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摘要本文针对给水调节系统的被控对象动态特性、热工测量信号、调节机构特性,分析了三冲量给水控制系统的结构及工作原理,实现单元制给水全程控制系统应考虑的问题及控制方案300MW机组汽包水位系统的构成原理和控制功能,系统的总体结构、工作原理、控制过程、系统切换方式、控制逻辑、调试及参数整定原则300MW机组汽包水位控制系统,采用两台汽动给水泵和1台启动/备用电动给水泵供水控制方案采用单/三冲量结合,在低负荷时采用单冲量控制,在高负荷时采用三冲量控制实现了全程给水自动控制该系统的结构设计合理、功能完善、使用可靠,实现了启动初期锅炉进水直至停机锅炉放水全工况下汽包水位的控制,大大的减少了运行人员,达到了减员增效的目的,具有积极的推广应用价值关键词汽包水位控制,单冲量,三冲量,全程给水自动控制AbstractAccordingtothewatersupplycontrolsystemofthecontrolledobjectdynamiccharacteristicthermalmeasurementsignaladjustingmechanismcharacteristicsanalyzedthreeimpulsefeed-watercontrolsystemstructureandworkingprincipleimplementationunitfeedwatercontrolsystemshouldconsidertheproblemandcontrolscheme.300MWfull-rangefeed-watercontrolsystemofthecompositionprincipleandcontrolfunctionsystemstructureworkingprincipleprocesscontrolsystemswitchingmodecontrollogicdebuggingandparameterssettingprinciple.300MWunitboilerfeedwatercontrolsystemusingtwosteamfeedpumpand1startup/standbyelectricfeedwaterpump.Controlschemeusingsingle/threeimpulsecombinationwhenthelowloadusingasingleimpulsecontrolinthehighloadusingthreeimpulsecontroltoachievethefullautomaticfeedwatercontrol.Thesystemdesignandreasonablestructureperfectfunctionreliableuserealizethestartupstageofboilerwatertostopwaterunderalloperatingconditionsofboilerdrumwaterlevelcontrolgreatlyreducingtheoperatingpersonnelachievedthegoalofsynergismofdepletionofnumbershaspositivepopularizationapplicationvalue.KeyWordsBoilerfeedwatercontrol,Singleimpulse,Threeimpulse,Allrangefeedwaterautomaticcontrol目录TOC\o1-3\h\z\u摘要IAbstractII1引言
11.1课题背景及选题意义
11.
1.1自动控制技术在电厂的应用
11.
1.2火电厂自动化的内容
11.2本设计研究的主要内容
21.3火电厂基本生产过程
31.4汽包水位控制系统简介42给水被控对象的动态特性
62.1汽包水位的动态特性
62.2各种扰动下水位变化的动态特性
72.
2.1给水流量扰动下对象的动态特性
72.
2.2蒸汽流量扰动下对象的动态特性
82.
2.3炉膛热负荷扰动下对象的动态特性93铁岭电厂#3机组汽包水位控制系统设计
103.1给水控制系统总体方案的确定
103.2给水控制系统设计
103.
2.1汽包水位控制系统基本任务
103.
2.2给水控制系统原理图
113.3汽包水位控制系统控制策略设计
113.
3.1汽包的工作原理
123.
3.2影响汽包水位变化的因素
123.
3.3汽包水位的测量
133.4测量信号的自动校正
143.
4.1水位信号的压力校正
143.
4.2过热蒸汽流量信号的压力、温度校正
153.
4.3给水流量信号的温度校正154铁岭电厂#3机组汽包水位控制SAMA图分析
164.1给水全程控制的关键问题
164.2控制回路SAMA图分析
164.
2.1热工信号的测量
164.
2.2旁路给水控制
194.
2.3电动泵的控制
204.
2.4汽动泵的控制
214.
2.5单冲量/三冲量转换225铁岭电厂#3机组全程给水控制过程分析
245.1串级三冲量汽包水位控制系统
265.
1.1汽包水位控制概况
265.
1.2串级三冲量汽包水位控制系统的工作原理
275.2调节器的选择
285.3串级三冲量汽包水位控制系统的参数整定
295.
3.2主、副调节器的参数整定
295.
3.2前馈通路的设计31总结33致谢34参考文献35附录36A
1.1给水系统SAMA图136A
1.2给水系统SAMA图237A
1.3给水系统SAMA图338A
1.4给水系统逻辑图139A
1.5给水系统逻辑图240A
1.6给水系统逻辑图341A
1.7给水系统逻辑图4421引言
1.1课题背景及选题意义随着电力事业的飞速发展,火电厂机组容量的不断扩大,参数不断提高,如何保护单元机组的安全、经济运行,减少事故,提高设备的可靠性和运行的经济性,是十分重要的问题大量事实证明,采用先进的热工自动化技术是提高机组安全、经济运行水平行之有效的措施目前生产过程自动化的程度已成为衡量工业企业现代化水平的一个重要标志,这在电力行业更为突出因为现代化大型火力发电机组普遍为高参数,大容量单元机组是由锅炉、汽轮发电机组及辅机组成的庞大的设备群,如果不配备与之相适应的自动化系统,其生产过程无法正常运行可以说,自动化系统已成为与机、炉、电等主设备不可分割,而且同等重要的组成部分
1.
1.1自动控制技术在电厂的应用电能由于其固有的优点而成为国民经济各领域最广泛使用的能量,从而成为人类社会生产和生活中时刻不能离开的二次能源,电力已经深入到社会生产和生活的各个领域,一个国家的电气化程度已成为国民经济现代化的一个重要标志只有电力产业的迅速发展才有可能保证整个国民经济的迅速而稳步的发展
[1]热力发电厂是电力工业的重要组成部分热力发电厂包括燃化石燃料(煤、油、气)的火力发电厂与使用核燃料的核动力电厂,迄今为止,热力发电厂在世界大多数国家中仍占着各种发电形式中的主导地位,我国的火力发电占70%左右,而且根据我国国情,火力发电厂基本是燃煤电厂目前的大型燃煤电厂都已经有了非常先进的自动控制系统,自动控制水平的高低是衡量一个国家的生产技术和科学水平先进与否的一项重要标志电力工业中电厂热工生产过程自动化技术相对于其它民用工业部门有较长的历史和较高的自动化水平,电厂热工自动化水平的高低是衡量电厂生产技术的先进与否和企业现代化的重要标志
[2]早期的自动控制系统因热力发电机组单机容量小,对控制系统要求也不高,所以非常简单,只需对给水、汽温、汽压和汽机的转速作简单的控制这些控制系统大多分散在锅炉和汽机车间就地安装,整个电厂的机、炉、电也是分散控制的随着现代科学技术的发展,发电机组已由中温、中压、中小容量发展到今天的大容量、高参数的单元机组
[2]
1.
1.2火电厂自动化的内容 火电厂自动化的范围是极其广泛的,它包括主机、辅助设备、公用系统等的自动化,大致可以分为四个基本内容 1自动检测自动检测是对生产过程及设备的参数、信号自动进行转换、加工处理、显示并记录下来它相当于人和自动化的“眼睛”火电厂需要连续进行检测的信号有温度、压力、流量、液位、电流、电压、转速、频率、振动、气体成分、汽水品质等检测所采用的装置有测量仪表、记录仪表、巡回检测装置、工业电视等 2自动调节自动调节一般是指正常运行时操作的自动化,即在一定范围内自动地适应外界负荷变化或其他条件变化,使生产过程正常进行火电厂的自动调节主要有锅炉水位调节、汽温调节、燃烧调节、辅助设备调节等将程序控制技术、逻辑功能和保护同自动调节结合起来,可以实现全程控制,即在机组启动、停止及正常运行的全过程中,实现自动控制,如水位全程控制 3远方控制及程序控制远方控制是通过开关或按钮,对生产过程中重要的调节机构和截止机构实现远距离控制程序控制主要是指机组(或局部系统、设备)在启动、停止、增减负荷、事故处理时的一系列操作的自动化 4自动保护自动保护是利用自动化装置对机组(或系统、设备)状态、参数和自动控制系统进行监视,当发生异常时,送出报警信号或切除某些系统和设备,避免发生事故,保证人身和设备的安全 火电厂的自动保护对象主要有锅炉、汽轮发电机本体、辅助设备、局部工艺过程等 上述的自动检测、自动调节、远方控制及程序控制、自动保护,一般用常规的模拟仪表来实现,也可以用微型计算机来实现微型计算机可靠、价廉,还有很强的计算、逻辑判断、记忆功能,它能快速计算机组在正常运行时以及启停过程中的重要数据,进行事故分析、处理以前,微型计算机在火电厂主要由于数据处理及运行监视指导,随着电子技术的发展,微型计算机,特别是微处理机已经在火电厂中得到了广泛应用
[3]
1.2本设计研究的主要内容本文设计的题目是300MW机组汽包水位控制系统设计现300MW机组的锅炉由哈尔滨锅炉厂制造,该锅炉为亚临界参数,中间再热自然循环汽包炉,额定发量为1021t/h主蒸汽温度540摄氏度,主蒸汽压力
18.2MPa,再热蒸汽量825t/h机组采用的分散控制系统是Ovation系统Ovation控制器采用冗余配置,可靠性高,与连接方便,不需要专用门路和用户协议,可在企业范围内实时多点通信 其主要内容1针对300MW大型火力发电机组汽包水位控制的工艺过程,研究生产实际中常用的锅炉给水控制策略2结合实际进行水位控制系统控制方案的设计
1.3火电厂基本生产过程图
1.1凝汽式燃煤电厂的生产过程示意图在除氧器水箱内的水经过给水泵升压后通过高压加热器送入省煤器在省煤器内,水受到热烟气的加热,然后进入锅炉顶部的汽包内在锅炉炉膛四周密布着水管,称为水冷壁水冷壁水管的上下两端均通过联箱与汽包连通,汽包内的水经由水冷壁不断循环,吸收着煤爱燃烧过程中放出的热量部分水在冷壁中被加热沸腾后汽化成水蒸汽,这些饱和蒸汽由汽包上部流出进入过热器中饱和蒸汽在过热器中继续吸热,成为过热蒸汽过热蒸汽有很高的压力和温度,因此有很大的热势能具有热势能的过热蒸汽经管道引入汽轮机后,便将热势能转变成动能高速流动的蒸汽推动汽轮机转子转动,形成机械能释放出热势能的蒸汽从汽轮机下部的排汽口排出,称为乏汽乏汽在凝汽器内被循环水泵送入凝汽器的冷却水冷却,从新凝结成水,此水成为凝结水凝结水由凝结水泵送入低压加热器并最终回到除氧器内,完成一个循环在循环过程中难免有汽水的泄露,即汽水损失,因此要适量地向循环系统内补给一些水,以保证循环的正常进行高、底压加热器是为提高循环的热效率所采用的装置,除氧器是为了除去水含的氧气以减少对设备及管道的腐蚀以上分析虽然较为繁杂,但从能量转换的角度看却很简单,即燃料的化学能→蒸汽的热势能→机械能→电能在锅炉总燃料的化学能转变为蒸汽的热能;在汽轮机中,蒸汽的热能转变为轮子旋转的机械能;在发电机中机械能转变为电能炉、机、电是火电厂中的主要设备,亦称三大主机与三大主机相辅工作的设备成为辅助设备或称辅机主机与辅机及其相连的管道、线路等称为系统火电厂的主要系统有燃烧系统、汽水系统、电气系统等除了上述的主要系统外,火电厂还有其它一些辅助生产系统,如燃煤的输送系统、水的化学处理系统、灰浆的排放系统等这些系统与主系统协调工作,它们相互配合完成电能的生产任务大型火电厂的保证这些设备的正常运转,火电厂装有大量的仪表,用来监视这些设备的运行状况,同时还设置有自动控制装置,以便及时地对主辅设备进行调节现代化的火电厂,已采用了先进的计算机分散控制系统这些控制系统可以对整个生产过程进行控制和自动调节,根据不同情况协调各设备的工作状况,使整个电厂的自动化水平达到了新的高度自动控制装置及系统已成为火电厂中不可缺少的部分
[4]
1.4汽包水位控制系统简介目前大多数锅炉分为汽包锅炉和直流锅炉两种他们的给水控制任务有些不同汽包锅炉给水自动控制系统的任务是维持汽包水位在设定数值直流锅炉给水自动控制系统的任务,是使用给水流量来控制锅炉负荷或控制过热器中间点温度对于汽包水位控制系统来说,有三种基本结构如下图1单冲量控制系统 其基本结构如图
1.2
(1)所示,该系统是一个只采用汽包水位信号和一个PI调节器的反馈控制系统这种给水控制系统结构简单,整定方便,但使用它来调节水位,汽包水位波动较大,稳定性也较低2单级三冲量控制系统其基本结构如图
1.2
(2)所示,该系统采用一个PI调节器,并根据汽包水位、蒸汽流量和给水流量三个信号的变化去控制给水流量与单冲量系统相比,该系统引入了蒸汽流量信号和给水流量信号,引入的蒸汽流量信号(前馈信号)可以克服汽包的虚假水位,引入给水流量信号可以抑制给水自发性扰动,保持了给水流量的稳定事实上由于检测、变送设备的误差等因素的影响,蒸汽流量和给水流量这两个信号的测量值在稳态时难以做到完全相等,且单级三冲量控制系统一个调节器参数整定需兼顾较多的因素,所以,现实中很少采用单级三冲量给水控制系统3串级三冲量控制系统其基本结构如图
1.2
(3)所示,该系统由主、副两个PI调节器和三个冲量(汽包水位、蒸汽流量、给水流量)构成与单级三冲量系统相比,该系统多采用了一个PI调节器,两个调节器分工明确、串联工作,主调节器PI1为水位调节器,它根据水位偏差产生给水流量给定值,副调节器PI2为给水流量调节器,它根据给水流量偏差控制给水流量,并消除给水侧的扰动;蒸汽流量信号作为前馈信号用来维持负荷变动时的物质平衡,由此构成的是一个前馈-反馈双回路控制系统可见,串级三冲量控制系统比单级三冲量控制系统的工作更合理,控制品质要好,是现场广泛采用的给水控制系统
[5] HADHWADAHW1单冲量控制2单级三冲量控制3串级三冲量控制图
1.2汽包水位控制系统的基本结构目前,大机火电机组,特别是300MW及以上的机组,其汽包水位控制系统大都采用给水全程控制系统这种系统并不是某种单一的单冲量或三冲量控制系统,而是单冲量和三冲量控制系统有机结合所构成的给水控制系统,且具有完善的控制方式自动切换和连锁逻辑2给水被控对象的动态特性在讨论汽包水位控制系统之前,必须先分析被控对象的动态特性,然后才能设计出一个合理的给水控制系统给水调节对象的动态特性是指汽包水位的变化与引起水位变化的各种因素之间的动态关系汽包水位是汽包中储水量和水面下汽泡容积的综合反映所以,水位不仅受汽包储水量变化的影响,而且还受到汽水混合物中汽泡容积变化的影响从水位反映储水量来看,调节对象是一个无自平衡能力的对象,这是因为储水量的变化是由给水流量和蒸汽流量变化引起的,而水位变化后既不能影响给水流量,又不能影响蒸发量,所以说水位调节对象是没有自平衡能力的影响汽包水位变化的因素主要有蒸汽流量D给水量W,炉膛热负荷(燃料量M)汽包压力P等
2.1汽包水位的动态特性工业锅炉的汽包水位是正常运行的重要指标之一,水位过高,产生蒸汽带水现象,影响用汽单位的正常生产汽包水位过低,会影响锅炉的汽水自然循环,如不及时调节,就会使汽包里的水全部汽化掉,可能导致锅炉烧塌和爆炸事故因此,锅炉运行中,保持汽包水位在一定范围是十分重要的自动控制问题影响汽包水位变化的因素很多,主要有燃煤量、给水量和蒸汽流量燃煤量对水位变化的影响是非常缓慢的,比较容易克服因此,我们主要考虑给水量和蒸汽流量对水位的影响锅炉水位调节对象的原理结构如图
2.1所示图
2.1给水调节对象结构图1-给水母管;2-调节阀;3-省煤器;4-汽包;5-管路;6-过热器;7-蒸汽管给水调节对象的动态特性是指各种扰动下的汽包水位随时间变化的特性当扰动为阶跃扰动时,对象的动态特性称为阶跃响应曲线影响水位变化的原因是很多的,其中锅炉的蒸发量和给水流量的变化是主要的,其它还有炉膛热负荷、汽包压力的变化等原因
2.2各种扰动下水位变化的动态特性
2.
2.1给水流量扰动下对象的动态特性图
2.2为给水量扰动下水位阶跃响应曲线图
2.2中曲线1为沸腾式省煤器情形下水位的动态特性,曲线2为非沸腾式省煤器情形下水位的动态特性图
2.2给水量扰动下水位阶跃响应曲线在给水流量突然增加的瞬间,锅炉的蒸发量还未改变,给水流量大于蒸发量,但水位一开始并不立即增加,这是因为温度较低的给水进入省煤器及水循环系统的流量增加了,从原有的饱和汽水混合物中吸取了一部分热量,使水面下的汽泡容积有所减少事实上也就是因为给水温度远低于省煤器的温度,即给水有一定的过冷度,水进入省煤器后,使一部分汽变成了水,特别是沸腾式省煤器,给水减轻了省煤器内的沸腾度,省煤器内汽泡总容积减少,因此,进入省煤器内的水首先用来填补省煤器中因汽泡破灭容积减少而降低的水位,经过一段迟延甚至水位下降后,才能因给水不断从省煤器进入汽包而使水位上升在此过程中,负荷还未变化,汽包中水仍在蒸发,因此水位也有下降趋势由H曲线可以清楚地看出给水被控对象内扰的特点是给水扰动刚刚加入时,由于给水的过冷度影响,水位H的变化很慢,经过一段时间之后其变化速度才逐渐增加,最后变为按一定速度直线上升,这时就是物质不平衡在起主要作用了,如果给水量和蒸汽量不能平衡,水位就不能确定下面简单介绍一下水位在给水扰动下的传递函数其扰动传递函数方框图如图
2.3所示,可近似认为是一个积分环节和一个惯性环节的并联或串联的两种形式图
2.3给水扰动传递函数方框图
2.
2.2蒸汽流量扰动下对象的动态特性蒸汽流量扰动下水位的阶跃起反应曲线如图
2.4所示当蒸汽流量突然增加(假定供热量及时跟上)时,锅炉的蒸发量大于给水流量,汽包的贮水量应等速下降,又因为汽包是无自平衡对象,所以水位的变化曲线应如图中曲线H1所示实际上当蒸发量突然增加时,在汽水循环系统中的蒸发强度也将成比例的增大,使汽水混合物中汽泡的容积增大;又因炉膛内的发热量并不能及时增加,从而使汽包压力不断下降,降低了饱和温度,促使蒸发速度加快,汽泡膨胀,加大了汽水混合物的总体积,使水位变化过程如图中曲线H2所示水位实际变化曲线是H1和H2之和图
2.4蒸汽流量扰动下水位阶跃响应曲线H1-只考虑贮水量变化的水位反应曲线;H2-只考虑水面下汽泡容积变化的水位反应曲线;H-实际水位反应曲线(H=H1+H2)两曲线的叠加,即图中的曲线H,由图可知,负荷变化时汽包水位的动态特性具有特殊的形式负荷增加时,蒸发量大于给水量,但水位不是下降反而迅速上升;负荷突然减小时,水位却先下降,然后迅速上升,这就是“虚假水位”现象虚假水位的变化情况和锅炉的特性有关,燃料突然减小时(如锅炉灭火),“虚假水位”约在2~4分钟内即达到最低值在外部负荷突然减小时(如汽轮机甩负荷),“虚假水位”约在20秒内即达到最低值,并且,“虚假水位”达到最低值的时间和负荷达到的最低值的时间基本相同汽轮机甩负荷扰动下的“虚假水位”现象是相当严重的,这给组成水位自动调节系统带来了困难为了维持水位在允许的范围内,运行中应对负荷的一次变动量及负荷变化速度加以限制
2.
2.3炉膛热负荷扰动下对象的动态特性当燃料M增加时,炉膛热负荷随着增加,水循环系统内的汽水混合物的气泡比例增加,蒸发强度增加如果负荷设备的进气阀不加调节,则汽包饱和压力升高,蒸汽流出量增加,蒸发量大于给水量,水位应该下降随着汽包压力的升高,汽水混合物中汽泡的比例将减小,又使得汽水总容积下降;其次,在汽压升高时,汽的比容变小,水的比容变大,总的效果是汽水混合物的比容变化不大所以在燃料量扰动下,汽包水位也会因汽包容积的增加水位先上升,因此也会出现“虚假水位”现象,至蒸发量与燃料量相适应时,水位才开始下降,即经过了Tm时间后水位开始下降由于热惯性的原因,这种“虚假水位”没有蒸汽流量扰动下的“虚假水位”那样严重图
2.5燃料量扰动下水位阶跃响应曲线应当指出,蒸汽量、给水量和燃料量在运行中是经常变化的,为保持气压稳定,燃料量与蒸发量必须相互适应,因此这两种扰动总是相伴发生,只是有先后发生的差别从各种扰动下水位的动态特性可估计到水位调节的一些缺点由于存在延迟,等到水位偏离规定值后再去进行调节,水位必然会有较大的变化(尤其是水位反应快的锅炉),水位的偏差也大;在负荷变化时,由于“虚假水位”现象,水位将迅速变化,这种变化幅度不可能用调节给水量来减小为维持水位在允许的范围内,必须限制负荷的一次改变量和负荷变化速度;在负荷变化后的开始阶段,给水流量和负荷的变化方向相反,如果忽视“虚假水位”现象的存在,盲目根据“水位”来调节给水量,将会扩大锅炉进出流量的不平衡,使水位波动加剧,实际工作中应当防止和避免3铁岭电厂#3机组汽包水位控制系统设计
3.1汽包水位控制系统总体方案的确定为保证机组的安全运行,我们对给水控制系统提出了很高的要求在控制设备正常的条件下,不需要操作人员干涉,就能保证汽包水位在允许范围内,这是一个比较复杂的过程,因此对给水控制系统提出以下要求1在给水控制系统中,不仅要满足给水调节的要求,同时还要保证给水泵工作在安全区内,这往往需要有两套控制系统来完成,及所谓的两段调节2由于机组在不同的负荷下呈现不同的对象特性,要求控制系统能适应这样的特性随着负荷的增长或降低,系统要能从单冲量过度到三冲量,或从三冲量过度到单冲量系统,由此产生了系统的切换问题,并且必须保证两套系统相互切换的控制线路3由于给水自动控制范围较宽,对各个信号的准确测量提出了更高的,更严格的要求4在多种调节机构的复杂切换过程中,给水控制系统都必须保证无扰另外,点火后升温升压过程中,由于锅炉没有输出蒸汽流量,给水量及其变化量都很小,此时单冲量调节系统也不十分理想,就需要开启阀门的方法(双位调节方式)进行水位调节5给水自动控制还必须适应机组的定压运行和滑压运行工况,必须适应冷态启动和热态启动的情况随着锅炉容量和参数的提高,汽包的容积相对减少,锅炉蒸发受热面的热负荷显著提高因此加快了负荷变化时水位的变化速度企图用人工控制给水量来维持汽包水位不仅操作繁重,而且是非常困难的所以,锅炉运行中迫切要求对给水实现自动控制
3.2给水控制系统设计
3.
2.1汽包水位控制系统的基本任务汽包水位调节也叫给水自动调节,其主要任务是1维持锅炉水位在允许的范围内,使锅炉的给水量适应于蒸发量锅炉的水位是影响安全运行的重要因素水位过高会影响汽水分离装置的正常工作,严重时会导致蒸汽带水增加,使过热器管壁和气轮机叶片结垢,造成事故;对于工业锅炉,蒸汽带水量过多,也要影响用户的某些工艺过程水位过低,则会破坏汽水正常循环,以致烧坏受热面水位过高或过低,都是不允许的所以,正常运行时汽包水位应在给定值的15mm上下范围波动2保持给水量稳定给水量稳定,有助于省煤器和给水管道的安全运行上述两个任务中,第一个任务尤为重要实践证明,无论是电站锅炉,或者是工业锅炉,用人工操作调节水位,既不安全,也不经济,其最有效的方法是实现给水自动调节
3.
2.2给水控制系统原理图300MW机组给水控制系统采用两台汽动给水泵和1台启动/备用电动给水泵供水控制方案采用单/三冲量结合,在小负荷时采用单冲量控制,在高负荷时采用三冲量控制其原理图如下图4-1给水控制系统原理图图
3.1给水控制系统原理图
3.3汽包水位控制系统控制策略设计在启停炉或低负荷时,由于蒸汽流量信号没有或者蒸汽流量不稳定,可以投入旁路给水自动,采用单冲量调节水位,水位高时减少给水流量,水位低时增加给水流量,此时电动给水泵保持在某一固定转速水位与定值发生偏差时,经比例、积分运算后去控制旁路给水阀当机组负荷大于40%系统切为三冲量控制主调节器的输出加上蒸汽流量信号,作为负调节器的设定值,与给水流量比较,经过比例、积分运算后,输出控制电动给水泵转速此时单级调节器的输出跟踪副调节器的输出,如果负荷减小,三冲量系统可以自动切换到单冲量系统
3.
3.1汽包的工作原理汽包水位是锅炉运行中一个重要的监控参数它间接反映了锅炉蒸汽负荷与给水量之间的平衡关系,维持汽包水位正常是保证锅炉和汽轮机安全运行的必要条件汽包水位过高,会影响汽包内汽水分离装置的正常工作,造成出口蒸汽水分过多而使过热器管壁结垢,容易烧坏过热器汽包出口蒸汽中水分过多,也会使过热汽温产生急剧变化,直接影响机组运行的安全性和经济性汽包水位过低,则可能破坏锅炉水循环,造成水冷壁管烧坏而破裂这都是火力发电厂的重大事故,所以锅炉汽包水位自动控制是电厂十分重视的一套自动装置如下图为300MW电厂给水热力系统示意简图 图
3.2给水热力系统示意图
3.
3.2影响汽包水位变化的因素 锅炉在运行中,水位是经常变化的运行中影响水位变化的主要因素是锅炉负荷、汽压变动速度、燃烧工况和给水压力的扰动等1锅炉负荷 汽包水位是否稳定首先取决于锅炉负荷的变化及其变化的速度,例如,锅炉的负荷突然升高,在给水和燃料量未及时调整之前,会使水位先升高,最终则降低前者是由于水面下蒸汽容积增大(虚假水位),后者是由于给水量小于蒸发量所造成的物质不平衡锅炉负荷变动速度越快,水位的波动也就越大当负荷控制采用炉跟机方式时,尤其如此2汽包压力变化速度汽包压力发生扰动时,压力降低则水位上升,压力升高则水位下降,汽包压力变化速度越快,对水位的影响也就越大3燃烧工况燃烧工况的扰动对水位的影响也很大在外界负荷及给水量不变的情况下,当燃烧量突然增多时,水位暂时升高而后下降;当燃烧量突然减少时,情况则相反这是因为,燃烧强化会使水位面下汽泡增多,水位胀起,但随着汽压和饱和温度的上升,炉水中汽泡又会随之减少,水位有所降低因此,水位波动的大小,也与燃烧工况改变的强烈程度以及运行调节的及时性有关4给水压力给水压力的波动将使送入锅炉的给水量发生变化,从而破坏了蒸发量与给水量的平衡,将引起汽包水位的波动在其他条件不变时其影响是给水压力高时,给水量增大,水位升高;给水压力低时,给水量减小,水位下将给水压力的波动大都是由给水泵流量控制机构不稳定工作或转速波动引起的
3.
3.3汽包水位的测量 如下图所示,单式平衡容器的水位测量公式为ΔH=[Lρa-ρsg-ΔP]/[ρω-ρsg]-H0,
3.1式中ΔH为水位仪的显示值;ΔP为差压信号;L为正、负压取出管间的距离;H0为汽包零水位线到负压管的距离;ρω为饱和水的密度,ρω=fP,P为汽包压力;ρs为饱和蒸汽的密度,ρs=gP,P为汽包压力;ρa为正压侧导压管中水的密度,ρa=hpta,p为汽包压力,ta为Pt100铂电阻测量的温度值Pt100安装位置可上下移动,以消除偏差ABC表示铂电阻是三线制接法图
3.3单式平衡容器的水位测量但在现场实际运行中,仅仅只有精确的计算公式还不够,要定期对水位变送器进行排污,并应确保正压管中的水柱高度恒定,这样才能得到正确的差压值另外,考虑到汽包水位的重要性,我们对汽包水位测量采取“三选一”的冗余方式,取中间值后再进行压力计算
3.4测量信号的自动校正为了保证给水全程控制系统中水位、给水流量和蒸汽流量测量的准确性,需对这些测量信号自动进行校正测量信号校正的基本方法是先推导出被测参数随温度、压力变化的数学模型,然后利用各种元件构成运算电路进行运算,便可实现自动校正-汽包压力;H-汽水连通管之间垂直距离,即最大变化范围;h-汽包水位高度;,-夹在差压变送器两侧的压力;-饱和蒸汽的密度;-饱和水的密度;-汽包外平衡容器内凝结水的密度图
3.4汽包水位测量系统
3.
4.1水位信号的压力校正由于汽包中饱和水和饱和蒸汽的密度随压力变化,所以影响水位测量的准确性此系统采用电气校正回路进行压力校正,即在水位差压变送器后引入校正回路图
3.3表示单室平衡容器的测量系统从图
3.3中可以看出(
3.1)当L一定时,水位H是差压和汽、水密度的函数密度ρa与环境温度有关在锅炉启动过程中,水温略有增加,但由于同时压力也升高,两种因素对ρa的影响基本上可抵消,即可近似地认为ρa是恒值而饱和水和饱和汽的密度ρG和ρS均为汽包压力Pd的函数即所以式(
3.1)可改写为(
3.2)按照式(
3.2),就可以利用函数器、乘法器和除法器等设计水位压力自动校正图
3.
4.2过热蒸汽流量信号的压力、温度校正图3-5过热蒸汽流量信号的压力、温度自动校正线路图过热蒸汽流量测量通常采用标准喷嘴,这种喷嘴基本上是按定压运行额定工况参数设计,在该参数下运行时,测量精度是较高的但在全程控制时,运行工况不能基本固定当被测过热蒸汽的压力和温度偏离设计值时,蒸汽的密度变化很大,这就会给流量测量造成误差,所以进行压力和温度的校正
3.
4.3给水流量信号的温度校正计算和试验结果表明当给水温度为100℃不变,压力在
0.196-
19.6Mpa范围内变化时,给水流量的测量误差为
0.47%;若给水压力为
19.6Mpa不变,给水温度在100-290℃范围内变化时,给水流量的测量误差为13%所以对给水流量测量信号可以只采用温度校正,若给水温度变化不大,则不必对给水流量测量信号进行校正4铁岭电厂#3机组给水控制过程分析
4.1给水全程控制的关键问题所谓给水全程自动控制是指锅炉自动启动到正常运行再到停火冷却全过程均为自动调节,其任务是在从锅炉点火升温升压开始至灭火冷却降温降压的整个过程中,控制锅炉给水流量保证汽包水位维持在允许范围内要实现水位全程自动首先保证给水泵的工作点始终落在安全工作区内才能使泵组安全可靠工作保证汽包水位稳定运行而泵的工作安全区由上、下限特性,最大、小压力,四条线所包围的区域,如下图所示图
4.1泵组特性图
4.2控制回路SAMA图分析给水控制系统采用两台汽泵和一台电动泵供水在启动和低负荷工况下电动泵运行,正常工况下汽动泵运行,两台电动泵的另一个功能是作为汽动泵的备用每台泵都有再循环管路,当系统工作在低负荷时再循环管路的阀门能自动打开,保证泵出口有足够流量,防止汽蚀
4.
2.1热工信号的测量1水位信号图
4.2为水位信号测量线路图在图
4.2中增加了压力补偿环节,根据汽、水密度与汽包压力的函数关系,得到水位校正系统的运算公式为(
4.1)图
4.2水位信号测量线路图小负荷给水控制,小负荷时单冲量控制给水调节门给水,汽包中取A、B、C三个水位测量点,测量值经过放大模块得到放大信号与汽包压力修正信号求得偏差经过除法器和放大器得到3路汽包水位信号,经过逻辑选择信号送到PID调节器的P端,与设定值通过运算得到给水旁路的输出量即为单冲量给水量压力补偿信号是汽包中的左、中、右三个测量点测量的信号经过选择逻辑通道作用后信号分别送到饱和水和饱和汽的函数发生器中,汽包压力信号分别进入到切换开关的N、Y两端,它的控制条件是汽包压力的高值监视信号,当发生高值报警是输出Y端的输入信号,反之输出N端的输入信号2给水流量信号图
4.3为给水流量线路图由两个流量变送器的测量给水流量信号与测温元件测量到并且经过一系列变化后的给水温度信号一起经过乘法器,两路测量信号经过二选一选择器作用后得到给水流量平均值信号与过热器Ⅰ、Ⅱ级喷水减温器的减温水流量测量值求得偏差得到总给水流量信号这样主给水流量与信号相加后得到总共的给水流量图
4.3给水流量线路图图
4.4主蒸汽流量测量线路图3主蒸汽流量信号图
4.4为主蒸汽流量测量线路图主蒸汽温度的两个测量信号经过二选一选择器作用后得到主蒸汽平均值信号,主蒸汽的给定信号在除法器,开方器的作用后与第一级汽轮机压力信号相乘加上旁路给水流量带到主蒸汽的流量信号得到偏差信号即为主蒸汽流量信号
4.
2.2旁路给水控制小负荷时单冲量控制旁路给水旁路阀整门水,控制回路,汽包水位测量经过汽包压力补偿后,汽包水位设定值偏差,通过PID运算去控制旁路给水门,维持汽包水位单冲量来的给水经过选择器N端和函数发生器进入给水旁路的手/自动切换器最后到达显示部分来控制给水旁路单冲量途中有高低限报警模块来监视水位给水旁路的手/自动切换,当发出切换手动指令的时候,调节器接收实际汽包水位,为了切换到自动的时候实现无饶切换图
4.5旁路控制线路图
4.
2.3电动泵的控制正常运行时,汽包水位自动控制系统经过一个PI调节器,保证汽包水位在允许范围内再经过主调节阀,和主蒸汽流量D相加机组启动或低负荷阶段,采用定速节流的方法控制给水流量或由运行人员调节主给水调节阀或电泵转速来控制给水流量当机组负荷达到一定的情况,把电动泵的给水由单冲量控制转换为三冲量控制在机组运行期间,同时还有高低限报警监视系统,时刻监视系统的稳定运行当机组越限位信号,将发出报警信号此时机组降低负荷或者通过M/A站转换为手动状态在手动状态下,调节器输出跟踪实际水位目的切换到自动状态下,能够实现无扰切换
[5]图
4.6电动泵制线路图
4.
2.4汽动泵的控制小负荷时,系统采用单冲量控制正常运行时,汽包水位H,主蒸汽流量D,给水流量W,组成串级三冲量控制,当负荷发生变化时,运行人员在手操站上可以通过手动方式调节汽动泵的转速,并可以对另一台汽动泵进行适当的偏置汽动泵的输出经一定变化后分别与小汽机A、B位置变送器信号求和得到偏差然后送到转换器的N端当刚切换到汽动泵的时候,转换器输出Y端信号,由运行人员就地调节转速,经转换器输出信号在与汽动泵输出信号求得偏差去控制锅炉给水当运行到一定负荷下,切换到远端自动控制,转换器输出N端信号然后在和汽动泵输出信号求得偏差去控制锅炉给水在机组运行期间同样有监视系统监视是否正常运行同理汽动泵B控制也是如此
[6]图
4.7汽动泵控制线路图
4.
2.5单冲量/三冲量转换单冲量控制系统是一个只采用汽包水位信号和一个PI调节器的反馈控制系统这种给水控制系统结构简单,整定方便,但使用它来调节水位,汽包水位波动较大,稳定性也较低调节原理见图
4.8图
4.8单冲量调节原理方框图串级三冲量控制系统由主、副两个PI调节器和三个冲量(汽包水位、蒸汽流量、给水流量)构成与单级三冲量系统相比,该系统多采用了一个PI调节器,两个调节器分工明确、串联工作,主调节器PI1为水位调节器,它根据水位偏差产生给水流量给定值,副调节器PI2为给水流量调节器,它根据给水流量偏差控制给水流量,并消除给水侧的扰动;蒸汽流量信号作为前馈信号用来消除虚假水位,由此构成的是一个前馈-反馈双回路控制系统可见,串级三冲量控制系统比单级三冲量控制系统的工作更合理,控制品质要好,是现场广泛采用的给水控制系统调节原理见图
4.9图
4.9三冲量调节原理方框图锅炉在不同的负荷和参数下,其给水被控对象的动态特性是不同的低负荷时,由于蒸汽参数低,负荷变化小,虚假水位现象不太严重,对维持水位恒定的要求又不高,所以允许采用单冲量给水控制系统此时如果采用多种自动校正措施,则会使系统结构复杂,整定困难,同时仍然存在误差于是出现了低负荷时采用单冲量,高负荷时采用三冲量给水控制系统,如图
4.10所示图
4.10单冲量系统与三冲量系统相互切换和跟踪线路图中PI1是低负荷时的单冲量给水调节器,它只接受经过自动校正后的水位信号高负荷时采用串级三冲量给水控制系统,其中PI2为主调节器,接受水位信号PI3为副调节器,除接受主调节器校正信号外,还接受给水流量信号W两套控制系统的切换是根据锅炉负荷(蒸汽流量)的大小进行的蒸汽流量信号送入偏差报警继电器1KJ,控制继电器接点1C和3C当单冲量系统运行时,1C闭合,3C断开当要求三冲量系统运行时,3C闭合,1C断开系统的切换在25%负荷左右进行为了防止因负荷波动造成系统反复切换,切换值应有10%的滞环值,就是说由单冲量系统切换为三冲量系统是在30%负荷下进行的,由三冲量系统切换为单冲量系统是在20%负荷下进行的5铁岭电厂#3机组全程给水控制过程分析在给水全程控制中,负荷低于30%位小负荷,大于30%为大负荷在升负荷过程中,负荷大于30%时将旁路给水切换至主管道给水降负荷切换时,增加了切换惰性回路,当负荷小于25%时才切换至旁路给水这样两门不会因为负荷轻微波动而频繁切换,增加了给水系统的稳定性1启动、冲转及带25%负荷此阶段采用单冲量系统通过控制给水旁路阀门开度来维持汽包水位在给定范围内,电动给水泵维持在最低转速,汽动给水泵手/自动操作器强迫为手动状态,主给水电动门也关闭,给水旁路阀从0—100%控制给水旁路调节器的输入为水位测量值H和给定值Ho的偏差,当给水旁路门手动、电动泵手动、汽动泵A、B手动信号进行与运算,只有条件都满足时,切换开关输出设定值为水位测量值,相反设定值为实际值当汽包水位测量值与调节器的设定值取偏差,当偏差大时,给水旁路门切手动当水位测量值低时,可进行低信号监视并发出报警显示相反也有高限监视当水位测量值低时,低信号监视,当汽包水位低三值时,通过ASSIGN(将过程量的值和品质同类型的过程量)送到燃烧器管理系统(BMS)当水位测量值高时,高信号监视,当汽包水位高三值时,通过ASSIGN送到送到BMS当汽包水位高低偏差大时,给水旁路门切手动为CCS或送到BMS当汽包水位不高不低时,汽包水位正常给水旁路调节器(PID1)的输出经手/自动操作器去控制给水旁路阀,同时可进行阀位显示对给水进行高限监视,给水旁路门在最大位置;低限监视,给水旁路门在最小对给水旁路阀信号和给水旁路调节位置反馈信号求和进行高、低限信号监视,如果旁路位置反馈偏差大则给水旁路切手动三冲量电动泵的副调节器(PID4)也处于自动跟踪状态,通过切换开关使PID4的输出跟踪函数发生器的输出,再通过手/自动操作器使电动泵维持在最低转速运行2升负荷25%~30%此阶段采用单冲量系统控制电动给水泵转速此时三冲量系统尚不能使用,给水旁路门已全开,只能提高给水泵转速来满足给水量的增加,通过切换开关使函数发生器的输出值随控制信号(PID1的输出)变化通过PID4的自动跟踪去控制电动泵转速,实现由阀门控制到电动泵转速控制给水量的无扰过渡由于单冲量调阀系统与单冲量调泵系统对象特性不同,且调节器整定参数不同,所以PID1为变参数调节器330%~100%负荷阶段此阶段采用三冲量系统控制给水泵转速方案,这是控制系统的正常工况给水旁路阀锁定在全开位置不再关闭,以减少系统不必要的扰动负荷达w%电动泵转速为nx时打开主给水电动门此时泵的转速已提高,当主给水电门打开以后,管道阻力突然减少,控制系统使泵转速自动下降一些时,泵转速已有可能下降另外,在三冲量系统投运情况下开主给水电动门,由于三冲量系统抗内扰的能力比单冲量系统强得多,所以控制质量能得到保证30%~A%负荷阶段采用电动泵控制给水量此时系统为三冲量电动泵控制,电动泵主调节器(PID2)接受水位及其给定值的偏差,其输出和蒸汽流量D的前馈信号求和作为副调节器PID4的给定信号,同时副调节器还接受给水流量W的反馈信号PID4不再跟踪PID1的输出,而是处于自动控制状态,通过手/自动操作器控制电动泵转速同时进行显示电动给水泵勺管位置对电动泵输出信号做监视,当高监视时,电动泵控制在最大;低监视时,电动泵控制在最小电动给水泵勺管信号和电动电动给水泵勺管位置反馈信号作和进行高、低限监视,电动给水泵勺管位置偏差大时,电泵切手动D>A%负荷时,开始启动汽动泵,完成汽动泵和电动泵的转换之后,汽动泵取代电动泵运行,电动泵处于超驰全关状态,直到满负荷运行此时,汽动泵主调节器(PID3)接受水位及其给定值的偏差,其输出和蒸汽流量D的前馈信号求和作为副调节器(PID5)的给定信号,同时副调节器还接受给水流量W的反馈信号汽动泵副调节器处于自动控制状态当汽动给水泵A切手动,或汽动给水泵A跳闸导致汽泵A迫降,手/自动操作器输出汽泵A投自动,相反汽泵切手动汽泵A副调节器输出信号与小汽机A的反馈信号作和,通过通过手/自动操作器控制汽动泵转速,同时可进行转速显示同时进行高限监视,显示汽泵A控制在最大,低限时相反当汽泵A跳闸或小汽机A不在遥控方式时,小汽机A就地当两台汽泵投自动时,通过切换开关可显示契机的反馈信号同理,气泵B与气泵A控制方式相同若执行机构发生故障可发出逻辑信号使泵切手动4减负荷过程在减负荷过程中控制顺序与上述相反,同时各负荷的切换点考虑了2%的不灵敏区,避免由于负荷波动系统在切换点处来回切换
[7]
5.1控制过程中的跟踪与切换
5.
1.1阀门和泵的运行及切换低负荷时采用旁路阀控制给水流量,高负荷时采用改变泵的转速来控制,两者的无扰切换是通过函数发生器、切换开关及电动泵的副调节器的跟踪实现的因为函数发生器产生连续函数,而电动泵的副调节器通过切换开关跟踪函数发生器的输出,且当阀门开足时才开始调泵的转速,所以从调阀到调泵的切换是无扰的串级三冲量给水控制系统和单级三冲量给水控制系统相比,有如下特点1两个调节器任务不同,参数整定相对独立副调节器的任务是当给水扰动时,迅速动作使给水量不变;当蒸汽流量扰动时,副调节器迅速改变给水量,保持给水量和蒸汽量平衡主调节器的任务是校正水位,这比单级三冲量给水控制系统的工作更为合理,故串级系统的调节质量比单级系统要好一些2在负荷变化时,水位静态值是靠主调节器来维持的,并不要求进入副调节器的蒸汽流量信号的作用强度按所谓“静态配合”来进行整定恰巧相反,在这里可以根据对象在外扰下虚假水位的严重程度来适当加强蒸汽流量信号的作用强度,以便在负荷变化时,使蒸汽流量信号能更好的补偿虚假水位的影响,从而改变蒸汽负荷扰动下的水位控制质量对于虚假水位较严重的被控对象,这一点就显得更有意义3当给水流量信号和蒸汽流量信号两个信号中由于变送器故障而失去一个信号,或变送器特性发生变化,和平衡关系失去时,主调节器由于积分作用可补偿失去平衡的电流,使系统暂时维持工作;而单级系统当或因产生故障而失去时,则无法控制水位在额定值,因此,串级系统的安全性较好4串级系统还可以接入其他冲量信号(如燃料信号等)形成多参数的串级系统但是,串级三冲量给水控制系统在汽机甩负荷时,它的过渡过程和响应速度不如单级系统快
5.1串级三冲量汽包水位控制系统
5.
1.1汽包水位控制系统概况锅炉的汽包水位能够间接反映锅炉蒸汽负荷与给水量之间的平衡关系,维持汽包水位正常是保证锅炉和汽轮机安全运行的必要条件汽包水位过高,会影响汽包内汽水分离装置的正常工作,造成出口的蒸汽水分含量过多,导致过热器管壁结垢而被烧坏,也使过热蒸汽温度急剧变化,直接影响机组的稳定运行汽包水位过低,可能破坏锅炉水循环,导致水冷壁管被烧坏汽包锅炉给水控制系统地作用是使锅炉的给水量自动适应锅炉的蒸发量,维持汽包水位在规定的范围内波动汽包水位H是汽包中储水量和水面下汽包容积的综合体现,不仅受汽包储水量变化的影响,还受汽水混合物中汽包容积变化的影响其中主要的扰动为给水流量W、锅炉蒸发量D、汽包压力、炉膛热负荷等,其对水位的影响各不相同其中给水流量和蒸汽流量是影响汽包水位的2种主要扰动,前者来自调节侧,称为内扰,后者来自负荷侧,称为外扰
5.
1.2串级三冲量汽包水位控制系统的工作原理国产300MW火力发电机组大型汽包锅炉的控制对象具有给水内扰动态特性延迟和惯性大的特点,且无自平衡能力,给水控制系统若采用以水位为被调量的单回路系统,控制过程中水位将出现较大的动态偏差,给水流量波动较大,应此,应考虑采用三冲量给水控制系统方案另外,控制对象在蒸汽负荷扰动(外扰)时,存在“虚假水位”现象,应此在扰动的初始阶段,调节器将使给水流量向与负荷变化相反的方向变化,加剧了锅炉的进、出流量的不平衡因此应采用以蒸汽流量D为前馈信号的前馈控制,从而能够根据对象在外扰下虚假水位的严重程度来适当加强蒸汽流量信号的作用强度,以改善蒸汽负荷扰动下的水位控制品质采用串级控制系统将具有更好的控制品质,调试整定也比较方便,故在大型汽包炉上可采用串级三冲量给水控制系统串级三冲量给水控制系统的原理图如图
5.3所示图
5.3串级三冲量给水控制系统原理方框图这个系统有三个回路,Ⅰ为副回路,包括给水量W、副调节器、执行器放大系数、阀门系数、给水流量变送器斜率和给水流量分压系数;Ⅱ为主回路,包括水位被控对象、水位变送器斜率、主调节器和副回路;Ⅲ位前馈通路,包括蒸汽流量变送器斜率和蒸汽流量分压系数、副回路和被控对象这个系统中使用了两个调节器,构成串级控制系统为保证被调量无静差,主调节器采用PI控制规律,副调节器采用PI或P控制规律,副调节器接受三个输入信号,信号之间有静态配合问题,但系统的静态特性由主调节器决定,因此蒸汽流量信号并不要求与给水流量信号相等副回路的作用主要为快速消除内扰,主回路用于校正水位偏差,而前馈通路则用于补偿外扰,主要用于克服虚假水位现象
5.2调节器的选择调节规律是指调节器输出信号与其输入信号之间的动态关系,从理论上说可有各种形式的函数关系,然而在实践中总结出三种基本调节关系,广为采用这三种基本调节规律就是比例调节规律、积分调节规律、微分调节规律三种调节规律的组合可设计出多种调节规律的调节器,如比例调节器、比例积分调节器、比例积分微分调节器等调节器作为控制系统组成部分之一,其动态特性对控制过程有着很大的影响,因为对象的特性是不容易改变的比例调节规律的特点是控制及时,控制作用贯穿整个调节过程,因此它是基本的调节作用然而比例调节不能保证系统无差积分作用可以实现无差调节,只要偏差存在,积分控制作用一直增加;换言之,只有偏差为零时,积分作用才停止变化,这表明系统达到再次稳定状态时,被调量的偏差必然为零积分调节规律的特点就是消除稳态偏差,实现无差调节,其控制作用体现在调节过程的后期但是,具有积分调节规律的调节器不能完全消除偏差比例积分调节规律要比纯积分调节规律优越得多因此工程中很少采用纯积分调节器,广泛采用的是比例积分调节器然而在比例积分调节器中,积分作用的强弱要适当,过强的积分作用可能使系统不稳定,因为积分作用旨在消除偏差,但使系统的稳定性下降因此与采用纯比例调节器相比,比例积分调节器的比例带应适当加大,以补偿积分作用造成的稳定性下降微分调节规律是调节器输出的控制作用与其偏差输入信号的变化速度成正比微分调节作用的大小仅与偏差信号的变化速度有关,而与偏差值大小无关因此对象在受到较小的扰动后,被调量变化量及变化速度都将很小,微分作用调节器同时由于自身动作的不灵敏区的存在而始终不动作;这样经过一段时间后,偏差将积累成一个较大的值就是说纯微分作用的调节器是不能单独使用的,微分作用要与比例作用或比例积分作用相结合,形成比例微分调节规律或比例微分积分调节规律微分作用的引入使系统控制过程的稳定性和准确性都得以提高,但它不能像积分作用那样消除稳态偏差比例调节作用是最基本的调节作用,而积分和微分作用为辅助调节作用比例作用贯彻于整个调节过程之中,积分作用则体现在调节过程的后期,用于消除静态偏差,微分调节作用则体现在调节过程的初期主、副回路调节器调节规律的选择原则1主参数控制质量要求不十分严格,同时在对副参数的要求也不高的情况下,为使两者兼顾而采用串级控制方式时,主、副调节器均可采用比例控制2要求主参数波动范围很小,且不允许有余差(稳态误差),此时副调节器可采用比例控制,主调节器采用比例积分控制3主参数要求高,副参数亦有一定的要求,这时主、副调节器均采用比例积分形式
5.3串级三冲量汽包水位控制系统的参数整定
5.
3.1主、副调节器的参数整定在串级三冲量给水控制系统中,副回路是一个调节器,一般用试探法整定副回路的和主回路参数整定是把副回路等效成一个比例环节,然后用经验公式进行整定;前馈通路的选择是基于“虚假水位”而定的它主要是为了补偿“虚假水位”现象下面分别对它们进行参数整定副回路可看作一个随动系统,如图
5.4所示图
5.4副回路等效图把调节阀和普通管道系统作为被调对象,则作为以外的环节都作为等效调节器若采用型如的调节规律,则(5-1)式中------副调节器比例带;------副调节器积分时间调节器的比例带和积分时间都应该取得很小,给水流量信号和蒸汽流量信号的分压系数、一般均取为1当给水被控对象“虚假水位”严重时,需加大蒸汽流量信号的作用强度,以改善控制过程品质,此时可取,并通过试验来减小,/最好为整数(一般为2,即=
0.5)由于内回路快速随动,故副调节器也可用纯比例型调节器式(5-1)表明,副回路的等效调节器也可看作一个PI规律的调节器(5-2)副回路的对象为,可近似为比例环节,所以调节器的比例带和积分时间都可以整定得很小,实际应用中,、可通过试验获得;因此副回路也是整定和的问题,一般也用试探法求得主回路的整定是建立在副回路可以等效为一个快速比例环节基础上的它的示意图如图
5.5所示,其中为等效副回路图
5.5主回路等效图把看成是被控对象,其余的环节可看成是等效调节器若也是一个PI调节器(5-3)和为已知,所以回路只要整定、和的问题,用以下经验公式整定所以由式(5-2)和式(5-3)两式可知即当增加时,内回路稳定性降低,外回路稳定性增强,反之相反一般取=1,则只需整定、、和则有
5.
3.2前馈通路的设计前馈通路的简化图见图
5.6,通路中的选择是基于“虚假水位”情况而定的图
5.6前馈通路等效图前馈通路中完全补偿条件为(5-4)若前馈通路的设计只考虑静态补偿,且与的静态比值为一常数,则有其中是虚假水位现象决定的常数,虚假水位现象严重时,值大,反之值小负号表示前馈调节方向与虚假水位方向相反由式(5-4)可得量的关系在负荷开始变化时,为使蒸汽流量信号更好地补偿虚假水位现象,改善负荷扰动时调节过程的质量,一般使蒸汽流量信号大大高于给水流量信号,即令若,则总结本设计锅炉给水控制系统是串级调节系统,主调节器接受水位信号,对水位起校正作用,是细调;其输出作为副调节器的给定值,副调节器的被调量是给水流量,目的是快速消除来自水侧的扰动本设计给水控制系统采用两台汽动给水泵和1台启动/备用电动给水泵供水控制方案采用单/三冲量结合,在小负荷时采用单冲量控制,在高负荷时采用三冲量控制本设计给水全程控制系统能满足从启动到额定负荷和从额定负荷到停炉全过程的给水控制系统的总体方案是低负荷时控制阀门开度改变给水流量,同时保证泵的最低转速,此时为两段调节高负荷时通过改变泵的转速来改变给水量,控制水位,是一段调节的方案,能减少节流损失,充分发挥给水调节泵的经济效益同时该系统测量信号补偿,系统无扰切换及逻辑报警线路设计合理全面,并用Ovation网络实现,具有较高的可靠性可是本系统的总体方案未能在铁岭电厂运行,如果运行其中有可能会出现一些问题,应需进一步改善致谢在即将完成大学阶段的学习,离开学习生活了4年的母校之际,我首先要感谢自己的父母长期以来,他们始终默默地支持我的求学事业,父母亲的关爱和期望永远是我不断向前的动力感谢我的指导老师刘老师感谢老师在平时的细心指导,由于自己专业基础不是很好,在设计过程中遇到很多问题,老师都能耐心为我讲解,并为我提供大量设计题目相关的资料,让我受益匪浅我还要感谢我的同学,我们经常在一起热烈地讨论、互相切磋,遇到问题大家一起解决,找到材料大家互相分享,同学之间的互相合作让我们更顺利的完成本次毕业设计,四年亲如手足的同窗生活永远是我美好的回忆最后感谢学校领导的大力支持,为我们创造了良好的学习氛围和实验环境,增强了实际动手能力作为一个当代大学生,能够学以自用是最重要,所以我非常珍惜这个机会,在这里我要对所有帮助过我的人表示衷心的感谢 参考文献[1]杨平.自动控制原理.北京中国电力出版社
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2004.4[5]崔修强.300MW火电机组给水控制系统最优运行方式的研究.电力科学与工程2005212:20~23[6]殷红.300MW火电机组给水水泵改造的可行性分析.重庆电力高等专科学校学报2006111:123~126[7]吴建军.国产引进型300MW机组给水水泵的运行方式.江西电力报2005281:15~18[8]牛玉广等.计算机控制系统在火电厂中的应用电力报200353:5~8[9]闫广新.基于LOGO的一主一备给水水泵控制系统设计.安阳工学院报006206:36[10]王锦荣.锅炉给水泵的经济运行和改进.经验交流报1991166:26~29[11]NationalEnergyTechnologyLaboratoryPowerPlantWaterUsageandLossStudyAugust2005[12]WestVirginiaWaterResearchInstituteStrategiesforCoolingElectricalGeneratingFacilitiesUtilizingMineWater:TechnicalandEconomicFeasibilitySemi-annualTechnicalProgressReportApril2004[13]EPRIUseofProducedWaterinRecirculatingCoolingSystemsatPowerGeneratingFacilitiesSemi-annualTechnicalProgressReportAugust2004[14]UNDEERCWaterExtractionfromCoal-FiredPowerPlantFlueGasReportDec.2004[15]LehighUniversityUseofCoalDryingtoReduceWaterConsumedinPulverizedCoalPowerPlantsFinalReportMarch2006附录A
1.1给水系统SAMA图1A
1.2给水系统SAMA图2A
1.3给水系统SAMA图3A
1.4给水系统逻辑图1A
1.5给水系统逻辑图2A
1.6给水系统逻辑图3A
1.7给水系统逻辑图4。