自動(dòng)化畢業(yè)論文---300mw機(jī)組汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)的應(yīng)用

1、<p>　　xx電廠300MW機(jī)組</p><p>　　汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)的應(yīng)用</p><p>　　摘要：給水全程控制系統(tǒng)是火力發(fā)電廠單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制中的主要子系統(tǒng)之一，針對其可靠運(yùn)行直接關(guān)系到整個(gè)機(jī)組的安全問題，采用單沖量和三沖量控制系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合的控制策略。本文應(yīng)用自動(dòng)控制理論對單元機(jī)組給水的要求和特點(diǎn)進(jìn)行了全面的分析，使單元機(jī)組給水全程控制從鍋爐點(diǎn)火到機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行，始終

2、保持汽包水位在允許的范圍內(nèi)，而且系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差小，控制精度高，超調(diào)量小。此外還提出了在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)關(guān)鍵問題，這對單元機(jī)組給水全程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試均具有一定的參考價(jià)值。</p><p>　　關(guān)鍵詞：單沖量；三沖量；串級；切換；跟蹤</p><p><b>　　1緒論</b></p><p>　　1.1課題的研究背景及意義</p&

3、gt;<p>　　隨著電力需求的增長，以及能源和環(huán)保的要求，我國的火電建設(shè)開始向大容量、高參數(shù)的大型機(jī)組靠攏。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。。</p><p>　　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。維持汽包水位在一定允許范圍內(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

4、管壁和氣輪機(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)將引起水冷壁管道破裂。因此，汽包水位控制一直受到很高的重視。</p><p>　　另一方面，隨著鍋爐參數(shù)的提高和容量的增大，汽包的相對容積減少，負(fù)荷變化和其他擾動(dòng)對水位的影響將相對增大。這必將加大水位控制的難度，從而對水位控制系統(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)全程給水控制火電機(jī)組還很少

5、。因此，對全程給水控制進(jìn)行優(yōu)化，增強(qiáng)給水系統(tǒng)的控制效果和適應(yīng)能力成為迫切需要的問題。</p><p>　　1.2國內(nèi)外全程給水研究現(xiàn)狀</p><p>　　目前，我國將火電建設(shè)的重點(diǎn)放在大容量、高參數(shù)、高自動(dòng)化、高效益的機(jī)組上來，因而對電廠控制設(shè)備可靠性的要求越來越高，控制策略也向高精度、高效率、高穩(wěn)定性的方向發(fā)展。同時(shí)，隨著電力行業(yè)體制改革及電網(wǎng)商業(yè)化運(yùn)營、競價(jià)上網(wǎng)的需要，以及火電機(jī)組要

6、適應(yīng)電網(wǎng)自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)的需求，這必然要求機(jī)組各控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，因而對火電廠熱工自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造已成為必然。汽包水位控制系統(tǒng)在國內(nèi)新建機(jī)組中基本都實(shí)現(xiàn)了水位全程調(diào)節(jié)，但在老機(jī)組的控制系統(tǒng)中由于存在各種客觀和主觀因素，真正實(shí)現(xiàn)鍋爐給水全程控制的機(jī)組還為數(shù)不多，大多數(shù)只實(shí)現(xiàn)了高負(fù)荷時(shí)水位自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的投入。這主要是因?yàn)槔蠙C(jī)組的控制儀表較落后，而當(dāng)時(shí)技術(shù)條件又不夠成熟，用于實(shí)現(xiàn)水位調(diào)節(jié)的控制設(shè)備多為一些組件組裝儀表，如西安儀

7、表廠的 MZ-Ⅲ系列組裝儀表、上海 FOXBORO 公司的 SPEC-200 微機(jī)組件組裝式儀表等。因而在實(shí)現(xiàn)控制策略及控制邏輯等方面受到了限制。同時(shí)，因?yàn)榫偷乜刂圃O(shè)備的可靠性不高，使得當(dāng)時(shí)國內(nèi)火電廠熱工自動(dòng)化水平整體較落后。</p><p>　　在最近幾年，通過對老機(jī)組的技術(shù)改造，特別是分散控制系統(tǒng)（DCS）的改造成功，已經(jīng)使機(jī)組的自動(dòng)化水平上了一個(gè)臺階。一些在常規(guī)儀表中無法實(shí)現(xiàn)的功能，由于 DCS 系統(tǒng)的靈活

8、組態(tài)及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的優(yōu)越性已完全可以實(shí)現(xiàn)，因而實(shí)現(xiàn)對機(jī)組各控制系統(tǒng)的全程調(diào)節(jié)已完全成為可能。鍋爐給水全程控制，是指機(jī)組在啟、停過程中，正常運(yùn)行和負(fù)荷變化時(shí)均能實(shí)現(xiàn)鍋爐給水的自動(dòng)控制。在大型火力發(fā)電機(jī)組鍋爐給水全程控制中，由于機(jī)組在高、低負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)具有不同的對象特性，一般控制系統(tǒng)采用單沖量、三沖量控制等變結(jié)構(gòu)控制方案。給水系統(tǒng)一般采用經(jīng)濟(jì)性極佳的變速給水泵，除采用液力偶合器的電動(dòng)給水泵、汽動(dòng)給水泵外，還需要采用一套調(diào)節(jié)系統(tǒng)，保證給水泵

9、工作在安全區(qū)域內(nèi)。</p><p>　　國內(nèi)機(jī)組實(shí)現(xiàn)全程給水控制考慮的方案一般是在低負(fù)荷時(shí)，用啟動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制汽包水位，調(diào)速給水泵維持給水母管壓力，采用單沖量的控制方式；高負(fù)荷時(shí)，使用調(diào)速給水泵控制汽包水位，大旁路調(diào)節(jié)閥維持給水壓力，采用三沖量的控制方式。它由單沖量和三沖量兩個(gè)調(diào)節(jié)回路組成全程給水控制, 當(dāng)負(fù)荷大于30%時(shí)為三沖量,當(dāng)負(fù)荷小于 30%或三沖量變送器故障時(shí)為單沖量。</p><p&

10、gt;　　1.3課題主要研究工作</p><p>　　本文圍繞給水控制優(yōu)化這一主題，立足于低負(fù)荷給水控制優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時(shí)對高負(fù)荷階段給水泵協(xié)調(diào)控制方法進(jìn)行了研究，從真正意義上實(shí)現(xiàn)從機(jī)組的啟動(dòng)到正常運(yùn)行，又到停爐冷卻全部過程均能自動(dòng)控制。</p><p>　　本論文主要作了以下幾方面的研究工作:</p><p>　　(I )深入分析給水對象的動(dòng)態(tài)特性，闡述了現(xiàn)今給水全程

11、控制中存在的缺陷和不足。并根據(jù)給水分段式控制的原則，分別從低負(fù)荷和高負(fù)荷兩個(gè)方面入手研究其改進(jìn)方法;</p><p>　　(2 ) 針對低負(fù)荷階段給水對象復(fù)雜、難控的現(xiàn)狀，分析了問題的形成機(jī)理。在充分利用PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制的條件下，提出了以多變量解耦控制理論為基礎(chǔ)的低負(fù)荷給水控制方案，并且對單沖量給水控制提出了改進(jìn)建議和方法;</p><p>　　(3 )對給水控制的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行的分析，提

12、出了自己思考的改進(jìn)辦法。同時(shí)針對還處于手動(dòng)控制的給水調(diào)節(jié)閥切換，設(shè)計(jì)了自動(dòng)無擾切換回路。</p><p>　　2 給水被控對象的動(dòng)態(tài)特性</p><p>　　2.1 全程控制的概念</p><p>　　目前，大型火電單元機(jī)組都采用機(jī)、爐聯(lián)合啟動(dòng)的方式，鍋爐、汽輪機(jī)按照啟動(dòng)曲線要求進(jìn)行滑參數(shù)啟動(dòng)。具有中間再熱的單元機(jī)組多采用定壓法進(jìn)行滑參數(shù)啟動(dòng)。隨著機(jī)組容量的增大、參

13、數(shù)的提高，在啟動(dòng)和停機(jī)過程中需要監(jiān)視和操作的項(xiàng)目增多，操作的頻率也增高，采用人工調(diào)節(jié)已不適應(yīng)生產(chǎn)要求，而必須在啟、停過程中也實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。所謂全程控制系統(tǒng)是指機(jī)組在啟停過程和正常運(yùn)行時(shí)均能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的系統(tǒng)。全程控制是相對常規(guī)控制系統(tǒng)而言的，全程控制包括啟停控制和正常運(yùn)行工況下控制兩方面的內(nèi)容。常規(guī)控制系統(tǒng)一般只適用于機(jī)組帶大負(fù)荷工況下運(yùn)行，在啟停過程或低負(fù)荷工況下，一般要用手動(dòng)進(jìn)行控制，而全程控制系統(tǒng)能使機(jī)組在啟動(dòng)、停機(jī)、不同負(fù)荷工況

14、下自動(dòng)運(yùn)行。以給水控制系統(tǒng)為例，常規(guī)串級三沖量給水系統(tǒng)只能在負(fù)荷達(dá)到額定負(fù)荷 70%時(shí)，才能投入自動(dòng)，在此以前全部為手動(dòng)操作，而全程給水系統(tǒng)從鍋爐點(diǎn)火啟動(dòng)開始便可以投入自動(dòng)。</p><p>　　2.2 給水控制對象的動(dòng)態(tài)特性</p><p>　　汽包水位是由汽包中的儲水量和水面下的汽泡容積決定的，因此凡是引起汽包中儲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象的擾動(dòng)。其中主要

15、的擾動(dòng)有：給水流量W、鍋爐蒸發(fā)量D、汽包壓力Pb、爐膛熱負(fù)荷等。給水控制對象的動(dòng)態(tài)特性是指上述引起水位變化的各種擾動(dòng)與汽包水位間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。汽包水位動(dòng)態(tài)特性較為復(fù)雜，一是對汽包水位擾動(dòng)有四個(gè)來源，二是“虛假水位”問題的存在，特別是后一個(gè)問題使得人們設(shè)計(jì)出“三沖量”給水控制系統(tǒng)。了解、掌握汽包水位動(dòng)態(tài)特性是保證給水自動(dòng)控制系統(tǒng)順利投入的基本要求。</p><p>　　2.2.1 給水流量擾動(dòng)下水位的動(dòng)態(tài)特性<

16、/p><p>　　給水流量是調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)所改變的控制量，給水流量擾動(dòng)是來自控制側(cè)的擾動(dòng)，又稱內(nèi)擾。給水流量擾動(dòng)下水位的階躍響應(yīng)曲線如圖 2.1 所示。</p><p>　　圖 2.1 給水流量階躍擾動(dòng)下水位響應(yīng)曲線</p><p>　　當(dāng)給水流量階躍增加ΔW后，水位H的變化如圖中曲線H所示。水位控制對象的動(dòng)態(tài)特性表現(xiàn)為有慣性的無自平衡能力的特點(diǎn)。當(dāng)給水流量突然增加后，給水流

17、量雖然大于蒸汽流量，但由于給水溫度低于汽包內(nèi)飽和水的溫度，給水吸收了原有飽和水中的部分熱量使水面下汽泡容積減少，實(shí)際水位響應(yīng)曲線可視為由H1和H2兩條曲線疊加而成，所以擾動(dòng)初期水位不會(huì)立即升高。當(dāng)水面下汽泡容積的變化過程逐漸平衡，水位就反應(yīng)出由于汽包中儲水量的增加而逐漸上升的趨勢，最后當(dāng)水面下汽泡容積不再變化時(shí)，由于進(jìn)、出工質(zhì)流量不平衡，水位將以一定的速度直線上升。這種特性可由下列近似傳遞函數(shù)表示：</p><p&g

18、t;　　式中： ε-水位響應(yīng)速度，即單位給水量擾動(dòng)時(shí)，水位的變化速度，mm.s.h.t；</p><p>　　τ- 遲延時(shí)間，s。</p><p>　　ε和τ的大小和鍋爐容量及參數(shù)有關(guān)。對于蒸發(fā)量為 410t/h，參數(shù)為 10MPa、540℃的高壓爐，τ=10s，ε=0.015 mm.s.h.t；對于容量為 670t/h，參數(shù)為 14MPa、540℃的超高壓爐，τ=5～10s，ε=0.00

19、95～0.0125 mm.s.h.t。由此可見，隨著鍋爐容量的增大和參數(shù)的提高，水位內(nèi)擾特性的遲延時(shí)間減少，響應(yīng)速度也略有下降，對水位H的控制是有利的。但按鍋爐容量的增大來計(jì)算響應(yīng)速度，則得到的相對響應(yīng)速度逐漸增大，說明隨著鍋爐容量和參數(shù)的提高，對水位H控制的要求也越高。</p><p>　　2.2.2 蒸汽流量擾動(dòng)下水位的動(dòng)態(tài)特性</p><p>　　蒸汽流量擾動(dòng)主要來自汽輪發(fā)電機(jī)組的負(fù)

20、荷變化，屬外部擾動(dòng)。在蒸汽流量D擾動(dòng)下水位變化的階躍響應(yīng)曲線如圖 2.2 所示。當(dāng)蒸汽流量突然階躍增大時(shí)，由于汽包水位對象是無自平衡能力的，這時(shí)水位應(yīng)下降，如圖 2.2 中H1曲線所示。但當(dāng)鍋爐蒸發(fā)量突然增加時(shí)，汽包水下面的汽泡容積也迅速增大，即鍋爐的蒸發(fā)強(qiáng)度增加，從而使水位升高，因蒸發(fā)強(qiáng)度的增加是有一定限度的，故汽泡容積增大而引起的水位變化可用慣性環(huán)節(jié)特性來描述，如圖 2.2 中 H2 曲線所示。實(shí)際的水位變化曲線H則為H1和H2的合

21、成。由圖2.2可以看出，當(dāng)鍋爐蒸汽負(fù)荷變化時(shí)，汽包水位的變化具有特殊的形式：在負(fù)荷突然增加時(shí)，雖然鍋爐的給水流量小于蒸發(fā)量，但開始階段的水位不僅不下降，反而迅速上升（反之，在負(fù)荷突然減少時(shí)，水位反而先下降），這種現(xiàn)象稱為“虛假水位”現(xiàn)象。這是因?yàn)樵谪?fù)荷變化的初期階段，水面下汽泡的體積變化很快，它對水位的變化起主要影響作用的緣故，因此水位隨汽泡體積增大而上升。只有當(dāng)汽泡體積與負(fù)荷適應(yīng)而不再變化時(shí)，水位的變化就僅由物質(zhì)平衡關(guān)系來決定，這時(shí)水

22、位就隨負(fù)荷增大而下降，呈無自平衡特性。</p><p>　　蒸汽流量擾動(dòng)下的水位響應(yīng)特性可用下述近似傳遞函數(shù)表示：</p><p>　　式中：T-H2曲線的時(shí)間常數(shù)；K- H2曲線的放大系數(shù)；ε-H1曲線的響應(yīng)速度。虛假水位現(xiàn)象與鍋爐參數(shù)及蒸汽負(fù)荷變化大小有關(guān)，對于 100～670t/h 中、高壓鍋爐，當(dāng)負(fù)荷階躍變化 10%時(shí)，虛假水位可達(dá) 30～40mm。</p><

23、;p>　　圖 2.2 蒸汽流量階躍擾動(dòng)下水位響應(yīng)曲線</p><p>　　2.2.3 爐膛熱負(fù)荷擾動(dòng)下水位的動(dòng)態(tài)特性</p><p>　　當(dāng)燃料量擾動(dòng)時(shí)，例如燃料量增加使?fàn)t膛熱負(fù)荷增強(qiáng)，從而使鍋爐蒸發(fā)強(qiáng)度增大。若此時(shí)汽輪機(jī)負(fù)荷未增加，則汽輪機(jī)側(cè)調(diào)節(jié)閥開度不變。隨著爐膛熱負(fù)荷的增大，鍋爐出口壓力提高，蒸汽流量也相應(yīng)增加，這樣蒸汽流量大于給水流量，水位應(yīng)該下降。但是蒸發(fā)強(qiáng)度增大同樣也使水

24、面下汽泡容積增大，因此也會(huì)出現(xiàn)虛假水位現(xiàn)象。燃料量擾動(dòng)下的水位階躍響應(yīng)曲線如圖 2.3 所示，由圖可以看出，這種擾動(dòng)下的“虛假水位”現(xiàn)象不太嚴(yán)重，這是因?yàn)檎羝髁吭黾拥耐瑫r(shí)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，從而使水位上升幅度較小。另外，由于蒸發(fā)量隨燃料量的增加有慣性和時(shí)滯，如圖2.3 虛線所示，這就導(dǎo)致遲延時(shí)間τ較長。</p><p>　　圖 2.3 燃燒量擾動(dòng)下的水位特性</p&g

25、t;<p>　　對汽包水位的第四種擾動(dòng)是汽包壓力的變化，汽包壓力對汽包水位的影響是通過汽包內(nèi)部汽水系統(tǒng)在壓力升高時(shí)“自凝結(jié)過程” 和壓力降低時(shí)的“自蒸發(fā)”過程起作用的。</p><p>　　上述四種擾動(dòng)在鍋爐運(yùn)行中都可能經(jīng)常發(fā)生，給水流量擾動(dòng)作為內(nèi)部擾動(dòng)，汽包水位對其響應(yīng)的動(dòng)態(tài)參數(shù)（τ、ε）是給水控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的依據(jù)。蒸汽流量D、燃料量B 和汽包壓力Pb擾動(dòng)作為外部擾動(dòng)，會(huì)造成水位波動(dòng)。蒸汽

26、流量D和燃料量B的變化是產(chǎn)生“虛假水位”的根源。所以在給水控制系統(tǒng)里常常引入 D、B 信號作為前饋信號，以改善外部擾動(dòng)時(shí)的控制品質(zhì)，而這也是目前大型鍋爐給水控制系統(tǒng)采用三沖量或多沖量的根本原因。</p><p>　　3 全程給水控制系統(tǒng)需解決的關(guān)鍵問題</p><p>　　3.1 信號的自動(dòng)校正</p><p>　　鍋爐從啟動(dòng)到正常運(yùn)行或是從正常運(yùn)行到停爐的過程中，

27、蒸汽參數(shù)和負(fù)荷在很大的范圍內(nèi)變化，這就使水位、給水流量和蒸汽流量測量信號的準(zhǔn)確性受到影響。為了實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)控制，要求這些測量信號能夠自動(dòng)地進(jìn)行壓力、溫度校正。測量信號自動(dòng)校正的基本方法是，先推導(dǎo)出被測參數(shù)隨溫度、壓力變化的數(shù)學(xué)模型，然后利用各種元件構(gòu)成運(yùn)算電路進(jìn)行運(yùn)算，便可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)校正。按參數(shù)變化范圍和要求的校正精度不同，可建立不同的數(shù)學(xué)模型，因而可設(shè)計(jì)出不同的自動(dòng)校正方案。</p><p>　　3.1.1水位信

28、號的壓力校正</p><p>　　由于汽包中飽和水和飽和蒸汽的密度隨壓力變化，所以影響水位測量的準(zhǔn)確性。通常可以采用以下兩種壓力校正的方法。</p><p>　　采用電氣校正回路進(jìn)行壓力校正。就是在水位差壓變送器后引入校正回路，圖3.1表示單容平衡容器的測量系統(tǒng)。</p><p>　　圖3.1汽包水位測量系統(tǒng)</p><p>　　Pb—汽包

29、壓力；H—汽水連通管之間的垂直距離，即最大變化范圍；</p><p>　　h—汽包水位高度；P1、P2—加在差壓變送器兩側(cè)的壓力；</p><p>　　—飽和蒸汽的密度；—飽和水的密度；—汽包外平衡容器內(nèi)凝結(jié) 水的密度。</p><p>　　從圖3.1中可以看出： </p><p><b>　　=+</b></p

30、><p><b>　　=H</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　(3-1)</b></p><p>　　當(dāng)H一定時(shí)，水位h是差壓和汽、水密度的函數(shù)。密度與環(huán)境溫度有關(guān)，一般可取50℃時(shí)水的密度。在鍋爐啟動(dòng)過程中，水溫略有增加，但由于同時(shí)壓力也

31、升高，兩種因素對的影響基本上可抵消，即可近似地認(rèn)為是恒值。而飽和水和飽和汽的密度和均為為汽包壓力Pb的函數(shù)，即</p><p>　　所以式（3-1）可以改寫為</p><p>　?。?-2） </p><p>　　按照式（3-2），可以設(shè)計(jì)出水位壓力自動(dòng)校正線路，如圖 3.

32、2所示。圖3.2中函數(shù)組件f 1（x）、f 2（x）分別模擬式（3-2）中的f a（Pb）和f b（Pb）。計(jì)算和試驗(yàn)表明，密度與汽包壓力之間的函數(shù)曲線如圖3.3所示。</p><p>　　圖3.2水位壓力自動(dòng)校正線路之一圖3.3密度與汽包壓力的關(guān)系曲線</p><p>　　從圖3.3中曲線可以看出，－與P b的關(guān)系在較大范圍內(nèi)可近似地認(rèn)為是線性關(guān)系即</p>&l

33、t;p>　　則式（3-l）可改寫為</p><p><b>　　(3-3)</b></p><p>　　按式（3-3）可設(shè)計(jì)出較為簡便的水位自動(dòng)校正線路，如圖3.4所示。</p><p>　?。?）采用具有雙室平衡容器的水位取樣裝置進(jìn)行水位校正，這種裝置本身基本上可以補(bǔ)償啟動(dòng)或停止過程中的水位測量誤差，校正原理如圖3.5所示。</p

34、><p>　　圖3.4 水位壓力自動(dòng)校正線路之二圖3.5 采用雙室平衡容器的水位測量系統(tǒng)</p><p><b>　　和壓力自動(dòng)校正回路</b></p><p>　　這種測量裝置中，水位表達(dá)式為</p><p><b>　　(3-4)</b></p><p>　　H為正壓取壓管

35、管口水位到負(fù)壓管水平的中心線之間的距離，式（3-4）中沒有式（3-1）中的a－s項(xiàng)，故a隨溫度變化的影響消除了。</p><p>　　3.1.2過熱蒸汽流量信號的壓力、溫度校正</p><p>　　過熱蒸汽流量測量通常采用標(biāo)準(zhǔn)噴嘴。這種噴嘴基本上是按定壓運(yùn)行額定工況參數(shù)設(shè)計(jì)，在該參數(shù)下運(yùn)行時(shí)，測量精度是較高的。但在全程控制時(shí)，運(yùn)行工況不能基本固定。當(dāng)被測過熱蒸汽的壓力和溫度偏離設(shè)計(jì)值時(shí)，蒸

36、汽的密度變化很大，這就會(huì)給流量測量造成誤差，所以要進(jìn)行壓力和溫度的校正。可以按下列公式進(jìn)行校正</p><p><b>　　(3-5)</b></p><p>　　式中 D——熱蒸汽流量；</p><p>　　P——過熱蒸汽壓力；</p><p>　　T——過熱蒸汽溫度；</p><p>　　

37、?P——節(jié)流件差壓；</p><p>　　?——過熱蒸汽密度；</p><p><b>　　k——流量系數(shù)。</b></p><p>　　按（3－5）式可設(shè)計(jì)出過熱蒸汽流量信號的壓力，溫度自動(dòng)校正線路如圖3.6所示。</p><p>　　圖3.6過熱蒸汽流量信號的壓力、溫度自動(dòng)校正線路圖</p><

38、p>　　為了避免高溫高壓節(jié)流元件因磨損帶來的誤差，可用汽機(jī)調(diào)速級壓力P1代替蒸汽流量信號。實(shí)驗(yàn)證明，這種方法是準(zhǔn)確和行之有效的，線路結(jié)構(gòu)如圖4.7所示。</p><p>　　3.1.3 給水流量信號的溫度校正</p><p>　　圖3.7用P1代替蒸汽流量測量校正線路圖3.8給水流量信號溫度校正線路</p><p>　　計(jì)算和試驗(yàn)結(jié)果表明當(dāng)給水溫度為1

39、00℃不變，壓力在0.196～19.6MPa范圍內(nèi)變化時(shí)，給水流量的測量誤差為0.47%;若給水壓力為19.6MPa不變，給水溫度在100～290℃范圍內(nèi)變化時(shí)，給水流量的測量誤差為13%。所以，對給水流量測量信號可以只采用溫度校正，其校正回路如圖3.8所示。若給水溫度變化不大，則不必對給水流量測量信號進(jìn)行校正。</p><p>　　3.2給水泵安全特性要求</p><p>　　在給水系統(tǒng)

40、全過程運(yùn)行中，保證給水泵總是工作在安全工作區(qū)內(nèi)，是一個(gè)重要問題。現(xiàn)代大型單元機(jī)組都采用變速泵來控制給水流量。300MW以下的單元機(jī)組多用電動(dòng)變速泵做主給水泵，通過調(diào)整液力連軸器的勺管位置來調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速。大于300MW的單元機(jī)組多采用汽動(dòng)變速泵做主給水泵，再設(shè)置多臺電動(dòng)變速泵做啟動(dòng)給水泵并作為系統(tǒng)的備用泵使用。無論哪種類型的變速泵，保證泵的安全工作區(qū)是首先要考慮的問題。</p><p>　　圖3.9給水泵安全工作

41、特性示意圖</p><p>　　變速給水泵的安全工作區(qū)可在泵的安全工作特性示意圖中看到，如圖3.9所示。變速泵的安全工作區(qū)由六條曲線構(gòu)成：泵的上、下限特性、最高轉(zhuǎn)速nmax和最低轉(zhuǎn)速nmin，泵出口最高壓力Pmax和最低壓力Pmin。</p><p>　　若泵的工作點(diǎn)在上限特性之外，則給水流量太小，將使泵的冷卻水量不夠而引起泵的汽蝕，甚至震動(dòng)；若泵工作在下限特性之外，則泵的流量太大，將使泵

42、的工作效率變低。此外，變速泵的運(yùn)行還必須滿足鍋爐安全運(yùn)行的要求，即泵出口壓力（給水壓力）不得高于鍋爐運(yùn)行的最高給水壓力Pmax且不得低于最低給水壓力Pmin。因此，采用變速泵的給水全程控制系統(tǒng)，在控制給水流量過程中，必須保證泵的工作點(diǎn)落在安全區(qū)域內(nèi)。</p><p>　　在鍋爐啟動(dòng)、停爐或低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，泵的工作點(diǎn)有可能落入上限特性之外。為防止出現(xiàn)這種情況，最有效的措施是增加低負(fù)荷時(shí)給水泵的流量。目前采用的方法是在

43、泵出口至除氧器水箱之間安裝再循環(huán)管道，當(dāng)泵的流量低于某一設(shè)定的最小流量時(shí)，再循環(huán)門自動(dòng)開啟，增加泵體內(nèi)的流量，從而使低負(fù)荷階段給水泵的工作點(diǎn)也在上限特性曲線之內(nèi)。隨著機(jī)組負(fù)荷的逐漸增大，給水流量也會(huì)逐漸增大，當(dāng)流量高于某一值時(shí)，再循環(huán)門將自動(dòng)關(guān)閉。</p><p>　　變速泵下限特性決定了不同壓力下水泵的最大負(fù)荷能力。當(dāng)鍋爐負(fù)荷升到某一程度，即給水流量較大時(shí)，如果安全工作區(qū)較窄，則工作點(diǎn)可能會(huì)移到下限特性曲線之外

44、，因此，需要采取措施加以防止。目前采用的方法是提高上水管道的阻力，即關(guān)小泵出口流量調(diào)節(jié)閥門，以提高泵的出口壓力，使工作點(diǎn)重新移入安全區(qū)內(nèi)。如圖3.10所示。滑壓運(yùn)行時(shí)，設(shè)給水泵工作點(diǎn)在a點(diǎn)外，甭轉(zhuǎn)速為n1,甭出口壓力為p1，給水流量為W1。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷增大，給水流量要求為W2時(shí)，如果水泵仍在a1轉(zhuǎn)速運(yùn)行下去，通過開大給水閥門來增大給水流量，則工作點(diǎn)將沿n1曲線由a1點(diǎn)移到c點(diǎn)，落到水泵安全工作區(qū)外，這是不允許的。解決問題的辦法是關(guān)小給水調(diào)

45、節(jié)閥門，使泵的出口壓力升高，同時(shí)使水泵轉(zhuǎn)速由n1增至n2，當(dāng)給水流量達(dá)到負(fù)荷要求數(shù)值時(shí)，工作點(diǎn)將由a點(diǎn)移到b點(diǎn)，不會(huì)滑到安全工作區(qū)以外，保證了給水泵的安全運(yùn)行。</p><p>　　另外，給水泵有最低轉(zhuǎn)速nmin的要求，這樣在水泵已接近nmin時(shí)就不能以繼續(xù)降低轉(zhuǎn)速的方式來調(diào)節(jié)給水量，這就需要改變上水道阻力（即設(shè)置給水調(diào)解閥）的方式，使泵工作在安全區(qū)內(nèi)。由于兼用改變轉(zhuǎn)速和上水通道阻力兩種方式調(diào)節(jié)給水涼，增加了全程

46、給水自動(dòng)控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。</p><p>　　總之，采用變速泵構(gòu)成全程給水自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)包括以下三個(gè)子系統(tǒng)：</p><p>　　給水泵轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)。根據(jù)鍋爐負(fù)荷要求，控制給水泵轉(zhuǎn)速，改變給水流量。</p><p>　　給水泵最小流量控制系統(tǒng)。低負(fù)荷時(shí)，通過增大水泵再循環(huán)流量的辦法來維持水泵流量不低于設(shè)計(jì)要求的最小流量值，以保證給水泵工作點(diǎn)不落在上限特性曲線的

47、外面。</p><p>　　給水泵出口壓力控制系統(tǒng)。通過控制給水調(diào)節(jié)閥的開度來維持給水泵的出口壓力，保證給水泵工作點(diǎn)不落在最低壓力Pmin線下和下限特性工作曲線之外。</p><p><b>　　3.3切換問題</b></p><p>　　3.3.1 給水流量的測量裝置的切換問題</p><p>　　在全程控制中給水流量

48、測量信號的準(zhǔn)確性與壓力、溫度的校正精度有關(guān)，但主要取決于高、低負(fù)荷時(shí)流量測量的精度。一般，大型單元機(jī)組的給水管路系統(tǒng)如圖3.11所示。</p><p>　　圖3.11 單元機(jī)組給水管路</p><p>　　上面的一路為主給水，在高負(fù)荷時(shí)使用；下面一路為流量較小的旁路給水，鍋爐啟停過程中及低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)用它供水；中間一路為輔助給水，當(dāng)主給水管路發(fā)生故障或因水壓過低而主給水供不應(yīng)求時(shí)使用。圖中＃

49、1、＃2、＃3為截止閥，＃4、＃5、＃6為調(diào)節(jié)閥，＃7為總截止閥。旁路給水管路中的最大流量只有主給水管路流量的30%左右，如果采用一個(gè)孔板測量給水流量，在低負(fù)荷時(shí)必然會(huì)產(chǎn)生較大的測量誤差。為此，給水系統(tǒng)中安裝了1、2兩個(gè)孔板。在鍋爐啟停及低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)用旁路孔板2測量給水量，高負(fù)荷時(shí)用主管路孔板l測量給水量。對于這種采用兩個(gè)測量元件的給水流量測量系統(tǒng)，需要用一個(gè)流量信號運(yùn)算回路，如圖3.12所示。</p><p>

50、　　圖3.12給水流量信號運(yùn)算回路</p><p>　?。╝）運(yùn)算回路；（b）可變系數(shù)k的變化曲線</p><p>　　由于旁路給水管路中的實(shí)際流量為主給水管路的1/4左右，因此測量旁路給水流量的變送器輸出信號要用乘法器乘以0.25系數(shù)，以使使旁路給水流量信號與主給水流量信號具有同樣的變化范圍。在比較器?1中，主給水流量信號W1減去旁路給水流量信號0.25W 2，此差使信號在另一乘法器中

51、乘可變系數(shù)k，乘法器的輸出為k（W 1-0.25 W 2），k值由比例偏置器調(diào)整。當(dāng)給水流量大于25%時(shí)，k值由l向零逐漸變小，如圖（b）中曲線所示。當(dāng)流量達(dá)到30%時(shí)k=0，這時(shí)旁路給水流量信號消失，轉(zhuǎn)入主給水管路的給水流量測量?？梢姳容^器?2的輸出信號為</p><p>　　式中 W——總給水流量信號；</p><p>　　W 1——主

52、給水流量信號；</p><p>　　W 2——旁路給水流量信號。</p><p>　　由上式可見，當(dāng)k=l時(shí)，W =0.25W 2當(dāng)k=0時(shí)，W =W1，這樣就實(shí)現(xiàn)了在低負(fù)荷時(shí)用旁路管路上的孔板2測量給水流量，高負(fù)荷時(shí)用主給水管路上的孔板1測量給水量的要求，從而提高了測量精度。</p><p>　　3.3.2 大小調(diào)節(jié)閥門的切換問題</p><p

53、>　　在給水全程控制中，低負(fù)荷時(shí)通常用旁路閥門（即小閥門）調(diào)節(jié)給水流量，高負(fù)荷時(shí)用主給水閥門（即大閥門）調(diào)節(jié)給水流量。在負(fù)荷變化時(shí)，大小閥門就需要進(jìn)行無擾切換。</p><p>　　圖3.13表示的是這種切換的線路原理。</p><p>　　圖3.13大小調(diào)節(jié)閥無擾切換原理圖</p><p>　　從圖3.13中可以看出，在低負(fù)荷時(shí)，繼電器接點(diǎn)KJ斷開，定值組

54、件GH發(fā)出l0V的階躍信號，經(jīng)過加法器，直接送到小閥回路中的乘法器，即=l0V。小閥回路乘法器輸出</p><p><b>　　＝＝＝a</b></p><p>　　其中 （c =10V）。a信號即為調(diào)節(jié)器的輸出信號，所以小閥回路中的控制信號即為調(diào)節(jié)器輸出信號，小閥處于工作狀態(tài)。</p><p>　　與此同時(shí)，大閥門處于關(guān)閉狀態(tài)。這是因?yàn)镵J斷

55、開，限速組件≮的輸出信號b為0，則大閥回路中的乘法器輸出</p><p><b>　　===0</b></p><p>　　當(dāng)機(jī)組負(fù)荷增加，給水流量增大到一定值時(shí)，絕對值報(bào)警組件H/ L動(dòng)作，使繼電組件KJ激勵(lì)，接點(diǎn)KJ閉合。這時(shí)，限速組件輸入為一個(gè)l0V的階躍信號，其輸出b變?yōu)樾逼滦盘?，?dāng)斜坡信號達(dá)到l0 V時(shí)，</p><p><b&

56、gt;　?。剑剑?lt;/b></p><p>　　即大閥門逐漸開大，最后變?yōu)檎{(diào)節(jié)器的輸出信號，大閥門參與工作。</p><p>　　與此同時(shí)，加法器的輸出信號，即小閥門回路中的信號如圖中所示，為一個(gè)由大到小的斜坡信號。當(dāng)信號降為零時(shí)，小閥門回路的乘法器輸出</p><p><b>　　＝＝＝0</b></p><p&

57、gt;　　即在大閥門開大時(shí)，小閥門相應(yīng)關(guān)小，直到全部關(guān)閉。</p><p>　　由于兩個(gè)閥門的流通量是不同的，所以兩個(gè)閥門的開關(guān)速度應(yīng)該是不同的（如圖3.14所示），而流量應(yīng)該保持相等，這可以通過比例系數(shù)和偏置值進(jìn)行調(diào)整。</p><p>　　圖3.14大小閥門開度變化曲線</p><p>　　繼電組件KJ是由給水流量控制的組件，為了防止啟停過程中造成閥門的多次反

58、復(fù)切換，切換點(diǎn)電壓應(yīng)具有一定的滯環(huán)值。</p><p>　　調(diào)節(jié)閥的切換與截門的切換應(yīng)密切配合，截門應(yīng)在調(diào)節(jié)閥投入工作之前打開。</p><p>　　3.3.3 系統(tǒng)的無擾切換問題</p><p>　　串級三沖量給水控制系統(tǒng)</p><p>　　由汽包鍋爐給水控制對象動(dòng)態(tài)特性的特點(diǎn)，可以確定給水控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一些基本思想：</p>

59、<p>　　由于對象的內(nèi)擾動(dòng)態(tài)特性存在一定的遲延和慣性，所以給水控制系統(tǒng)若采用以水位為被調(diào)量的單回路系統(tǒng)，，則控制過程中水位將出現(xiàn)較大的動(dòng)態(tài)偏差，給水流量波動(dòng)較大。因此，對給水內(nèi)擾動(dòng)動(dòng)態(tài)特性遲延和慣性大的鍋爐應(yīng)考慮采用串級或其他控制方案。</p><p>　　由于對象在蒸汽負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)，有虛假水位現(xiàn)象，因此給水控制若采用以水位為被調(diào)量的單回路系統(tǒng)，則在擾動(dòng)的初始階段，調(diào)解器將使給水流量向與負(fù)荷變化相反

60、的方向變化，從而擴(kuò)大了鍋爐進(jìn)出流量的不平衡。</p><p>　　所以在設(shè)計(jì)給水控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)考慮采用以蒸汽流量D為前饋信號的前饋控制，以改善給水控制系統(tǒng)的品質(zhì)。</p><p>　　總之，由于給水控制系統(tǒng)被控對象的特點(diǎn)，決定了采用單回路反饋控制系統(tǒng)不能滿足生產(chǎn)對控制品質(zhì)的要求，所以電站起爆鍋爐的給水自動(dòng)控制普遍采用三沖量給水自動(dòng)控制。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理串級三沖量給水控制系統(tǒng)圖如圖3.1所

61、示。</p><p>　　串級三沖量控制系統(tǒng)的控制任務(wù)由兩個(gè)調(diào)節(jié)器來完成，主調(diào)節(jié)器PI1采用比例積分控制，保證水位無靜態(tài)偏差。主調(diào)節(jié)器的輸出信號和給水流量、蒸汽流量信號都作用到副調(diào)節(jié)器PI2，一般副調(diào)節(jié)器都采用比例控制規(guī)律，以保證副調(diào)節(jié)回路的快速性。</p><p>　　串級系統(tǒng)主副調(diào)節(jié)器控制任務(wù)不同，副調(diào)節(jié)器的任務(wù)是用以消除給水壓力波動(dòng)等因素引起的給水流量的自發(fā)性擾動(dòng)以及當(dāng)蒸汽負(fù)荷改變時(shí)

62、迅速調(diào)節(jié)給水流量，以保證給水流量和蒸汽流量平衡；主調(diào)節(jié)器的任務(wù)是校正水位偏差。這樣，當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，水位穩(wěn)定值是靠主調(diào)節(jié)器PI1來維持的，并不要求進(jìn)入副調(diào)節(jié)器的蒸汽流量信號的作用強(qiáng)度按靜態(tài)配比來進(jìn)行整定，卻可以根據(jù)對象在外繞下虛假水位的嚴(yán)重程度來適當(dāng)加強(qiáng)蒸汽流量信號的作用強(qiáng)度，從而改變負(fù)荷擾動(dòng)下的水位控制品質(zhì)。所以，三沖量系統(tǒng)有很好的控制品質(zhì)。</p><p>　　鍋爐在不同的負(fù)荷和參數(shù)下，其給水被控對象的動(dòng)態(tài)特性

63、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，對維持水位恒定的要求又不太高，所以允許采用單沖量給水控制系統(tǒng)。此時(shí)如果采用多種自動(dòng)校正措施，則會(huì)使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，整定困難，同時(shí)仍然存在誤差。于是出現(xiàn)了低負(fù)荷時(shí)采用單沖量，高負(fù)荷時(shí)采用三沖量的給水全程控制系統(tǒng)，如圖3.15所示。</p><p>　　圖3.15單沖量系統(tǒng)與三沖量系統(tǒng)相互切換和跟綜線路</p><p>　　

64、圖中PIl是低負(fù)荷時(shí)的單沖量給水調(diào)節(jié)器，它只接受經(jīng)過自動(dòng)校正后（圖中未表示水位信號的自動(dòng)校正回路）的水位信號。高負(fù)荷時(shí)采用串級三沖量給水控制系統(tǒng)，其中PI2為主調(diào)節(jié)器，接受水位信號PI3為副調(diào)節(jié)器，除接受主調(diào)節(jié)器校正信號外，還接受蒸汽流量信號D及給水流量信號W。兩套控制系統(tǒng)的切換是根據(jù)鍋爐負(fù)荷（蒸汽流量）的大小進(jìn)行的。蒸汽流量信號送入偏差報(bào)警繼電器KJ，控制繼電器接點(diǎn)lC和3C。當(dāng)單沖量系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，lC閉合，3C斷開。當(dāng)要求三沖量系統(tǒng)運(yùn)

65、行時(shí)，3C閉合，lC斷開。系統(tǒng)的切換在25%負(fù)荷左右進(jìn)行。為了防止因負(fù)荷波動(dòng)造成系統(tǒng)反復(fù)切換，切換值應(yīng)有10%的滯環(huán)值，就是說出單沖量系統(tǒng)切換為沖量系統(tǒng)是在30%負(fù)荷下進(jìn)行的，由三沖量系統(tǒng)切換為單沖量系統(tǒng)是在20%負(fù)荷下進(jìn)行的。設(shè)計(jì)跟蹤系統(tǒng)的基本原則是：當(dāng)三沖量系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，要求PI1調(diào)節(jié)器的輸出跟蹤PI3調(diào)節(jié)器的輸出；單沖量系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，要求PI3調(diào)節(jié)器的輸出跟蹤PI1調(diào)節(jié)器的輸出；主調(diào)節(jié)器PI2的輸出應(yīng)保證加法器的輸出跟蹤給水流量信號。

66、</p><p>　　4 給水自動(dòng)控制系統(tǒng)方案</p><p>　　由于在低負(fù)荷是虛假水位現(xiàn)象并不嚴(yán)重，所以僅用簡單的單沖量就可以達(dá)到控制效果，并且一般在低負(fù)荷時(shí)都是通過調(diào)節(jié)小閥來控制水位，當(dāng)負(fù)荷升高到一定程度，才通過調(diào)節(jié)電動(dòng)泵或氣動(dòng)泵來調(diào)節(jié)給水量，所以現(xiàn)在電廠通常采用的給水控制系統(tǒng)是低負(fù)荷使用單回路控制，高負(fù)荷使用三沖量控制。即所謂兩段控制，兩段控制方式是指給水控制系統(tǒng)用兩套獨(dú)立的系統(tǒng)，

67、分別指揮自己的執(zhí)行機(jī)構(gòu)來完成給水全程控制的方式。</p><p>　　全程控制的方案有很多，主要有以下幾種：</p><p>　　圖4.1方案—系統(tǒng)示意圖</p><p>　　方案一如圖4.1所示。這是一個(gè)兩段調(diào)節(jié)的方案，用改變調(diào)節(jié)閥門的開度來控制給水量。低負(fù)荷時(shí)用小閥門單沖量系統(tǒng)（PI1），高負(fù)荷時(shí)用大閥門三沖量系統(tǒng)（PI2）。在兩種情況下，都用調(diào)節(jié)器PI3，

68、既保證調(diào)速泵在安全轉(zhuǎn)速內(nèi)工作，又使給水閥門兩端差壓保持為定值。當(dāng)閥門兩端差壓一定時(shí)，其流量與開度的關(guān)系可以近似成線性關(guān)系，故調(diào)節(jié)性能較好。但由于高低負(fù)荷都采用閥門調(diào)節(jié)，特別是高負(fù)荷時(shí)節(jié)流損失大，經(jīng)濟(jì)性較差。</p><p>　　方案二如圖4.2所示。這也是一個(gè)兩段調(diào)節(jié)的方案。調(diào)節(jié)器PI1、PI2調(diào)節(jié)閥門開度，控制給水流量，小負(fù)荷采用單沖量系統(tǒng)，大負(fù)荷采用三沖量系統(tǒng)。調(diào)節(jié)器PI3保證調(diào)速泵出口壓力為一定值Ps（要

69、求Ps> Pb +H p+ k），（Pb為汽包壓力、H p為泵出口到汽包的壓力損失，k為阻力），既保證調(diào)速泵工作在安全區(qū)內(nèi)，同時(shí)又使泵在熱態(tài)啟動(dòng)和冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)有相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。這個(gè)方案結(jié)構(gòu)較方案一簡單，但仍都采用閥門調(diào)節(jié)，故經(jīng)濟(jì)性仍差。</p><p>　　圖4.2方案二系統(tǒng)示意圖</p><p>　　方案三如圖4.3所示。這個(gè)方案中，低負(fù)荷時(shí)通過大值選擇器和調(diào)節(jié)器PI3，使泵運(yùn)行在安

70、全工作的最低轉(zhuǎn)速nmin，通過PIl改變閥門開度來實(shí)現(xiàn)給水量調(diào)節(jié)，所以這時(shí)為兩段調(diào)節(jié)。而在高負(fù)荷時(shí)，閥門開到最大，三沖量調(diào)節(jié)器PI2的輸出大于nmin值，故它的輸出去改變PI3的輸出，使泵的轉(zhuǎn)速改變，從而調(diào)節(jié)給水量，所以這時(shí)是一段調(diào)節(jié)。此方案中，在變負(fù)荷時(shí)用改變泵轉(zhuǎn)速控制給水量，保持水位，經(jīng)濟(jì)性大大改善。但由于有系統(tǒng)、調(diào)節(jié)段、閥門等三種切換，線路復(fù)雜，不易掌握，可靠性也相應(yīng)下降。</p><p>　　圖4.3方

71、案三系統(tǒng)示意圖</p><p>　　方案四如圖4.4所示。此方案在低負(fù)荷時(shí)用PI1調(diào)節(jié)器改變閥門開度來改變給水量，保持水位。同時(shí)，使用泵前壓力調(diào)節(jié)器PI3控制壓力，既使泵工作在安全工作區(qū)內(nèi)，又保證安全供水所需的必要的泵出口壓力。在高負(fù)荷時(shí)切到三沖量控制系統(tǒng)，這時(shí)閥門開到最大，PI2的輸出直接改變變速泵轉(zhuǎn)速，達(dá)到改變給水量、保持水位的目的。此時(shí)泵負(fù)荷增大，即自然工作在安全區(qū)內(nèi)，故不需PI3再進(jìn)行工作。此方案經(jīng)濟(jì)性

72、好，切換簡單，實(shí)現(xiàn)方便。但由于系統(tǒng)切換與調(diào)節(jié)段切換是同時(shí)進(jìn)行的，而這兩者的要求又是不同的，往往因?yàn)橐獫M足一種切換的要求條件而不能滿足另一種切換的要求條件，系統(tǒng)與調(diào)節(jié)段兩種切換集中在同一時(shí)刻進(jìn)行，危險(xiǎn)性集中，對安全運(yùn)行不利。</p><p>　　圖4.4方案四系統(tǒng)示意圖</p><p>　　方案五如圖4.5所示。這個(gè)方案中，低負(fù)荷時(shí)采用單沖量系統(tǒng)（PI1），高負(fù)荷時(shí)采用三沖量系統(tǒng)（PI2

73、），而且都是通過改變調(diào)速泵轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)給水量的調(diào)節(jié)。為了保證給水泵工作在安全工作區(qū)內(nèi)，設(shè)計(jì)了一個(gè)給水泵出口壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)（PI3），通過改變閥門開度來改變泵的出口壓力。在給水泵出口和高壓加熱器出口分別取給水壓力信號送入小值選擇器。當(dāng)機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，高壓加熱器出口的給水壓力總是低于泵的出口壓力。這時(shí)，應(yīng)選高壓加熱器出口給水壓力作為壓力測量值，使泵的實(shí)際工作點(diǎn)在泵下限特性曲線偏左一些，確保泵工作在安全工作區(qū)內(nèi)。當(dāng)機(jī)組熱啟動(dòng)時(shí)，高壓加熱器出口的給

74、水壓力高于泵的出口壓力，小選組件輸出為泵出口壓力，保證泵出口給水壓力升壓過程中，兩個(gè)調(diào)節(jié)閥門均處于關(guān)閉狀態(tài)，直到泵出口壓力大于高壓加熱器出口給水壓力時(shí)，才按高壓加熱器出口的給水壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制兩個(gè)閥門的開度。這個(gè)方案結(jié)構(gòu)合理，經(jīng)濟(jì)性好，切換較簡單，安全可靠性也較好。不足之處是壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)和水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)互相影響，同時(shí)兩個(gè)系統(tǒng)切換動(dòng)作頻繁，使調(diào)節(jié)閥磨損較快。</p><p>　　圖4.5方案五系統(tǒng)示意圖</

75、p><p>　　方案六如圖4.6所示。這是一個(gè)一段調(diào)節(jié)的方案，在低負(fù)荷時(shí)采用PI1單沖量系統(tǒng)，這時(shí)調(diào)速泵由大值選擇器的輸出（GH1）值來控制，使泵維持在允許的最低轉(zhuǎn)速。此時(shí)給水量是通過改變調(diào)節(jié)閥開度來調(diào)節(jié)的。高負(fù)荷時(shí)，閥門開到最大，為了減小阻力，把并聯(lián)的調(diào)節(jié)閥也開到最大，三沖量調(diào)節(jié)器PI2的輸出大于GH1的值，故可直接改變調(diào)速泵轉(zhuǎn)速控制給水量。</p><p>　　在冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，GH1起作用

76、，即讓泵工作在最低轉(zhuǎn)速。在熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)取決于Pb值，泵可以直接工作在較高的轉(zhuǎn)速。</p><p>　　這個(gè)方案中沒有專門設(shè)計(jì)泵出口壓力安全調(diào)節(jié)系統(tǒng)，解決給水泵在安全工作區(qū)的辦法是利用調(diào)速泵運(yùn)行的自然特性，即在定壓運(yùn)行時(shí)用兩臺泵同時(shí)給水的方法，使每臺泵的負(fù)荷不超過86%，這樣泵就自然工作在安全區(qū)內(nèi)。</p><p>　　這個(gè)方案結(jié)構(gòu)最簡單，系統(tǒng)和調(diào)節(jié)段兩種切換互相錯(cuò)開，Pb是開環(huán)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)段是

77、無觸點(diǎn)自由過渡，安全性能好，是一個(gè)好方案。</p><p>　　圖4.6方案六系統(tǒng)示意圖</p><p>　　由以上分析可以看出，方案四、五、六都是較好的方案，特別是方案五、六，優(yōu)點(diǎn)更多些。</p><p>　　5 給水全程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1全程給水系統(tǒng)說明</p><p>　　全程給水sama

78、圖見附錄</p><p><b>　　邏輯信號說明</b></p><p>　　邏輯信號1：給水手動(dòng)或負(fù)荷〉30%，PID3跟蹤</p><p>　　邏輯信號2：當(dāng)1PI處于跟蹤狀態(tài)時(shí)，給水手動(dòng)并且旁閥開度〈90%，PID1跟蹤信號V；否則跟蹤A泵和B泵中轉(zhuǎn)速較大的值。</p><p>　　邏輯信號3：給水手動(dòng)或負(fù)荷〈3

79、0%，PID2跟蹤。</p><p>　　邏輯信號4：給水手動(dòng)或負(fù)荷〈30%，PID1跟蹤。</p><p>　　邏輯信號5：旁閥雙回路跟蹤時(shí)，將接通旁閥位置反饋信號；否則，接通手動(dòng)給定值。</p><p>　　邏輯信號6：旁閥雙回路跟蹤或手動(dòng)時(shí)，接通反饋值；否則，接通控制信號。</p><p>　　邏輯信號7：給水手動(dòng)時(shí)，接通A泵轉(zhuǎn)速反饋值

80、；否則，接通控制信號PID2輸出。</p><p>　　邏輯信號8：A泵雙回路跟蹤時(shí)，接通A泵轉(zhuǎn)速反饋值；否則，接通手動(dòng)給定值。</p><p>　　邏輯信號9：A泵手動(dòng)時(shí)，接通轉(zhuǎn)速反饋值或者手動(dòng)給定值；否則，接通控制信號。</p><p>　　邏輯信號10：A泵轉(zhuǎn)速信號反饋值與給定值偏差太大時(shí)報(bào)警。</p><p>　　邏輯信號12：B泵雙

81、回路跟蹤時(shí)，接通B泵轉(zhuǎn)速反饋值；否則，接通手動(dòng)給定值。</p><p>　　邏輯信號13：B泵手動(dòng)時(shí)，接通轉(zhuǎn)速反饋值或者手動(dòng)給定值；否則，接通控制信號。</p><p>　　邏輯信號14：A泵轉(zhuǎn)速信號反饋值與給定值偏差太大時(shí)報(bào)警。</p><p>　　控制系統(tǒng)的跟蹤與切換</p><p>　　當(dāng)負(fù)荷小于30%時(shí)，采用單回路輸出信號來控制閥門開

82、度，此時(shí)三沖量主調(diào)節(jié)器PID1跟蹤總給水流量與主蒸汽流量SW之差，三沖量副調(diào)節(jié)器PID2的輸入信號即為0，PID2輸出跟蹤單回路控制器PID3的輸出，并產(chǎn)生控制信號去控制閥門和電泵。</p><p>　　當(dāng)負(fù)荷增加到30%后，采用三沖量進(jìn)行控制此時(shí)，PID1停止跟蹤，該將水位給定值H和測量值進(jìn)行偏差運(yùn)算并進(jìn)行調(diào)節(jié)，其結(jié)果經(jīng)過高低限幅運(yùn)算與主蒸汽流量一同送入副調(diào)節(jié)器PID2，此時(shí)PID2也停止跟蹤，進(jìn)行調(diào)節(jié)工作，輸

83、出控制信號。由于在負(fù)荷〈30%時(shí)，PID2的輸出是跟蹤PID3的，所以切換是無擾動(dòng)的。PID3這時(shí)轉(zhuǎn)為跟蹤PID2輸出的控制信號，以實(shí)現(xiàn)由三沖量向單沖量的切換也能無擾進(jìn)行。</p><p><b>　　泵和閥門的運(yùn)行</b></p><p>　　從3PI輸出的控制信號經(jīng)過f1(x)運(yùn)算后，轉(zhuǎn)化為使旁閥開度在0~100%時(shí)，符合可以從0~30%變化的信號。并由位置變送器

84、ZT將旁閥位置反饋回來，如果反饋值和位置信號相差過大，則出現(xiàn)旁閥閥位偏差報(bào)警。</p><p>　　3PI的輸出經(jīng)過f2(x)運(yùn)算后變?yōu)榭梢栽?~100%負(fù)荷調(diào)節(jié)給水量的信號去控制A泵轉(zhuǎn)速。該信號經(jīng)過一個(gè)低限幅模塊后，在符合小于30%時(shí)，不動(dòng)作，電泵維持在最低轉(zhuǎn)速。只有當(dāng)負(fù)荷升高到一定程度，控制信號經(jīng)f2(x)運(yùn)算后大于給定值時(shí)，才能作為泵的轉(zhuǎn)速給定值去控制泵的給水流量。同時(shí)，轉(zhuǎn)速測量裝置會(huì)將泵的轉(zhuǎn)速反饋回來，若

85、和給定值偏差過大，則會(huì)出現(xiàn)A泵轉(zhuǎn)速偏差報(bào)警。B泵同理。</p><p><b>　　手/自動(dòng)切換問題</b></p><p>　　當(dāng)給水手動(dòng)控制時(shí)，也存在跟蹤問題。PID3在手動(dòng)并且旁閥開度大于30%時(shí)，會(huì)跟蹤A泵和B泵轉(zhuǎn)速信號中的較大值，在手動(dòng)并且旁閥開度小于30%時(shí)，會(huì)跟蹤旁閥位置信號。此時(shí)，PID2跟蹤PID3的輸出信號。PID1跟蹤給水流量與蒸汽流量SW之差，

86、當(dāng)旁閥硬手操時(shí)，則處于雙回路跟蹤狀態(tài)，這時(shí)控制信號直接跟蹤旁閥位置變送器的輸出值。如果旁閥處于手動(dòng)，則跟蹤手動(dòng)給定值。A泵和B泵同理。由于這些跟蹤，使得在手/自動(dòng)切換時(shí)得以無擾進(jìn)行。</p><p><b>　　6 仿真及整定</b></p><p>　　采用的仿真軟件為MATLAB，在其Simulink工具箱中搭建仿真框圖進(jìn)行仿真。</p><p

87、><b>　　6.1 子系統(tǒng)仿真</b></p><p>　　搭建單回路仿真框圖如圖6.1：</p><p>　　圖 6.1單回路仿真框圖</p><p>　　其中，為給水流量在低負(fù)荷時(shí)對汽包水位的傳遞函數(shù)。</p><p>　　經(jīng)整定得P= 5 ，I=0.4</p><p>　　系統(tǒng)在給定

88、值擾動(dòng)下的階躍響應(yīng)曲線如圖6.2：</p><p>　　圖6.2 單回路系統(tǒng)在給定值單位階躍擾動(dòng)下的響應(yīng)曲線</p><p>　　搭建串級三沖量控制系統(tǒng)仿真框圖如圖6.3：</p><p>　　圖6.3 串級三沖量仿真框圖</p><p>　　其中， 為給水流量在高負(fù)荷時(shí)對汽包水位的傳遞函數(shù)；為蒸汽流量擾動(dòng)在高負(fù)荷時(shí)對汽包水位的傳遞函數(shù)；&l

89、t;/p><p>　　經(jīng)整定得P=0.9，I=0.075；P1=4，I1=0.05</p><p>　　串級三沖量系統(tǒng)在給定值階躍擾動(dòng)下的響應(yīng)曲線如圖6.4：</p><p>　　圖6.4 三沖量系統(tǒng)在給定值單位階躍擾動(dòng)下的響應(yīng)曲線</p><p>　　串級三沖量系統(tǒng)在蒸汽階躍擾動(dòng)下的響應(yīng)曲線如圖6.5：</p><p>

90、　　圖6.5 串級三沖量系統(tǒng)在蒸汽單位階躍擾動(dòng)下的響應(yīng)曲線</p><p>　　串級三沖量系統(tǒng)在給水流量單位階躍擾動(dòng)下的響應(yīng)曲線如圖6.6：</p><p>　　圖6.6串級三沖量系統(tǒng)在給水流量單位階躍擾動(dòng)下的響應(yīng)曲線</p><p>　　6.2 全程給水系統(tǒng)仿真</p><p>　　通過全程給水仿真使單回路和三沖量兩個(gè)子系統(tǒng)結(jié)合起來，仿真中

91、選擇在200s時(shí)使系統(tǒng)從單回路切換到三沖量控制，測試其控制品質(zhì)。</p><p>　　仿真框圖如圖6.7：</p><p>　　圖6.7全程給水控制仿真框圖</p><p>　　在0秒加入給定階躍擾動(dòng),該仿真試驗(yàn)在300s時(shí)由單回路切換到三沖量，在600s時(shí)加入了蒸汽流量的階躍擾動(dòng)。900秒加入給水節(jié)約擾動(dòng),響應(yīng)曲線如圖6.8:</p><p&g

92、t;<b>　　圖6.8全程仿真圖</b></p><p>　　執(zhí)行器輸出如圖6.9：</p><p>　　圖6.9執(zhí)行器輸出曲線</p><p>　　測試結(jié)果表明，系統(tǒng)調(diào)節(jié)性能良好，在切換過程中沒有出現(xiàn)劇烈抖動(dòng)，執(zhí)行器輸出也無急劇變化的情況發(fā)生。</p><p><b>　　6.3 魯棒性測試</b&g

93、t;</p><p>　　將各環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)做以下調(diào)整:</p><p>　　低負(fù)荷時(shí)給水力量擾動(dòng)對汽包水位的傳遞函數(shù)由；高負(fù)荷時(shí)改為蒸汽流量擾動(dòng)改為</p><p>　　重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)步驟，得到以下一組仿真曲線如圖6.10：</p><p><b>　　圖6.10響應(yīng)曲線</b></p><p>　

94、　執(zhí)行器輸出如圖6.11：</p><p>　　圖6.11執(zhí)行器輸出曲線</p><p>　　經(jīng)測試，系統(tǒng)魯棒性能良好 </p><p><b>　　全文總結(jié)</b></p><p>　　汽包水位是鍋爐運(yùn)行中一個(gè)重要的參數(shù)。他間接反映了鍋爐蒸汽負(fù)荷與給水量之間的平衡關(guān)系，維持汽包水位正常是保證鍋爐和氣輪機(jī)安全運(yùn)行的必要

95、條件。因此，給水系統(tǒng)的自動(dòng)化問題也是人們關(guān)注的重點(diǎn)。</p><p>　　由于鍋爐水位有其自身的動(dòng)態(tài)特性，比如非自衡，虛假水位等，這就給鍋爐給水自動(dòng)控制帶來了困難。為了解決這一問題，我們在虛假水位較嚴(yán)重的高負(fù)荷采取了三沖量控制，即不僅僅由汽包水位這一反饋值來來調(diào)節(jié)給水流量，同時(shí)又增加了內(nèi)回路來消除給水側(cè)的擾動(dòng)，增加了蒸汽流量作為前饋來克服虛假水位現(xiàn)象給控制造成的困難。</p><p>　　

96、同時(shí)，在設(shè)計(jì)中還存在一些問題，比如：信號的測量。對水位信號的測量我們采取了壓力補(bǔ)償?shù)姆椒▉硖岣邷y量的精確度，流量的測量采取了溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ羝髁康牟扇×苏{(diào)速及壓力補(bǔ)償?shù)姆椒?；同時(shí)，還存在各個(gè)調(diào)節(jié)閥門之間的切換問題，以及手自動(dòng)切換問題，解決這一問題基本的原則就是保持信號間的互相跟蹤。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　于希寧, 劉

97、紅軍. 自動(dòng)控制原理（第二版）. 中國電力出版社，2006-1.</p><p>　　張蓮.現(xiàn)代控制理論. 清華大學(xué)出版社, 2008-1.</p><p>　　金以慧.過程控制. 清華大學(xué)出版社, 2005-6.</p><p>　　劉玲. 汽包鍋爐給水調(diào)節(jié)統(tǒng)中單／三沖量切換方案. 煤炭技術(shù). 2003,12系</p><p>　　蔡勇承

98、, 徐進(jìn), 齊全, 屠勤, 徐耀良. 300MW機(jī)組全程給水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì). 華東電力, 2006-12:80-82.</p><p>　　魏小兵.全程給水控制在2×600MW機(jī)組的應(yīng)用.電力學(xué)報(bào),2008-6:191-193.</p><p>　　張麗香, 田丹. 陽城6×350 MW 機(jī)組給水全程控制系統(tǒng)分析. 電力學(xué)報(bào), 2000-15-1：1-4.</p&

99、gt;<p>　　梁福余, 莊建華. 國產(chǎn)600MW超臨界機(jī)組全程給水控制策略. 華電技術(shù), 2008-7:64-67.</p><p>　　康澄杰, 曹泉. 陽邏電廠4號機(jī)組給水全程控制改造.湖北電力, 2003-4 :36-38.</p><p>　　鄭阿奇. MATLAB使用教程第1版. 電子工業(yè)出版社. 2004,5.</p><p>　　劉艷

100、文, 丁滿堂, 苗永旗. 陽泉二電廠2號機(jī)組全程給水控制系統(tǒng)的研究改進(jìn).山西電力技術(shù), 1999-2:23-25.</p><p>　　林蕾. 全程給水控制系統(tǒng)在臺山電廠的應(yīng)用. 福建電力與電工, 2004-12 :52-54.</p><p>　　呂玉坤, 張健, 王建, 劉玉波, 康樂嘉.單元制機(jī)組給水全程控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì). 電站系統(tǒng)工程. 2007-7：62-64.

101、</p><p>　　林文孚. 胡燕. 單元機(jī)組自動(dòng)控制技術(shù). 中國電力出版社（第二版）, 2008年1月.</p><p>　　陳劍平, 馬吉強(qiáng). 給水全程控制應(yīng)用與分析. 和利時(shí)應(yīng)用技術(shù)篇.27-29.</p><p>　　潘維加, 嚴(yán)俊峰. 汽包鍋爐給水全程控制系統(tǒng)分析的幾個(gè)關(guān)鍵問題. 長沙理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2005-6：44-47.</p>&l

102、t;p>　　厲偉, 吳靈, 董文忠. 火力發(fā)電廠單元機(jī)組給水全程控制系統(tǒng)淺析. 沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2007-10：551-553 </p><p>　　李遵基. 電力控制理論及其應(yīng)用第1版. 中國電力出版社. 2003,7</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本文的研究工作是在dd老師的悉心指導(dǎo)下完成的

103、。</p><p>　　我首先要衷心地感謝dd！在畢業(yè)設(shè)計(jì)這段時(shí)間里，在學(xué)習(xí)上于老師都給予我許多關(guān)懷和指導(dǎo)。同時(shí)，我感受到他淵博的知識、敏捷的思維、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度和永不倦怠的敬業(yè)精神，這些都使我深受感動(dòng)和熏陶。</p><p>　　在論文的研究過程中，我們班的同學(xué)，他們都曾無私的為我提供了協(xié)助，幫助我克服大量專業(yè)方面的難點(diǎn)，同時(shí)為本文的研究和寫作營造了一個(gè)良好的學(xué)習(xí)氛圍，在此對他們表示