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、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)：090204011101學(xué) 部 （系）： 機(jī)械與電氣工程學(xué)部 專 業(yè) 年 級(jí)： 09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)電廠非常重要的控制子系統(tǒng)，穩(wěn)定的汽包水位是汽包鍋爐安全運(yùn)行的重要指標(biāo)?；痣姀S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)的影響：不同負(fù)荷階段，給水設(shè)備不同，又需要采取不同的控制方式。目前使用的火電廠給水控

2、制系統(tǒng)存在著各自的不足之處，往往難以滿足火電機(jī)組復(fù)雜工況的要求。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)象的動(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)合的汽包水位控制系統(tǒng)，低負(fù)荷時(shí)通過改變旁路調(diào)節(jié)閥的開度來(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的準(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，又有良好的調(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)

3、The Design Of Boiler Feedwater Control System Of The 300MW Thermal Power UnitAbstractFeedwater Control System is one of the most important control system in a thermal Power plant . Stabilization of the drum level is one of essential parameter which indicated safe operation of the drum boiler. Drum l

4、evel is affected by the unit load, press and temperature of the drum, feedwater flux and etc. Because of using different equipment at different stages, it should apply different control methods. The effect of full range feed-water control system does not often be satisfied when power unit is in diff

5、icult situation because of its imperfect. In order to maintain the level of the drum water in requested value, Basing on analysis of feed-water character firstly, this system adopts timing which is moved by steam and electromotion-timing pump and adjusting valve. It utilizes bypass valves to regulat

6、e the feed-water and uses single impulse to control the level of drum in lower load. At the high load condition, change the rotating speed of steam or electricity feed water pumps to ensure the water level of the drum, using three impulse to control the level of drum .The level of steam and feed-wat

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

8、ng economics. It also have nice regulate performance and circulating economy.Keywords: Boiler feed-water control; Three-element control system; Single-element control system目 錄摘 要IABSTRACTII1緒論11.1課題背景及其意義11.2鍋爐給水控制系統(tǒng)的發(fā)展和現(xiàn)狀11.2.1西門子公司全程給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案6-821.2.2 ABB貝利公司全程給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案9,1041.2.3 FOXBORO公司全程給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方

9、案11-1352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)的概念1482.2給水全程自動(dòng)控制系統(tǒng)的任務(wù)1582.3給水全程自動(dòng)控制系統(tǒng)的要求15,382.4給水控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性15-1792.4.1 給水量擾動(dòng)下水位變化的動(dòng)態(tài)特性102.4.2 蒸汽流量擾動(dòng)下水位變化的動(dòng)態(tài)特性102.4.3 爐膛熱負(fù)荷擾動(dòng)下水位變化的動(dòng)態(tài)特性112.5給水全程控制的基本方案15-18122.5.1 單沖量給水控制系統(tǒng)122.5.2 單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)132.5.3 串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)142.6 300MW機(jī)組全程給水自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析15152.6.1 信號(hào)測(cè)量156.2 給水控制系

10、統(tǒng)結(jié)構(gòu)162.6.3 系統(tǒng)工作原理162.6.4 控制過程中的跟蹤與切換172.6.5 邏輯信號(hào)的形成182.7給水RB分析182.7.1給水泵RB的定義182.7.2給水泵RB過程182.7.3給水泵RB邏輯分析193 汽包水位控制系統(tǒng)的M ATLAB 仿真203. 1 控制系統(tǒng)的分析和整定203. 2 汽包水位控制系統(tǒng)Simulink 模型設(shè)計(jì)203. 3 汽包水位控制系統(tǒng)仿真21結(jié)論23參考文獻(xiàn)24致 謝251緒論1.1課題背景及其意義隨著電力需求的增長(zhǎng)，我國(guó)的火力發(fā)電開始向建設(shè)大容量、高參數(shù)的大型機(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)展的需要，同時(shí)可使基建投資下降、

11、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)最近幾年新建的300MW，600MW火電機(jī)組基本上都采用國(guó)內(nèi)外最先進(jìn)的分散控制系統(tǒng)（DCS），對(duì)全廠各個(gè)生產(chǎn)過程進(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的運(yùn)行參數(shù)，同時(shí)它還是衡量鍋爐汽水系統(tǒng)是否平衡的標(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)行的必要條件。水位過高會(huì)影響汽水分離器的正常運(yùn)行，蒸汽品質(zhì)變壞，使過熱器管壁和汽輪機(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

12、控制一直受到很高的重視。另一方面，隨著鍋爐參數(shù)的提高和容量的增大，汽包的相對(duì)容積減小，負(fù)荷變化和其它擾動(dòng)對(duì)水位的影響將相對(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)提出了更高的要求。但是，由于給水系統(tǒng)的復(fù)雜性，真正能實(shí)現(xiàn)全程給水控制的火電機(jī)組還很少2。因此，對(duì)全程給水控制系統(tǒng)進(jìn)行全面的學(xué)習(xí)和掌握，是本文的重點(diǎn)內(nèi)容。全程給水控制在控制汽包水位滿足要求過程中發(fā)揮著不可估量的作用，沒有一個(gè)好的給水全程控制系統(tǒng)，不但不能滿足水位控制的要求、降低經(jīng)濟(jì)效益，有時(shí)甚至?xí)?lái)災(zāi)難性的后果。因此，對(duì)給水全程控制系統(tǒng)的研究，在電力生產(chǎn)過程中有著重大的作用。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)”的市場(chǎng)改

13、革，同時(shí)電網(wǎng)要求各大型機(jī)組的負(fù)荷能夠接受電網(wǎng)調(diào)度直接遙調(diào)（AGC），這些對(duì)機(jī)組的運(yùn)行提出了更高的要求。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)意義的課題。1.2鍋爐給水控制系統(tǒng)的發(fā)展和現(xiàn)狀現(xiàn)在隨著單元機(jī)組容量的增大和參數(shù)的提高，機(jī)組在啟停過程中需要監(jiān)視和控制的項(xiàng)目越來(lái)越多，因此，為了機(jī)組的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，必須實(shí)現(xiàn)鍋爐給水從機(jī)組的啟停到正常運(yùn)行，又到停爐冷卻全部過程均能實(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)象的動(dòng)態(tài)特性是不同的，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)維持水位恒定的要求又不高，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)合的

14、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)重的“虛假水位”現(xiàn)象，為了保證給水系統(tǒng)的安全可靠，高負(fù)荷時(shí)大多采用串級(jí)三沖量控制系統(tǒng)3-5。西門子公司全程給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案6-8西門子公司設(shè)計(jì)的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)： 給水壓力測(cè)量信號(hào)是根據(jù)三臺(tái)給水泵出口壓力的最大

15、值與給水母管壓力經(jīng)小選及一階慣性環(huán)節(jié)濾波后的輸出。這樣設(shè)計(jì)的目的主要是為了在冷態(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)的被調(diào)量為給水母管壓力測(cè)量信號(hào)，啟動(dòng)調(diào)節(jié)閥開度的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的最大值作為啟動(dòng)閥控制系統(tǒng)的被調(diào)量，這樣在給水泵升壓過程中，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)過程中安全運(yùn)行： 為了保證鍋爐正常供水及給水泵的安全運(yùn)行，

16、給水壓力設(shè)定值是根據(jù)四個(gè)信號(hào)中的最大值所決定的。 該系統(tǒng)引入了給水泵轉(zhuǎn)速控制偏差信號(hào)的微分前饋。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)，該前饋信號(hào)增大，使給水啟動(dòng)閥開大，以協(xié)助轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)增加給水流量。 系統(tǒng)根據(jù)給水泵出口至省煤器入口之間差壓值的大小，形成一個(gè)鍋爐給水啟動(dòng)閥開度校正系數(shù)。該差壓越大，表明給水流量越大，此時(shí)給水啟動(dòng)閥開度校正系數(shù)減小，啟動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)的開環(huán)增益下降，給水啟動(dòng)調(diào)整閥門開度的動(dòng)作快慢，是給水流量在滿足要求的條件下盡可能穩(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

17、單/三沖量信號(hào)形成及它們的切換回路、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)中引入了汽包壓力的負(fù)微分前饋和蒸汽流量的微分前饋。運(yùn)行過程中，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)引起汽包壓力的變化。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)的影響?？梢?，該系統(tǒng)的設(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，值得指出的是，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，而降低的水位信號(hào)又會(huì)要求給水流量增加。這兩個(gè)相反

18、的控制信號(hào)作用到PI調(diào)解器上，如果參數(shù)整定不合適，將使給水泵的轉(zhuǎn)速造成大的變化而引起汽包水位波動(dòng)。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)的給水控制系統(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。這與西門子公司的設(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的狀態(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的輸入，以汽包系統(tǒng)的物質(zhì)平衡和能量平衡為調(diào)

19、節(jié)目標(biāo)的控制方式。兩臺(tái)汽動(dòng)給水泵具有多輸出系統(tǒng)功能。經(jīng)過串級(jí)PID調(diào)節(jié)輸出的給水控制指令，平均分配后送至汽動(dòng)給水泵控制回路，調(diào)節(jié)汽動(dòng)給水泵的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)給水流量。其控制回路如圖1.4所示。 FOXBORO公司全程給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案11-13FOXBORO公司設(shè)計(jì)的給水控制系統(tǒng)與ABB貝利公司設(shè)計(jì)的又有所不同。該公司設(shè)計(jì)的給水控制系統(tǒng)也是在啟動(dòng)和低負(fù)荷時(shí)，通過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采用同時(shí)調(diào)節(jié)電動(dòng)給水泵轉(zhuǎn)速和給水旁路閥的開度來(lái)調(diào)節(jié)給水流量。

20、對(duì)給水壓力沒有設(shè)計(jì)專門的控制回路，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，沒有做出明確的分工。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)置的水位給定值信號(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。通過切換器輸出的給水流量指令進(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，以控制旁路閥的開度和電動(dòng)泵的轉(zhuǎn)速。此控制設(shè)計(jì)對(duì)給水旁路閥和電動(dòng)給水泵的協(xié)調(diào)配合要求較高，合理的指令分配系數(shù)是控制效果好壞的主要因素之一。在高負(fù)荷階段的給水控制策略與ABB公司的設(shè)計(jì)方案基本相似，如圖1.6所示。其區(qū)別主要在于：在串

21、級(jí)PID調(diào)節(jié)輸出的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)純積分的控制回路。采用起平衡放大器作用的純積分塊和起平均作用的運(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)器的遠(yuǎn)方給定，兩臺(tái)汽動(dòng)給水泵的實(shí)際輸出指令之和的平均值作為純積分調(diào)節(jié)器的測(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)解器的作用是可調(diào)其輸出，使串級(jí)三沖量副調(diào)的輸出自動(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)組的給水控制基本上還是采用經(jīng)典的PID控制算法。不同的控制公司在給水控制策略的設(shè)計(jì)上雖然各有特點(diǎn)，各有差異，但基本上還是遵循

22、了單沖量和三沖量控制相結(jié)合的控制模式，采用的也基本上是調(diào)閥和調(diào)泵相結(jié)合的控制方法。雖然從理論上講，現(xiàn)有的控制方法應(yīng)該可以實(shí)現(xiàn)機(jī)組的全程給水自動(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)的魯棒性較差，適應(yīng)異常工況的能力和出現(xiàn)設(shè)備故障情況時(shí)的自調(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的問題。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)的概念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程中都是自動(dòng)控制的，即能在控制設(shè)備正常的條件下，不需要操作人員的干涉，就能保持汽包水位在允許的范圍內(nèi)。因?yàn)殡S著發(fā)電機(jī)組容量和參數(shù)的不

23、斷提高，機(jī)組的控制與運(yùn)行管理變的越來(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)組的啟停次數(shù)也增加了。機(jī)組在啟停過程中，需要監(jiān)視的參數(shù)多，而且操作控制的項(xiàng)目也大大增加。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)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，保證機(jī)組的安全運(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的自動(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)控制系統(tǒng)的任務(wù)15汽包鍋爐給水控制的任務(wù)是使給水量適應(yīng)鍋爐蒸發(fā)量，并使汽包中的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)行的重要

24、因素，水位過高，會(huì)破壞汽水分離裝置的正常工作，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致蒸汽帶水增多，從而增加在過熱器管壁上和汽輪機(jī)葉片上的結(jié)垢，甚至使汽輪機(jī)發(fā)生水沖擊而損壞葉片；水位過低，則會(huì)破壞水循環(huán)，引起水冷壁的破裂。正常運(yùn)行時(shí)的水位波動(dòng)范圍：±（30-50）mm異常情況：±200mm事故情況 ：±350mm保持穩(wěn)定的給水量。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)省煤器和給水管道的安全運(yùn)行不利。2.3給水全程自動(dòng)控制系統(tǒng)的要求15,3給水全程自動(dòng)控制比常規(guī)給水控制要復(fù)雜的多，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)閥門的開度，但由于在大型機(jī)組

25、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)的要求，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)出不同的對(duì)象特征，要求控制系統(tǒng)能適應(yīng)這種特性，隨著負(fù)荷的增長(zhǎng)和下降，系統(tǒng)要從單沖量過渡到三沖量系統(tǒng)，或從三沖量過渡單沖量系統(tǒng)，由此產(chǎn)生了系統(tǒng)的切換問題，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)的工作范圍較寬，對(duì)各個(gè)信號(hào)的準(zhǔn)確測(cè)量提出了更嚴(yán)格的要求，例如，在高低負(fù)荷不同的情況下，給水流量的數(shù)值相差很大，必須采用不同的孔板測(cè)量，這樣就產(chǎn)生了給水流量測(cè)量裝置切換的問題。在各種調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的工作過程中，給水全程控制系統(tǒng)都必須保證無(wú)干

26、擾，隨著負(fù)荷大小的變化，需要不同的調(diào)節(jié)閥門調(diào)節(jié)給水，這就要求解決切換問題，在低負(fù)荷時(shí)采用改變閥門的開放來(lái)保持泵的出口壓力，高負(fù)荷時(shí)采用改變調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速來(lái)保持水位，這又產(chǎn)生了閥門與調(diào)速泵間的切換問題。點(diǎn)火后升溫升壓過程中，由于鍋爐沒有輸出蒸汽量、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，就需要用開啟閥門的方法（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)的安全可靠性，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)象的動(dòng)態(tài)特性15-17汽包鍋爐給水自動(dòng)控制的任務(wù)是維持汽包水位在一定范圍內(nèi)變化

27、。汽包鍋爐給水控制對(duì)象的結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。汽包水位是由汽包中的貯水量和水面下的汽包容積所決定的，因此凡是引起汽包中貯水量變化和水面下的汽泡容積變化的各種因素都是給水控制對(duì)象的擾動(dòng)。其中主要的擾動(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)作為控制汽包水位的手段，即采用給水流量作為汽包水位控制系統(tǒng)的控制變量。蒸汽流量和爐膛熱負(fù)荷的擾動(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)下的水位變化的動(dòng)態(tài)特性。 給水量擾動(dòng)下水位變化的動(dòng)態(tài)特性給水量的擾動(dòng)是給水自動(dòng)控制系統(tǒng)中影響汽包水位的主要擾動(dòng)之一，

28、因?yàn)樗莵?lái)自控制側(cè)的擾動(dòng)，又稱內(nèi)擾。在給水量擾動(dòng)下水位變化的階躍響應(yīng)曲線如圖2.2所示。圖中H1為不考慮水下面蒸汽蒸發(fā)面以下的蒸汽容積變化的響應(yīng)曲線，這個(gè)水位變化是由于水和汽的物質(zhì)不平衡引起的。虛線H2為給水過冷度所引起的水位變化曲線（即給水溫度低于汽包內(nèi)飽和水溫度），給水的過冷度越大，H2的變化幅度越大。H為水位受到給水階躍擾動(dòng)后的實(shí)際響應(yīng)曲線，可以認(rèn)為是由H1和H2合成的。由H曲線可以清楚地看出給水被控對(duì)象的特點(diǎn)是：給水?dāng)_動(dòng)剛剛加入時(shí)，由于給水過冷度的影響，水位變化很慢，經(jīng)過一段時(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

29、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曲線的直線段與時(shí)間軸的交點(diǎn)為A，與縱坐標(biāo)的交點(diǎn)為B，則： 大小與鍋爐省煤器的構(gòu)造形式及鍋爐容量的大小有關(guān)。對(duì)于300MW非沸騰爐應(yīng)為30s到100s之間。水位在給水?dāng)_動(dòng)下的傳遞函數(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)的形式。 蒸汽流量擾動(dòng)下水位變化的動(dòng)態(tài)特性蒸汽流量擾動(dòng)主要來(lái)自汽輪發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷變化，屬于外部擾動(dòng)，這是一個(gè)經(jīng)常發(fā)生的擾動(dòng)。在蒸汽流量發(fā)生擾動(dòng)的情況下，水位的階躍響應(yīng)曲線如圖2.3所示。汽輪機(jī)的用汽量突然增加（假定鍋爐供熱量及時(shí)跟上）時(shí)，鍋爐的蒸發(fā)量大于給水量，從汽包的儲(chǔ)水量來(lái)看，

30、水位變化應(yīng)如圖中H1所示。但是，當(dāng)鍋爐的蒸發(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)際顯示出的水位響應(yīng)曲線如H所示。從圖上可以看出，當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，雖然汽包的進(jìn)水量小于蒸發(fā)量，但是在一開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)汽包的容積已與負(fù)荷相適應(yīng)而達(dá)到穩(wěn)定后，水位就主要隨物質(zhì)不平衡的關(guān)系而下降。蒸汽流量擾動(dòng)時(shí)，水位變化的動(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所示的蒸發(fā)量擾動(dòng)下的水位階躍響應(yīng)曲線只是定性地表明水位變化的特點(diǎn)，實(shí)際進(jìn)行動(dòng)態(tài)試驗(yàn)時(shí)是很難造成蒸汽流量階躍擾動(dòng)的。如果只改變用汽量，就會(huì)引起汽壓的變

31、化，這時(shí)“虛假水位”會(huì)更嚴(yán)重些。 爐膛熱負(fù)荷擾動(dòng)下水位變化的動(dòng)態(tài)特性此處的爐膛熱負(fù)荷擾動(dòng)即是指燃燒率M的擾動(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)氣門開度不變，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，蒸汽流量增加的時(shí)候汽壓也增大了，因而使汽泡體積的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

32、增加的同時(shí)，汽壓P也增加，使汽泡體積增加較少，從而使水位上升較少；另一方面，由于蒸發(fā)量隨燃料量的增加有慣性和時(shí)滯，這就導(dǎo)致較大。2.5給水全程控制的基本方案15-18 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)維持水位恒定的要求不高，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)的基本原理如圖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)器的反饋控制系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)中，水位信號(hào)經(jīng)過平衡容器轉(zhuǎn)換成差壓、再經(jīng)差壓變送器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)Ih。假設(shè)由于某種原因使汽包水位發(fā)生變化，如水位h下降時(shí)，則差

33、壓增加（這是雙室平衡容器的特性），Ih增大，Ih大于其給定值Ih0，調(diào)節(jié)器（一般為比例積分調(diào)節(jié)器）的輸入偏差大于零，調(diào)節(jié)器的輸出It增加，閥門開度增大，給水流量增加，水位h回升，差壓減小，Ih減小，使調(diào)節(jié)器的輸入偏差減小。當(dāng)偏差逐漸消失時(shí)，調(diào)節(jié)器的輸出便不在變化，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”明顯的水位現(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，正確的控制作用應(yīng)及時(shí)增加給水流量。但是由于“虛假水位”的存在使水位不是下降而是上升。于是下降，調(diào)節(jié)器輸入偏差小于零，It下降，閥門開度減小，W減少，使本來(lái)已有的流量不平

34、衡進(jìn)一步擴(kuò)大了。不難想象，虛假水位過后緊接著的是水位急劇下降。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)擾通道有較大的遲延，調(diào)節(jié)效果不能及時(shí)反映出來(lái)。這就是說，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來(lái)大于蒸汽流量，加劇了系統(tǒng)的震蕩，延長(zhǎng)了調(diào)節(jié)過程的時(shí)間，甚至不能滿足生產(chǎn)過程的要求。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，可用于內(nèi)擾遲延小，外擾時(shí)“虛假水位”不嚴(yán)重的小型鍋爐，也可用于大型機(jī)組的低負(fù)荷階段的給水控制中。這是因?yàn)樵诘拓?fù)荷階段由于

35、鍋爐疏水和排污等因素的影響，使給水流量和蒸汽流量存在著嚴(yán)重的不平衡，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。 單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)單級(jí)三沖量控制系統(tǒng)的基本結(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Ih、汽包水位定Ih0、蒸汽流量信號(hào)Id和給水流量信號(hào)Iw。調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號(hào)為 e=Ih-Ih0+Id-Iw在平衡狀態(tài)下，汽包水位h等于水位給定值h0、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)的引入是為了克服虛假水位引起的調(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

36、的影響，使水位上升，下降，這將使調(diào)節(jié)器的輸入偏差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)器輸入端的前饋信號(hào)也增加了。的作用是要增加給水流量。顯然，如果的大小整定得當(dāng)，就可抵消虛假水位的影響。給水流量的引入可以克服給水流量?jī)?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)擾通道的遲延，水位不能立即上升，但增加了，這使調(diào)節(jié)器的輸入偏差e變?yōu)樨?fù)值，調(diào)節(jié)器的輸出使閥門開度變小，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)水位的影響。這個(gè)克服給水流量?jī)?nèi)擾的控制過程是在給水流量變送器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器、調(diào)節(jié)閥組成的閉合回路中進(jìn)行的，該回路稱為內(nèi)回路，或局部反饋回路

37、。因?yàn)閮?nèi)回路不包括有遲延的水位對(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)形成的閉合回路是給水控制系統(tǒng)的主回路，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)器的輸入偏差發(fā)生變化，從而改變調(diào)節(jié)器的輸出，改變調(diào)節(jié)閥的開度，改變給水流量，使水位朝著減小和消除被調(diào)量偏差的方向變化。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的蒸汽流量信號(hào)（前饋信號(hào)）和用于抑制給水內(nèi)擾的給水流量信號(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)，通過前饋控制作用

38、，可及時(shí)改變給水流量，力圖維持進(jìn)出鍋爐內(nèi)的物質(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的影響。有利于減少汽包水位的波動(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的測(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

39、由于檢測(cè)、變送設(shè)備的誤差等等因素的影響，蒸汽流量和給水流量這兩個(gè)信號(hào)的檢測(cè)值在穩(wěn)態(tài)時(shí)難以作到完全相等，而且前饋信號(hào)的大小還應(yīng)按盡可能克服虛假水位的影響來(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)難以兼顧較多的因素，所以，在目前已較少采用單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)。12 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)的基本結(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)定的必要條件是=，故系統(tǒng)能實(shí)

40、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)的物質(zhì)平衡，由此構(gòu)成的是一個(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)節(jié)閥組成的閉合回路，由于內(nèi)回路不包括遲延較大的水位對(duì)象，副調(diào)節(jié)器的比例積分作用可以整定的很強(qiáng)。當(dāng)給水流量?jī)?nèi)擾時(shí)，通過內(nèi)回路的作用可以迅速消除；當(dāng)蒸汽流量外擾時(shí)，通過內(nèi)回路的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)器的任務(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

41、高，是現(xiàn)場(chǎng)廣泛采用的給水控制系統(tǒng)。2.6 300MW機(jī)組全程給水自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析15 信號(hào)測(cè)量（1）汽包水位。三個(gè)汽包水位檢測(cè)信號(hào)首先分別通過壓力補(bǔ)償，然后通過“選擇邏輯通道”，選擇恰當(dāng)?shù)闹底鳛樽罱K的汽包水位信號(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)量值加上過熱器、級(jí)噴水減溫器的減溫水流量測(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

42、 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。 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)通過調(diào)節(jié)給水旁路閥開度來(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）的輸入為水位測(cè)量值H和給定值Ho的偏差，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。三沖量電

43、動(dòng)泵的副調(diào)節(jié)器（3PI）處于自動(dòng)跟蹤狀態(tài)，通過切換開關(guān)T2的NC點(diǎn)使3PI的輸出跟蹤函數(shù)發(fā)生器F1（X）的輸出，再通過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，只能提高給水泵轉(zhuǎn)速來(lái)滿足給水量的增加，T2仍接NC，F(xiàn)1（X）的輸出值隨調(diào)節(jié)信號(hào)變化，通過3PI的自動(dòng)跟蹤使調(diào)節(jié)信號(hào)控制電動(dòng)泵轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)由閥門控制到電動(dòng)泵轉(zhuǎn)速控制給水量的無(wú)擾過渡。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為變參數(shù)調(diào)節(jié)器。 （3）30%100%階段。此階段采用三沖量系統(tǒng)

44、調(diào)節(jié)給水泵轉(zhuǎn)速方案。這是調(diào)節(jié)系統(tǒng)的正常工況。給水旁路閥鎖定在全開位置不再關(guān)閉，以減少系統(tǒng)不必要的擾動(dòng)。負(fù)荷達(dá)W%，電動(dòng)泵轉(zhuǎn)速為時(shí)打開主給水電動(dòng)門。此時(shí)泵的轉(zhuǎn)速已提高，當(dāng)主給水電動(dòng)門打開以后，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)情況下開主給水電動(dòng)門，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。30%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）的輸出，而是處于自動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)，通過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

45、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)器的給定信號(hào)跟蹤給水流量G）1PI的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。DA%負(fù)荷時(shí)，開始啟動(dòng)汽動(dòng)泵，完成汽動(dòng)泵和電動(dòng)泵的轉(zhuǎn)換之后，汽動(dòng)泵取代電動(dòng)泵運(yùn)行，電動(dòng)泵通過T的切換和2AM的跟蹤處于超馳全關(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1AM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)。在減負(fù)荷過程中控制順序與上述相反，同時(shí)各負(fù)荷的切換點(diǎn)考慮了2%的不靈

46、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。 控制過程中的跟蹤與切換（1）系統(tǒng)間的無(wú)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的輸出通過函數(shù)組件F1（X）以及切換開關(guān)T2一直跟蹤單沖量調(diào)節(jié)器4PI的輸出，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)的。D30%時(shí)采用三沖量系統(tǒng)。單沖量調(diào)節(jié)器4PI通過T1的常閉點(diǎn)NC跟蹤三沖量電動(dòng)泵副調(diào)節(jié)器3PI的輸出，便于系統(tǒng)由三沖量切換到單沖量時(shí)4PI的輸出迅速跟蹤三沖量的前一時(shí)刻值，所以由三沖量切換到單沖量也是無(wú)擾的。10（2）閥門和泵的運(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

47、的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)，兩者的無(wú)擾切換是通過函數(shù)組件F1（X）切換開關(guān)T2及3PI的跟蹤實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)镕1（X）產(chǎn)生連續(xù)函數(shù)，而3PI通過T2的NC點(diǎn)跟蹤F1（X）的輸出，但當(dāng)閥門開足時(shí)才開始調(diào)泵的轉(zhuǎn)速，所以由調(diào)閥到調(diào)泵的切換是無(wú)擾的。（3）電動(dòng)泵與汽動(dòng)泵的切換。以電動(dòng)泵運(yùn)行，汽動(dòng)泵取代電動(dòng)泵為例。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)泵的操作器調(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)的調(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。兩泵操作器均處于手動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行泵的切換

48、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)的手、自動(dòng)切換。旁路閥門手動(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的輸出，保證切換回手動(dòng)時(shí)無(wú)擾的。汽動(dòng)泵手動(dòng)時(shí)，汽動(dòng)泵三沖量副調(diào)節(jié)器2PI的輸出跟蹤，汽動(dòng)泵操作器1AM的輸出，所以汽動(dòng)泵調(diào)節(jié)切回自動(dòng)時(shí)是無(wú)擾的。電動(dòng)泵手動(dòng)時(shí)分兩種情況：D<30%時(shí)電動(dòng)泵手動(dòng)狀態(tài)，T2切至NO，電動(dòng)泵副調(diào)節(jié)器3PI的輸出，跟蹤電動(dòng)泵操作器2AM的輸出。同時(shí)T1的NC點(diǎn)通，單沖量調(diào)節(jié)器4PI也通過f2（x）跟蹤2AM的輸出，因而切回自動(dòng)時(shí)3PI繼續(xù)通過F1（x）和T2的NC點(diǎn)跟蹤4PI的輸出，是無(wú)擾動(dòng)的。D>30%時(shí)，采用三沖量系統(tǒng)，電動(dòng)

49、泵手動(dòng)時(shí)T2至NO點(diǎn)，電動(dòng)泵副調(diào)節(jié)器3PI的輸出，跟蹤2AM的輸出，保證由于手動(dòng)切換自動(dòng)時(shí)是無(wú)擾的。 邏輯信號(hào)的形成（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%或汽泵手動(dòng)時(shí)。（3）1AM跟蹤信號(hào)：汽泵跳或MEH在遠(yuǎn)方控制。（4）無(wú)。（5）T3切換：汽泵跳時(shí)超馳關(guān)。（6）T1切換：旁路閥手動(dòng)且未開到最大。（7）4PI跟蹤信號(hào)：蒸汽量>30%或旁路閥手動(dòng)但未開到最大或蒸汽量<30%且旁路閥開至最大、電泵手動(dòng)條件成立。（8）T2切換：蒸汽量>30%或電泵手動(dòng)。（9）3PI跟蹤信號(hào)：蒸汽量<30%或電泵手動(dòng)。（10

50、）3AM跟蹤：蒸汽量>30%。（11）2AM跟蹤：電泵跳。2.7給水RB分析給水泵RB的定義機(jī)組在較高負(fù)荷下運(yùn)行時(shí),兩臺(tái)運(yùn)行中的給水泵任一臺(tái)跳閘,備用給水泵不能快速投入時(shí),應(yīng)啟動(dòng)RB系統(tǒng)快減負(fù)荷,使機(jī)組度過最嚴(yán)峻的“變工況”而重新穩(wěn)定運(yùn)行,我們稱這一過程為給水泵的RB。給水泵RB過程給水泵RB過程中,變化最劇烈且最重要的參數(shù)是汽包水位、主汽流量(負(fù)荷)及給水流量,其變化過程如圖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)行中的某臺(tái)給水泵突然跳閘，給水流量隨即快速下降。保證

51、物質(zhì)平衡的方法可是：快速啟動(dòng)備用的電動(dòng)給水泵上水。對(duì)于采用2×50%汽泵+1×50%電泵（備用）的配置的鍋爐，其中一臺(tái)汽動(dòng)泵突然跳閘,電泵緊急自啟的切換在帶正常負(fù)荷時(shí),電泵的自動(dòng)回路時(shí)刻跟蹤運(yùn)行的汽動(dòng)給水泵的出力,并使電泵勺管開度維持電泵在此出力下的勺管位置,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)汽泵的出力,通過保證給水的可靠性,來(lái)

52、達(dá)到提高整個(gè)機(jī)組的安全性。一般地，電動(dòng)給水泵能在40 s內(nèi)完成啟動(dòng)至帶滿負(fù)荷過程。也就是說在40 s后，給水流量已可以大于鍋爐的蒸發(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)，備用的電動(dòng)泵立即啟動(dòng)；電動(dòng)泵也可以通過遠(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 汽包水位控制系統(tǒng)的M ATLAB 仿真根據(jù)三沖量串級(jí)給水控制系統(tǒng)的工作原理, 整定系統(tǒng)控制參數(shù), 設(shè)

53、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)的分析和整定1) 內(nèi)回路的分析和整定根據(jù)串級(jí)控制系統(tǒng)的分析整定方法, 應(yīng)將內(nèi)回路處理為具有近似比例特性的快速隨動(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的能力。用試探的方法選擇副調(diào)節(jié)器的比例帶, 以保證內(nèi)回路不振蕩為原則。在試探時(shí), 給水流量反饋裝置的傳遞函數(shù)可設(shè)置為任意數(shù)值, 以得到滿意的比例帶值。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)與比例帶的比值保持為試探時(shí)的值, 以保證內(nèi)回路的穩(wěn)定性。2) 主回路的分析和整定在主回路中, 如果把內(nèi)回路近似看作為比例環(huán)節(jié)

54、, 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)象的輸入信號(hào), 水位變送單元的輸出為輸出信號(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)的整定方法整定, 如通過試驗(yàn)方法求取主回路被控對(duì)象的階躍響應(yīng)曲線, 并由曲線求得等效調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)。3) 蒸汽流量前饋裝置傳遞函數(shù)的選擇三沖量串級(jí)給水控制系統(tǒng)中的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)器的蒸汽流量信號(hào)等于給水流量信號(hào)。因此, 前饋裝置的傳遞函數(shù)選擇將不受靜態(tài)特性無(wú)差條件的限制, 而可根據(jù)鍋爐“虛假水位”的嚴(yán)重程度來(lái)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)控制過程的質(zhì)量, 縮

55、短控制過程的時(shí)間。為了獲得滿意的調(diào)節(jié)效果, 選擇合適的調(diào)節(jié)器參數(shù), 選取的參數(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)過系統(tǒng)分析和整定, 合理選取系統(tǒng)的調(diào)節(jié)參數(shù), 經(jīng)過擬定后的三沖量串級(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)定汽包水位的高度為2, 通過仿真, 得到的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), 維持汽包水位的穩(wěn)定; 從圖5 可知, 對(duì)影響因素的干擾使三沖量串級(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)荷到停爐全過程的給水控制，是一個(gè)給水全程控制系統(tǒng)。2.這個(gè)系統(tǒng)的總體方案是低負(fù)荷時(shí)控制閥門開度改變給水量，同時(shí)保證泵的最低轉(zhuǎn)速。高負(fù)荷時(shí)改變泵的轉(zhuǎn)速來(lái)改變給水量，控制水位，能減少節(jié)