動(dòng)單沖量控制器輸出調(diào)節(jié)指令 通過(guò)切換器輸出地給水流量指令進(jìn)行比例分配后分別送至給水旁路閥和電動(dòng)給 水泵控制回路 ,以控制旁路閥地開(kāi)度和電動(dòng)泵地轉(zhuǎn)速 .此控制設(shè)計(jì)對(duì)給水旁路閥和 電動(dòng)給水泵地協(xié)調(diào)配合要求較高 ,合理地指令分配系數(shù)是控制效果好壞地主要因 素之一 .在高負(fù)荷階段地給水控制策略與 ABB 公司地設(shè)計(jì)方案基

22、本相似 ,如圖 1.6 所示 .其區(qū)別主要在于：在串級(jí) PID 調(diào)節(jié)輸出地給水控制指令和汽動(dòng)給水泵控制 回路之間增加了一個(gè)純積分地控制回路 .采用起平衡放大器作用地純積分塊和起 平均作用地運(yùn)算塊來(lái)實(shí)現(xiàn)多臺(tái)執(zhí)行器之間分別投自動(dòng)時(shí)實(shí)現(xiàn)無(wú)平衡、無(wú)擾動(dòng)切 換 .當(dāng)系統(tǒng)自動(dòng)時(shí) ,給水控制指令作為純積分調(diào)節(jié)器地遠(yuǎn)方給定 ,兩臺(tái)汽動(dòng)給水泵 地實(shí)際輸出指令之和地平均值作為純積分調(diào)節(jié)器地測(cè)量信號(hào)輸入.當(dāng)系統(tǒng)由自動(dòng)切換到手動(dòng)時(shí) ,純積分調(diào)解器地作用是可調(diào)其輸出 ,使串級(jí)三沖量副調(diào)地輸出自動(dòng) 跟蹤信號(hào) ,避免了調(diào)節(jié)器因偏差信號(hào)長(zhǎng)期存在而進(jìn)入積分飽和段 .目前,我國(guó)大型火電機(jī)組地給水控制基本上還是采用經(jīng)典地 PID

23、控制算法 .不 同地控制公司在給水控制策略地設(shè)計(jì)上雖然各有特點(diǎn),各有差異 ,但基本上還是遵循了單沖量和三沖量控制相結(jié)合地控制模式 ,采用地也基本上是調(diào)閥和調(diào)泵相 結(jié)合地控制方法 .雖然從理論上講 ,現(xiàn)有地控制方法應(yīng)該可以實(shí)現(xiàn)機(jī)組地全程給水 自動(dòng).另外 ,機(jī)組在高負(fù)荷時(shí) ,雖然可以實(shí)現(xiàn)三沖量給水自動(dòng)且正常情況時(shí)效果也 不錯(cuò) .但其控制系統(tǒng)地魯棒性較差 ,適應(yīng)異常工況地能力和出現(xiàn)設(shè)備故障情況時(shí)地 自調(diào)整能力也較差 .因此 ,如何實(shí)現(xiàn)全程給水控制是現(xiàn)今控制工程人員急于解決地 問(wèn)題.2 2 汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)2.1 鍋爐給水全程自動(dòng)控制系統(tǒng)地概念14顧名思義 ,給水全程自動(dòng)控制應(yīng)該是在鍋爐給水全過(guò)程

24、中都是自動(dòng)控制地,即能在控制設(shè)備正常地條件下 ,不需要操作人員地干涉 ,就能保持汽包水位在允許地 范圍內(nèi) .因?yàn)殡S著發(fā)電機(jī)組容量和參數(shù)地不斷提高 ,機(jī)組地控制與運(yùn)行管理變地越 來(lái)越復(fù)雜和困難 .尤其當(dāng)機(jī)組承擔(dān)變動(dòng)負(fù)荷時(shí) ,不僅用電負(fù)荷劇烈變化 ,而且機(jī)組 地啟停次數(shù)也增加了 .機(jī)組在啟停過(guò)程中 ,需要監(jiān)視地參數(shù)多 ,而且操作控制地工 程也大大增加 .這時(shí)運(yùn)行人員更需要各個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)能發(fā)揮作用 ,用以減輕運(yùn)行人 員地勞動(dòng)強(qiáng)度 ,保證機(jī)組地安全運(yùn)行 .10因此,現(xiàn)代大容量單元機(jī)組迫切需要在不 同負(fù)荷和工況下都能起良好控制作用地自動(dòng)控制系統(tǒng) ,這就產(chǎn)生了全程給水控制 系統(tǒng) .2.2 給水全程自動(dòng)控制

25、系統(tǒng)地任務(wù)15汽包鍋爐給水控制地任務(wù)是使給水量適應(yīng)鍋爐蒸發(fā)量 ,并使汽包中地水位保 持在一定范圍內(nèi) ,具體要求有以下兩個(gè)方面：維持汽包水位在一定范圍內(nèi) .汽包水位是影響鍋爐安全運(yùn)行地重要因素 ,水 位過(guò)高 ,會(huì)破壞汽水分離裝置地正常工作 ,嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致蒸汽帶水增多 ,從而增加 在過(guò)熱器管壁上和汽輪機(jī)葉片上地結(jié)垢 ,甚至使汽輪機(jī)發(fā)生水沖擊而損壞葉片； 水位過(guò)低 ,則會(huì)破壞水循環(huán) ,引起水冷壁地破裂 .正常運(yùn)行時(shí)地水位波動(dòng)范圍： （30-50）mm異常情況： 200mm事故情況： 350mm保持穩(wěn)定地給水量 .穩(wěn)定工況下 ,給水量不應(yīng)該時(shí)大時(shí)小地劇烈波動(dòng) ,否則 , 將對(duì)省煤器和給水管道地安全運(yùn)行

26、不利 .2.3 給水全程自動(dòng)控制系統(tǒng)地要求 15,3給水全程自動(dòng)控制比常規(guī)給水控制要復(fù)雜地多 ,因此 ,對(duì)給水全程自動(dòng)控制系 統(tǒng)提出以下要求：實(shí)現(xiàn)全程控制可以采用改變調(diào)節(jié)閥門(mén)地開(kāi)度 ,但由于在大型機(jī)組中給水泵 消耗功率多 ,不經(jīng)濟(jì) ,故一般多采用改變給水泵轉(zhuǎn)速來(lái)改變給水量 ,在全程控制中 , 不僅要滿足給水量調(diào)節(jié)地要求 ,同時(shí)還要保證給水泵工作在安全區(qū)內(nèi) .由于機(jī)組在高、低負(fù)荷呈現(xiàn)出不同地對(duì)象特征，要求控制系統(tǒng)能適應(yīng)這種 特性,隨著負(fù)荷地增長(zhǎng)和下降 ,系統(tǒng)要從單沖量過(guò)渡到三沖量系統(tǒng) ,或從三沖量過(guò) 渡單沖量系統(tǒng) ,由此產(chǎn)生了系統(tǒng)地切換問(wèn)題 ,并且必須有保證實(shí)現(xiàn)相互無(wú)擾切換 .由于全程控制系統(tǒng)地

27、工作范圍較寬 ,對(duì)各個(gè)信號(hào)地準(zhǔn)確測(cè)量提出了更嚴(yán)格 地要求 ,例如,在高低負(fù)荷不同地情況下 ,給水流量地?cái)?shù)值相差很大 ,必須采用不同 地孔板測(cè)量 ,這樣就產(chǎn)生了給水流量測(cè)量裝置切換地問(wèn)題 .在各種調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)地工作過(guò)程中 ,給水全程控制系統(tǒng)都必須保證無(wú)干擾 ,隨著 負(fù)荷大小地變化 ,需要不同地調(diào)節(jié)閥門(mén)調(diào)節(jié)給水 ,這就要求解決切換問(wèn)題 ,在低負(fù) 荷時(shí)采用改變閥門(mén)地開(kāi)放來(lái)保持泵地出口壓力 ,高負(fù)荷時(shí)采用改變調(diào)速泵地轉(zhuǎn)速 來(lái)保持水位 ,這又產(chǎn)生了閥門(mén)與調(diào)速泵間地切換問(wèn)題 .點(diǎn)火后升溫升壓過(guò)程中 ,由 于鍋爐沒(méi)有輸出蒸汽量、給水量及其變化量很小 ,此時(shí)單沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)也不十分 理想 ,就需要用開(kāi)啟閥門(mén)地方法（

28、雙位調(diào)節(jié)方式）進(jìn)行水位調(diào)節(jié) ,在這些切換中 , 系統(tǒng)都必須在相應(yīng)地安全可靠性 ,才能保證給水泵工作在安全工作區(qū)內(nèi) .給水全程控制還必須適應(yīng)機(jī)組定壓運(yùn)行和滑壓運(yùn)行工況.必須適應(yīng)冷態(tài)起動(dòng)和熱態(tài)起動(dòng) .2.4 給水控制對(duì)象地動(dòng)態(tài)特性15-17汽包鍋爐給水自動(dòng)控制地任務(wù)是維持汽包水位在一定范圍內(nèi)變化.汽包鍋爐給水控制對(duì)象地結(jié)構(gòu)如圖 2.1 所示 .汽包水位是由汽包中地貯水量和水面下地汽包 容積所決定地 ,因此凡是引起汽包中貯水量變化和水面下地汽泡容積變化地各種 因素都是給水控制對(duì)象地?cái)_動(dòng).其中主要地?cái)_動(dòng)有：給水流量 W、蒸汽流量 D、汽 包壓力 Pb、爐膛熱負(fù)荷等，其中以給水?dāng)_動(dòng)、蒸汽流量和爐膛熱負(fù)荷

29、較為嚴(yán)重實(shí)際生產(chǎn)中 ,應(yīng)用給水流量調(diào)節(jié)作為控制汽包水位地手段 ,即采用給水流量作為汽包 水位控制系統(tǒng)地控制變量 .蒸汽流量和爐膛熱負(fù)荷地?cái)_動(dòng)視為外擾 .下面著重討論 在給水量 W、蒸汽流量 D、爐膛熱負(fù)荷 Q 擾動(dòng)下地水位變化地動(dòng)態(tài)特性.2.4.1 給水量擾動(dòng)下水位變化地動(dòng)態(tài)特性 給水量地?cái)_動(dòng)是給水自動(dòng)控制系統(tǒng)中影響汽包水位地主要擾動(dòng)之一 ,因?yàn)樗?是來(lái)自控制側(cè)地?cái)_動(dòng) ,又稱內(nèi)擾 .在給水量擾動(dòng)下水位變化地階躍響應(yīng)曲線如圖 2.2 所示.圖中 H1 為不考慮水下面蒸汽蒸發(fā)面以下地蒸汽容積變化地響應(yīng)曲線，這個(gè)水位變化是由于水和汽地物質(zhì)不平衡引起地.虛線 H2 為給水過(guò)冷度所引起地水 位變化曲線（

30、即給水溫度低于汽包內(nèi)飽和水溫度），給水地過(guò)冷度越大,H2 地變 化幅度越大.H 為水位受到給水階躍擾動(dòng)后地實(shí)際響應(yīng)曲線，可以認(rèn)為是由 H1 和 H2 合成地.由 H 曲線可以清楚地看出給水被控對(duì)象地特點(diǎn)是：給水?dāng)_動(dòng)剛剛加入 時(shí),由于給水過(guò)冷度地影響 ,水位變化很慢 ,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間之后其變化速度才逐漸 增加,最后變?yōu)榘匆欢ㄋ俾手本€上升 .這時(shí)就是物質(zhì)不平衡起主要作用了 ,如果給 水量和蒸汽流量不能平衡 ,水位將不能穩(wěn)定 .由給水階躍響應(yīng)曲線可以求出滯后時(shí) 間和響應(yīng)速度.延長(zhǎng) H 曲線地直線段與時(shí)間軸地交點(diǎn)為 A,與縱坐標(biāo)地交點(diǎn)為 B,則：大小與鍋爐省煤器地構(gòu)造形式及鍋爐容量地大小有關(guān).對(duì)于 30

31、0MW 非沸騰爐 應(yīng)為 30s到 100s 之間.水位在給水?dāng)_動(dòng)下地傳遞函數(shù)可表示如下：水位對(duì)象可近似認(rèn)為是一個(gè)積分環(huán)節(jié)和一個(gè)慣性環(huán)節(jié)并聯(lián)地形式 .2.4.2 蒸汽流量擾動(dòng)下水位變化地動(dòng)態(tài)特性蒸汽流量擾動(dòng)主要來(lái)自汽輪發(fā)電機(jī)組地負(fù)荷變化 ,屬于外部擾動(dòng) ,這是一個(gè)經(jīng) 常發(fā)生地?cái)_動(dòng) .在蒸汽流量發(fā)生擾動(dòng)地情況下 ,水位地階躍響應(yīng)曲線如圖 2.3 所示 .汽輪機(jī)地用汽量突然增加（假定鍋爐供熱量及時(shí)跟上）時(shí),鍋爐地蒸發(fā)量大于給水量，從汽包地儲(chǔ)水量來(lái)看，水位變化應(yīng)如圖中 H1 所示.但是，當(dāng)鍋爐地蒸發(fā)量 突然增加時(shí)，由于蒸發(fā)面以下飽和水迅速汽化而使水位變化曲線如H2 所示，而實(shí)際顯示出地水位響應(yīng)曲線如

32、H 所示.從圖上可以看出，當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，雖然汽包地進(jìn) 水量小于蒸發(fā)量 ,但是在一開(kāi)始汽包水位不僅不下降 ,反而迅速上升 ,這就是“虛假 水位”現(xiàn)象.當(dāng)汽包地容積已與負(fù)荷相適應(yīng)而達(dá)到穩(wěn)定后 ,水位就主要隨物質(zhì)不平 衡地關(guān)系而下降 .蒸汽流量擾動(dòng)時(shí) ,水位變化地動(dòng)態(tài)特性傳遞函數(shù)為：可近似認(rèn)為是一個(gè)積分環(huán)節(jié)和慣性環(huán)節(jié)并聯(lián)而成 .圖 2.3 所示地蒸發(fā)量擾動(dòng)下地水位階躍響應(yīng)曲線只是定性地表明水位變化 地特點(diǎn) ,實(shí)際進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)時(shí)是很難造成蒸汽流量階躍擾動(dòng)地 .如果只改變用汽量 就會(huì)引起汽壓地變化 ,這時(shí) “虛假水位 ”會(huì)更嚴(yán)重些 .2.4.3 爐膛熱負(fù)荷擾動(dòng)下水位變化地動(dòng)態(tài)特性此處地爐膛熱負(fù)荷擾動(dòng)即是

33、指燃燒率 M 地?cái)_動(dòng) .當(dāng)燃燒率擾動(dòng)時(shí) ,例如燃料 量增加使?fàn)t膛熱負(fù)荷增加 ,這時(shí)鍋爐蒸發(fā)強(qiáng)度增大而氣壓升高 ,即使汽機(jī)調(diào)節(jié)氣門(mén) 開(kāi)度不變 ,蒸汽流量也會(huì)有所增加 .這樣,蒸汽流量大于給水流量 ,水位應(yīng)該下降 .但 蒸發(fā)強(qiáng)度增大同時(shí)也使汽包水面下汽泡體積增大 ,因此也會(huì)出現(xiàn) “虛假水位 ”現(xiàn)象. 只是在這種情況下 ,蒸汽流量增加地時(shí)候汽壓也增大了 ,因而使汽泡體積地增加比 蒸汽流量擾動(dòng)時(shí)要小 ,所以,“虛假水位 ”在幅值和變化速度上都相對(duì)較小 ,但其持 續(xù)時(shí)間長(zhǎng) .其響應(yīng)曲線圖和圖 2.3 相似,但是水位上升較少 ,而滯后時(shí)間較大 ,這時(shí) 由于燃料量增加使發(fā)熱量增加地同時(shí)，汽壓 P 也增加,使

34、汽泡體積增加較少，從而 使水位上升較少；另一方面 ,由于蒸發(fā)量隨燃料量地增加有慣性和時(shí)滯 ,這就導(dǎo)致 較大.2.5 給水全程控制地基本方案15-182.5.1 單沖量給水控制系統(tǒng)鍋爐在低負(fù)荷（一般在 25%45%額定負(fù)荷以下）運(yùn)行時(shí)，虛假水位”現(xiàn)象 并不太嚴(yán)重 ,對(duì)維持水位恒定地要求不高 ,所以允許采用單沖量給水控制系統(tǒng)（即控制器指接受汽包水位一個(gè)被控參數(shù)） .單沖量給水控制系統(tǒng)地基本原理如圖 2.4 所示 .該系統(tǒng)是一個(gè)只采用汽包水位 信號(hào)和一個(gè)調(diào)節(jié)器地反饋控制系統(tǒng) .在這個(gè)系統(tǒng)中 ,水位信號(hào)經(jīng)過(guò)平衡容器轉(zhuǎn)換成 差壓、再經(jīng)差壓變送器轉(zhuǎn)換成電信號(hào) lh.假設(shè)由于某種原因使汽包水位發(fā)生變化，如水

35、位 h 下降時(shí)，則差壓增加（這是雙室平衡容器地特性），lh 增大,lh 大于其給 定值 IhO,調(diào)節(jié)器（一般為比例積分調(diào)節(jié)器）地輸入偏差大于零，調(diào)節(jié)器地輸出 It 增加，閥門(mén)開(kāi)度增大，給水流量增加，水位 h 回升,差壓減小,lh 減小，使調(diào)節(jié)器地輸入 偏差減小 .當(dāng)偏差逐漸消失時(shí) ,調(diào)節(jié)器地輸出便不在變化 ,這就實(shí)現(xiàn)了無(wú)差調(diào)節(jié) .但是,對(duì)于內(nèi)擾遲延大和外擾時(shí) “虛假水位 ”明顯地水位現(xiàn)象 ,該系統(tǒng)存在嚴(yán)重 不足，簡(jiǎn)述如下：假使某時(shí)刻發(fā)生負(fù)荷擾動(dòng)，蒸汽流量增加 D,蒸汽流量大于給水 流量,正確地控制作用應(yīng)及時(shí)增加給水流量 .但是由于 “虛假水位 ”地存在使水位不 是下降而是上升 .于是下降 ,調(diào)

36、節(jié)器輸入偏差小于零 ,lt 下降,閥門(mén)開(kāi)度減小 ,W 減少, 使本來(lái)已有地流量不平衡進(jìn)一步擴(kuò)大了 .不難想象 ,虛假水位過(guò)后緊接著地是水位 急劇下降 .這就擴(kuò)大了動(dòng)態(tài)偏差 ,延長(zhǎng)了調(diào)節(jié)過(guò)程時(shí)間 .另一方面 ,水位下降后 ,在控 制作用下增加給水流量時(shí) ,由于給水內(nèi)擾通道有較大地遲延 ,調(diào)節(jié)效果不能及時(shí)反 映出來(lái).這就是說(shuō) ,即使給水流量增加到大于蒸汽流量,被調(diào)量水位并不能馬上上升,調(diào)節(jié)器輸入偏差持續(xù)大于零 .這可能使給水流量反過(guò)來(lái)大于蒸汽流量,加劇了系統(tǒng)地震蕩 ,延長(zhǎng)了調(diào)節(jié)過(guò)程地時(shí)間 ,甚至不能滿足生產(chǎn)過(guò)程地要求.所以,對(duì)于大、中型鍋爐不宜采用單沖量控制系統(tǒng) .單沖量給水控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,可

37、用于內(nèi)擾遲延小 ,外擾時(shí) “虛假水位 ”不嚴(yán)重 地小型鍋爐 ,也可用于大型機(jī)組地低負(fù)荷階段地給水控制中.這是因?yàn)樵诘拓?fù)荷階段由于鍋爐疏水和排污等因素地影響 ,使給水流量和蒸汽流量存在著嚴(yán)重地不平 衡,且流量太小 ,測(cè)量誤差教大 .同時(shí),因汽包壓力低虛假水位也不嚴(yán)重 ,不宜采用三 沖量控制 .2.5.2 單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)單級(jí)三沖量控制系統(tǒng)地基本結(jié)構(gòu)如圖2.5 所示.該系統(tǒng)采用一個(gè)調(diào)節(jié)器（一般為 PI 調(diào)節(jié)器）其輸入為汽包水位信 lh、汽包水位定 IhO、蒸汽流量信號(hào) Id 和 給水流量信號(hào) lw.調(diào)節(jié)器地輸入偏差信號(hào)為e=Ih-IhO+Id-Iw在平衡狀態(tài)下，汽包水位 h 等于水位給定值

38、hO、蒸汽流 D 等于給水流量 W, 故=,=,調(diào)節(jié)器輸入偏差 e 等于零，輸出保持不變.蒸汽流量信號(hào)地引入是為了克服 虛假水位引起地調(diào)節(jié)器誤動(dòng)作 .例如,當(dāng)蒸汽流量 D 增加時(shí),由于虛假水位地影響 , 使水位上升 ,下降,這將使調(diào)節(jié)器地輸入偏差 e 變負(fù),下降,使給水流量減小 .但與此同時(shí),加入調(diào)節(jié)器輸入端地前饋信號(hào)也增加了 .地作用是要增加給水流量 .顯然 ,如 果地大小整定得當(dāng) ,就可抵消虛假水位地影響 .給水流量地引入可以克服給水流量 內(nèi)擾,及時(shí)反映控制效果 ,改善調(diào)節(jié)品質(zhì) .例如 ,當(dāng)某種原因引起給水流量增加時(shí) ,由 于內(nèi)擾通道地遲延 ,水位不能立即上升 ,但增加了 ,這使調(diào)節(jié)器地輸

39、入偏差 e 變?yōu)?負(fù)值 ,調(diào)節(jié)器地輸出使閥門(mén)開(kāi)度變小 ,及時(shí)減小了給水流量 ,這就大大降低了給水 流量?jī)?nèi)擾對(duì)水位地影響 .這個(gè)克服給水流量?jī)?nèi)擾地控制過(guò)程是在給水流量變送 器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器、調(diào)節(jié)閥組成地閉合回路中進(jìn)行地,該回路稱為內(nèi)回路 ,或局部反饋回路 .因?yàn)閮?nèi)回路不包括有遲延地水位對(duì)象 ,所以動(dòng)作很快 ,可以迅速消除 內(nèi)擾 .由汽包水位信號(hào)形成地閉合回路是給水控制系統(tǒng)地主回路,或稱外回路 .這個(gè)回路包括水位變送器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器、調(diào)節(jié)閥和汽包水位對(duì)象含（省煤 器） .無(wú)論外擾還是內(nèi)擾使汽包水位偏離給定值時(shí) ,都會(huì)使調(diào)節(jié)器地輸入偏差發(fā)生 變化 ,從而改變調(diào)節(jié)器地輸出 ,改變調(diào)節(jié)閥地開(kāi)度 ,改

40、變給水流量 ,使水位朝著減小 和消除被調(diào)量偏差地方向變化 .并最終使汽包水位等于給定值（假定穩(wěn)定時(shí)等 于）.與單沖量控制系統(tǒng)相比 ,該系統(tǒng)引入了用于克服虛假水位地蒸汽流量信號(hào)（前饋信號(hào)）和用于抑制給水內(nèi)擾地給水流量信號(hào)（局部反饋信號(hào)）,所以稱為三沖量系統(tǒng) .當(dāng)蒸汽流量改變時(shí) ,通過(guò)前饋控制作用 ,可及時(shí)改變給水流量 ,力圖維 持進(jìn)出鍋爐內(nèi)地物質(zhì)平衡 ,這有利于克服虛假水位現(xiàn)象；當(dāng)給水流量發(fā)生自發(fā)性 擾動(dòng)時(shí) ,通過(guò)局部反饋控制作用 ,可抑制這種擾動(dòng)對(duì)給水流量以及汽包水位地影響 有利于減少汽包水位地波動(dòng) .因此 ,三沖量給水控制系統(tǒng)在克服擾動(dòng)維持汽包水位 穩(wěn)定和提高給水控制質(zhì)量方面優(yōu)于單沖量給水控

41、制系統(tǒng) .原則上 ,在負(fù)荷達(dá)到一定值以上、疏水和排污閥逐漸關(guān)閉、汽和水趨于平 衡、流量逐漸增大、測(cè)量誤差逐漸減小時(shí)，可采用三沖量控制方式但由 e=-+-可 以看出,單級(jí)三沖量控制系統(tǒng)要求蒸汽流量和給水流量地測(cè)量值在穩(wěn)態(tài)時(shí)必須相 等,否則汽包水位將存在偏差 ,因?yàn)橹挥挟?dāng)?shù)扔?,才能保證調(diào)節(jié)器偏差為零時(shí)被調(diào) 量水位等于給定值 .事實(shí)上由于檢測(cè)、變送設(shè)備地誤差等等因素地影響,蒸汽流量和給水流量這兩個(gè)信號(hào)地檢測(cè)值在穩(wěn)態(tài)時(shí)難以作到完全相等,而且前饋信號(hào)地大小還應(yīng)按盡可能克服虛假水位地影響來(lái)整定 ,單級(jí)三沖量控制系統(tǒng)采用一個(gè)調(diào)節(jié) 器,參數(shù)整定時(shí)難以兼顧較多地因素 ,所以 ,在目前已較少采用單級(jí)三沖量給水控

42、制系統(tǒng).122.5.3 串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng) 串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)地基本結(jié)構(gòu)如圖 2.6 所示.該系統(tǒng)由主副兩個(gè)調(diào)節(jié)器和三個(gè)沖量（汽包水位、蒸汽流量、給水流量） 構(gòu)成.與單級(jí)三沖量相比 ,該系統(tǒng)多用了一個(gè)調(diào)節(jié)器 ,兩個(gè)調(diào)節(jié)器分工明確、串聯(lián)工作.主調(diào)節(jié)器為 PI 調(diào)節(jié)器 ,也稱水位調(diào)節(jié)器 ,它根據(jù)水位偏差產(chǎn)生給水流量給定 值 .主調(diào)節(jié)器輸出穩(wěn)定地必要條件是 =,故系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)無(wú)差調(diào)節(jié)副調(diào)節(jié)器為給水流 量調(diào)節(jié)器 ,它根據(jù)給水流量偏差控制給水流量 ,蒸汽流量信號(hào)作為前饋信號(hào)用來(lái)維 持負(fù)荷變動(dòng)時(shí)地物質(zhì)平衡 ,由此構(gòu)成地是一個(gè)前饋 反饋雙回路控制系統(tǒng) .內(nèi)回 路是由給水流量變送器、副調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器、調(diào)

43、節(jié)閥組成地閉合回路,由于內(nèi)回路不包括遲延較大地水位對(duì)象 ,副調(diào)節(jié)器地比例積分作用可以整定地很強(qiáng) .當(dāng)給水 流量?jī)?nèi)擾時(shí) ,通過(guò)內(nèi)回路地作用可以迅速消除；當(dāng)蒸汽流量外擾時(shí) ,通過(guò)內(nèi)回路地 作用可以使給水流量迅速跟蹤蒸汽流量變化 .該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ,但各調(diào)節(jié)器地任務(wù) 比較單純 ,系統(tǒng)參數(shù)整定相對(duì)單級(jí)三沖量系統(tǒng)要容易些 ,而且該系統(tǒng)不要求穩(wěn)態(tài)時(shí) 給水流量和蒸汽流量信號(hào)嚴(yán)格相等 ,可保證穩(wěn)態(tài)時(shí)汽包水位無(wú)穩(wěn)態(tài)偏差 ,其控制品 質(zhì)較高 ,是現(xiàn)場(chǎng)廣泛采用地給水控制系統(tǒng) .2.6 300MW 機(jī)組全程給水自動(dòng)控制系統(tǒng)地設(shè)計(jì)與分析152.6.1 信號(hào)測(cè)量(1) 汽包水位 .三個(gè)汽包水位檢測(cè)信號(hào)首先分別通過(guò)壓力補(bǔ)償

44、 ,然后通過(guò) “選 擇邏輯通道 ”,選擇恰當(dāng)?shù)刂底鳛樽罱K地汽包水位信號(hào) ,其測(cè)量原理 SAMA 圖如圖 2.7 所示.(2 )給水流量.由省煤器前給水流量最終測(cè)量值加上過(guò)熱器I、U級(jí)噴水 減溫器地減溫水流量測(cè)量值后 ,減去鍋爐連續(xù)排污流量測(cè)量值 ,形成給水流量信號(hào) 其測(cè)量原理 SAMA 圖如圖2.8 所示.(3)主蒸汽流量 .三個(gè)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)壓力信號(hào)經(jīng)溫度修正和 “三選一 ”通道 處理后 ,再經(jīng)函數(shù)器轉(zhuǎn)換 ,并加上旁路流量 ,形成主蒸汽流量信號(hào) .其測(cè)量原理 SAMA 圖如圖 2.9所示.6.2 給水控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)( 1)汽泵控制系統(tǒng) SAMA 圖如圖 2.10 所示.( 2)電泵和旁路閥控制系

45、統(tǒng) SAMA 圖如圖 2.11 所示 .( 3)各種邏輯形成 SAMA 圖如圖 2.12、 2.13 所示.( 4)運(yùn)行方式如圖 2.14 所示.2.6.3 系統(tǒng)工作原理( 1)啟動(dòng)、沖轉(zhuǎn)及帶 25%負(fù)荷 . .此階段采用單沖量系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)給水旁路 閥開(kāi)度來(lái)維持汽包水位在給定范圍內(nèi) ,電動(dòng)給水泵維持在最低轉(zhuǎn)速 ,汽動(dòng)給水泵手 /自動(dòng)操作器 1AM 強(qiáng)迫為手動(dòng)狀態(tài) ,汽動(dòng)泵超馳全關(guān) ,主給水電動(dòng)門(mén)也關(guān)閉 ,給水旁 路閥從 0% 100%調(diào)節(jié) .單沖量調(diào)節(jié)器 4PI (IE)地輸入為水位測(cè)量值 H 和給定值 Ho 地偏差，其輸 出經(jīng) 3AM 手/自動(dòng)操作器去控制給水旁路閥 ,同時(shí)可進(jìn)行閥位顯示 .

46、三沖量電動(dòng)泵 地副調(diào)節(jié)器（3PI）處于自動(dòng)跟蹤狀態(tài)，通過(guò)切換開(kāi)關(guān) T2 地 NC 點(diǎn)使 3PI 地輸出 跟蹤函數(shù)發(fā)生器 F1（ X）地輸出，再通過(guò) 2AM 手/自動(dòng)操作器使電動(dòng)泵維持在最 低轉(zhuǎn)速運(yùn)行 .（2）升負(fù)荷 25%30%.此階段采用單沖量系統(tǒng)調(diào)節(jié)電動(dòng)給水泵轉(zhuǎn)速.此時(shí)三沖量系統(tǒng)尚不能使用 ,給水旁路閥已全開(kāi) ,只能提高給水泵轉(zhuǎn)速來(lái)滿足給水量地 增加,T2 仍接 NC,F1（X）地輸出值隨調(diào)節(jié)信號(hào)變化，通過(guò) 3PI 地自動(dòng)跟蹤使調(diào)節(jié) 信號(hào)控制電動(dòng)泵轉(zhuǎn)速 ,實(shí)現(xiàn)由閥門(mén)控制到電動(dòng)泵轉(zhuǎn)速控制給水量地?zé)o擾過(guò)渡 .由于單沖量調(diào)閥系統(tǒng)與單沖量調(diào)泵系統(tǒng)對(duì)象特性不同,且調(diào)節(jié)器整定參數(shù)不同,所以 4PI 為

47、變參數(shù)調(diào)節(jié)器 .（ 3） 30% 1 00%階段 .此階段采用三沖量系統(tǒng)調(diào)節(jié)給水泵轉(zhuǎn)速方案 .這是調(diào) 節(jié)系統(tǒng)地正常工況 .給水旁路閥鎖定在全開(kāi)位置不再關(guān)閉 ,以減少系統(tǒng)不必要地?cái)_ 動(dòng).1負(fù)荷達(dá) W%,電動(dòng)泵轉(zhuǎn)速為時(shí)打開(kāi)主給水電動(dòng)門(mén)此時(shí)泵地轉(zhuǎn)速已提高，當(dāng) 主給水電動(dòng)門(mén)打開(kāi)以后 ,管道阻力突然減少 ,調(diào)節(jié)系統(tǒng)使泵轉(zhuǎn)速自動(dòng)下降一些時(shí) , 泵轉(zhuǎn)速已有可能下降 .另外,在三沖量系統(tǒng)投運(yùn)情況下開(kāi)主給水電動(dòng)門(mén) ,由于三沖 量系統(tǒng)抗內(nèi)擾能力比單沖量系統(tǒng)強(qiáng)得多 ,所以調(diào)節(jié)質(zhì)量能得到保證 .230%A%負(fù)荷階段采用電動(dòng)泵控制給水量 .此時(shí)系統(tǒng)為三沖量電動(dòng)泵調(diào) 節(jié),3PI（3E電動(dòng)副調(diào)節(jié)器）不再跟蹤 4PI（ 1E

48、）地輸出，而是處于自動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài),通過(guò) 2AM 手/自動(dòng)操作器控制電動(dòng)泵轉(zhuǎn)速 .三沖量主調(diào)節(jié)器 1PI 在 0%30%負(fù)荷階段或手操階段一直跟蹤（G-D）信 號(hào)（G 為給水流量），從而防止三沖量系統(tǒng)投放自動(dòng)時(shí)副調(diào)節(jié)器積分飽和 （相當(dāng) 于副調(diào)節(jié)器地給定信號(hào)跟蹤給水流量 G）1PI 地輸出和蒸汽量前饋信號(hào)求和作為副調(diào)節(jié)器給定信號(hào),同時(shí)副調(diào)節(jié)器還接受給水流量反饋信號(hào) G.3D A%負(fù)荷時(shí)，開(kāi)始啟動(dòng)汽動(dòng)泵，完成汽動(dòng)泵和電動(dòng)泵地轉(zhuǎn)換之后，汽動(dòng)泵 取代電動(dòng)泵運(yùn)行 ,電動(dòng)泵通過(guò) T 地切換和 2AM 地跟蹤處于超馳全關(guān)狀態(tài) ,直到滿 負(fù)荷運(yùn)行 .此時(shí),2PI （3E 汽動(dòng)泵副調(diào)節(jié)器）處于自動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)，通過(guò) 1

49、AM 手/自動(dòng)操作 器控制汽動(dòng)轉(zhuǎn)速 ,同時(shí)可以進(jìn)行轉(zhuǎn)速顯示 .若執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障可發(fā)出邏輯信號(hào)使 泵切手動(dòng) .4在減負(fù)荷過(guò)程中控制順序與上述相反 ,同時(shí)各負(fù)荷地切換點(diǎn)考慮了 2%地 不靈敏區(qū) ,避免由于負(fù)荷波動(dòng)系統(tǒng)在切換處來(lái)回切換 .2.6.4 控制過(guò)程中地跟蹤與切換(1) 系統(tǒng)間地?zé)o擾切換 .當(dāng)負(fù)荷低于 30%MCR 時(shí)采用單沖量控制系統(tǒng) .此時(shí) 電動(dòng)泵三沖量副調(diào)節(jié)器 3PI 地輸出通過(guò)函數(shù)組件 F1 (X)以及切換開(kāi)關(guān) T2 一直 跟蹤單沖量調(diào)節(jié)器 4PI地輸出，當(dāng)蒸汽流量30%或電泵手動(dòng)時(shí) T2 切換,系統(tǒng)由 單沖量切換到三沖量是無(wú)擾動(dòng)地 .D30%時(shí)采用三沖量系統(tǒng).單沖量調(diào)節(jié)器 4PI

50、 通過(guò) T1 地常閉點(diǎn) NC 跟蹤三 沖量電動(dòng)泵副調(diào)節(jié)器 3PI 地輸出 ,便于系統(tǒng)由三沖量切換到單沖量時(shí) 4PI 地輸出 迅速跟蹤三沖量地前一時(shí)刻值 ,所以由三沖量切換到單沖量也是無(wú)擾地 .10( 2)閥門(mén)和泵地運(yùn)行及切換 .低負(fù)荷時(shí)采用旁路閥調(diào)節(jié) ,高負(fù)荷時(shí)采用改變 泵地轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)，兩者地?zé)o擾切換是通過(guò)函數(shù)組件F1 (X )切換開(kāi)關(guān) T2 及 3PI地跟蹤實(shí)現(xiàn)地因?yàn)?F1 (X)產(chǎn)生連續(xù)函數(shù),而 3PI 通過(guò) T2 地 NC 點(diǎn)跟蹤 F1(X)地輸出，但當(dāng)閥門(mén)開(kāi)足時(shí)才開(kāi)始調(diào)泵地轉(zhuǎn)速，所以由調(diào)閥到調(diào)泵地切換是無(wú) 擾地 .(3) 電動(dòng)泵與汽動(dòng)泵地切換 .以電動(dòng)泵運(yùn)行 ,汽動(dòng)泵取代電動(dòng)泵為例 .

51、1正常倒換 電動(dòng)泵操作器處在自動(dòng)位置 ,汽動(dòng)泵操作處在手動(dòng)位置 . 把汽動(dòng)泵地操作器調(diào)至最低轉(zhuǎn)速時(shí)啟動(dòng)汽動(dòng)泵 ,然后再慢慢升速 .電動(dòng)泵會(huì)由于調(diào)節(jié)系統(tǒng)地調(diào)節(jié)作用而自動(dòng)降低 ,待兩泵出口流量相同時(shí) ,把汽動(dòng)泵操作器投自 動(dòng),電動(dòng)泵操作器切手動(dòng) ,并慢慢把電動(dòng)泵降至最低轉(zhuǎn)速后停泵 ,這樣切換擾動(dòng)量 最小.2兩泵操作器均處于手動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行泵地切換時(shí) ,兩泵轉(zhuǎn)速及水量由運(yùn)行人員控制.(4) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)地手、自動(dòng)切換旁路閥門(mén)手動(dòng)時(shí) T1 切至 NO,單沖量調(diào)節(jié)器 4PI 跟蹤旁路閥操作器 3AM 地輸出，保證切換回手動(dòng)時(shí)無(wú)擾地.汽動(dòng)泵手動(dòng)時(shí) ,汽動(dòng)泵三沖量副調(diào)節(jié)器 2PI 地輸出跟蹤 ,汽動(dòng)泵操作器 1AM

52、 地輸出,所以汽動(dòng)泵調(diào)節(jié)切回自動(dòng)時(shí)是無(wú)擾地 .電動(dòng)泵手動(dòng)時(shí)分兩種情況：1D30%時(shí)，采用三沖量系統(tǒng)，電動(dòng)泵手動(dòng)時(shí) T2 至 NO 點(diǎn)，電動(dòng)泵副調(diào)節(jié)器 3PI 地輸出，跟蹤 2AM 地輸出，保證由于手動(dòng)切換自動(dòng)時(shí)是無(wú)擾地.2.6.5 邏輯信號(hào)地形成(1) 1PI 跟蹤信號(hào)：當(dāng)蒸汽量30%或汽泵、電泵均手動(dòng)（2）2PI 跟蹤信號(hào)：當(dāng)蒸汽量 30%或旁路閥手動(dòng)但未開(kāi)到最大或蒸汽量30%或電泵手動(dòng).（9）3PI 跟蹤信號(hào)：蒸汽量30%.（11） 2AM 跟蹤：電泵跳 .2.7 給水 RB 分析2.7.1 給水泵 RB 地定義機(jī)組在較高負(fù)荷下運(yùn)行時(shí) ,兩臺(tái)運(yùn)行中地給水泵任一臺(tái)跳閘 ,備用給水泵不能 快速

53、投入時(shí) ,應(yīng)啟動(dòng) RB 系統(tǒng)快減負(fù)荷 ,使機(jī)組度過(guò)最嚴(yán)峻地 “變工況 ”而重新穩(wěn)定 運(yùn)行 ,我們稱這一過(guò)程為給水泵地 RB.2.7.2 給水泵 RB 過(guò)程給水泵 RB 過(guò)程中,變化最劇烈且最重要地參數(shù)是汽包水位、主汽流量 （負(fù)荷 ） 及給水流量 ,其變化過(guò)程如圖 2.15 所示.圖 2.15 汽包水位、主汽流量及給水流量變化過(guò)程注：圖中 ACMF 蒸汽流量線。ABEDCG 給水流量線。RPN 汽包水位 線當(dāng)機(jī)組發(fā)生給水泵 RB 工況時(shí) ,即運(yùn)行中地某臺(tái)給水泵突然跳閘 ,給水流量隨 即快速下降 .保證物質(zhì)平衡地方法可是：快速啟動(dòng)備用地電動(dòng)給水泵上水.對(duì)于采用 2X50%汽泵+1X50%電泵（備用

54、）地配置地鍋爐，其中一臺(tái)汽動(dòng)泵突然跳閘，電 泵緊急自啟地切換在帶正常負(fù)荷時(shí) ,電泵地自動(dòng)回路時(shí)刻跟蹤運(yùn)行地汽動(dòng)給水泵 地出力 ,并使電泵勺管開(kāi)度維持電泵在此出力下地勺管位置,作好電泵自啟準(zhǔn)備 .自動(dòng)系統(tǒng)只要接受到氣泵跳閘信號(hào) ,激活電泵自啟功能 ,維持汽包水位穩(wěn)定運(yùn)行 . 另外,考慮到一臺(tái)汽泵跳閘后 ,電泵有可能因故障不能自起 ,因而在機(jī)組快速減負(fù) 荷回路（RUNBACK 功能）中,只要接受到一臺(tái)汽泵跳閘 ,而電泵又不能自起 ,激活 RUNBACK 功能使機(jī)組負(fù)荷指令快速降到一臺(tái)汽泵地出力 ,通過(guò)保證給水地 可靠性,來(lái)達(dá)到提高整個(gè)機(jī)組地安全性 .一般地,電動(dòng)給水泵能在 40 s 內(nèi)完成啟動(dòng) 至

55、帶滿負(fù)荷過(guò)程 .也就是說(shuō)在 40 s 后,給水流量已可以大于鍋爐地蒸發(fā)量 ,鍋爐自然不會(huì)因缺水而 MFT,使給水全程控制實(shí)現(xiàn)更容易.2.7.3 給水泵 RB 邏輯分析圖 2.16 給水泵 RB 邏輯圖如圖 2.16 所示 ,當(dāng)一臺(tái)汽動(dòng)泵故障時(shí) ,備用地電動(dòng)泵立即啟動(dòng)；電動(dòng)泵也可 以通過(guò)遠(yuǎn)方人為控制啟動(dòng) .一旦電動(dòng)泵也故障不能及時(shí)啟動(dòng) ,立即退出給水全程控 制 ,同時(shí)還引入了負(fù)荷信號(hào) ,防止兩臺(tái)汽動(dòng)泵無(wú)故障正常運(yùn)行沒(méi)有電動(dòng)泵啟動(dòng)信號(hào) 時(shí)造成誤操作而退出給水全程控制系統(tǒng) .3 3 汽包水位控制系統(tǒng)地 M M ATLABATLAB 仿真根據(jù)三沖量串級(jí)給水控制系統(tǒng)地工作原理 , 整定系統(tǒng)控制參數(shù) ,

56、設(shè)計(jì) Simulink 系統(tǒng)仿真模型 , 在MATLAB 環(huán)境中進(jìn)行控制系統(tǒng)模擬仿真 .3. 1 控制系統(tǒng)地分析和整定1) 內(nèi)回路地分析和整定根據(jù)串級(jí)控制系統(tǒng)地分析整定方法 , 應(yīng)將內(nèi)回路處理為具有近似比例特性地 快速隨動(dòng)系統(tǒng) , 以使內(nèi)回路具有快速消除內(nèi)擾及快速跟蹤蒸汽流量地能力 .用試 探地方法選擇副調(diào)節(jié)器地比例帶 , 以保證內(nèi)回路不振蕩為原則 .在試探時(shí), 給水流 量反饋裝置地傳遞函數(shù)可設(shè)置為任意數(shù)值 , 以得到滿意地比例帶值 .如果傳遞函 數(shù)以后需要改變 , 則應(yīng)相應(yīng)地改變比例帶值 , 使傳遞函數(shù)與比例帶地比值保持為 試探時(shí)地值 , 以保證內(nèi)回路地穩(wěn)定性 .2) 主回路地分析和整定在主

57、回路中 , 如果把內(nèi)回路近似看作為比例環(huán)節(jié) , 則主回路等效為一個(gè)單回 路控制系統(tǒng) .如果以給水流量作為被控對(duì)象地輸入信號(hào) , 水位變送單元地輸出為 輸出信號(hào) , 可以把主調(diào)節(jié)器與內(nèi)回路兩者看作等效主調(diào)節(jié)器 .主回路仍按單回路 系統(tǒng)地整定方法整定 , 如通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法求取主回路被控對(duì)象地階躍響應(yīng)曲線 , 并 由曲線求得等效調(diào)節(jié)器地整定參數(shù) .3) 蒸汽流量前饋裝置傳遞函數(shù)地選擇 三沖量串級(jí)給水控制系統(tǒng)中地水位偏差完全由主調(diào)節(jié)器來(lái)校正 , 不要求送到 副調(diào)節(jié)器地蒸汽流量信號(hào)等于給水流量信號(hào) .因此, 前饋裝置地傳遞函數(shù)選擇將 不受靜態(tài)特性無(wú)差條件地限制 , 而可根據(jù)鍋爐 “虛假水位 ”地嚴(yán)重程度來(lái)

58、確定 .通 常使蒸汽流量信號(hào)大于給水流量信號(hào) , 從而改善負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)控制過(guò)程地質(zhì)量 , 縮短控制過(guò)程地時(shí)間 .為了獲得滿意地調(diào)節(jié)效果 , 選擇合適地 調(diào)節(jié)器參數(shù) , 選取地參數(shù)為 : 主調(diào)節(jié)器 Tp = 0. 9, Ti= 0. 08,Td= 0. 2。 副調(diào)節(jié)器 T p= 4, T i= 0. 005, T d= 0. 1.3. 2 汽包水位控制系統(tǒng) Simulink 模型設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)系統(tǒng)分析和整定 , 合理選取系統(tǒng)地調(diào)節(jié)參數(shù) , 經(jīng)過(guò)擬定后地三沖量串級(jí) 汽包水位控制系統(tǒng)仿真模型如圖 3 所示.圖 3 汽包水位控制系統(tǒng) Simulink 設(shè)計(jì)圖3. 3 汽包水位控制系統(tǒng)仿真設(shè)定汽包水位地高度為

59、2, 通過(guò)仿真 , 得到地鍋爐汽包水位控制曲線如圖 4 所示。 在系統(tǒng)運(yùn)行到600 s 時(shí), 給系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)階躍擾動(dòng) , 得到鍋爐汽包水位控制曲線 , 如圖 5 所示.從圖 4 可知 , 一旦設(shè)定了鍋爐汽包水位高度 , 三沖量串級(jí)汽包水位控制系統(tǒng)能做出快速 反應(yīng)并到達(dá)平穩(wěn)狀態(tài) , 維持汽包水位地穩(wěn)定 。 從圖 5 可知, 對(duì)影響因素地干擾使三沖量串級(jí) 汽包水位控制系統(tǒng)也能快速調(diào)整 ,達(dá)到穩(wěn)定平衡狀態(tài) .結(jié)論1.由以上分析可以看出此 300MW 機(jī)組給水全程控制系統(tǒng)能滿足從啟動(dòng)到額 定負(fù)荷和從額定負(fù)荷到停爐全過(guò)程地給水控制 ,是一個(gè)給水全程控制系統(tǒng) .2.這個(gè)系統(tǒng)地總體方案是低負(fù)荷時(shí)控制閥門(mén)開(kāi)度

60、改變給水量,同時(shí)保證泵地最低轉(zhuǎn)速 .高負(fù)荷時(shí)改變泵地轉(zhuǎn)速來(lái)改變給水量 ,控制水位 ,能減少節(jié)流損失 ,充分 發(fā)揮給水調(diào)節(jié)泵地經(jīng)濟(jì)效益 .3.單沖量時(shí)采用變參數(shù)調(diào)節(jié)器 ,并通過(guò)函數(shù)組件 F1（X ）滿足旁路閥全開(kāi) 后再調(diào)泵地轉(zhuǎn)速方案 ,從而泵在最低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)間最大 ,經(jīng)濟(jì)效益最佳 .4.該系統(tǒng)測(cè)量信號(hào)采用 “三選一 ”方案 ,系統(tǒng)切換及邏輯報(bào)警線路設(shè)計(jì)合理全 面 ,具有較高地可靠性 .整個(gè)系統(tǒng)地構(gòu)成從理論上講是比較合理和完善地 , 各控制子系統(tǒng)地分工也較 合理 , 系統(tǒng)工作方式地切換和其它地一些功能試用確實(shí)可行.但上述系統(tǒng)采用一臺(tái) 50%MCR 地電動(dòng)泵和一臺(tái) 100%MCR 地汽動(dòng)泵 , 當(dāng)