【正文】 因此工程中很少采用純積分調(diào)節(jié)器，廣泛采用的是比例積分調(diào)節(jié)器。積分 作用可以實現(xiàn)無差調(diào)節(jié)，只要偏差存在，積分控制作用一直增加；換言之，只有偏差為零時，積分作用才停止變化，這表明系統(tǒng)達到再次穩(wěn)定狀態(tài)時，被調(diào)量的偏差必然為零。三種調(diào)節(jié)規(guī)律的組合可設(shè)計出多種調(diào)節(jié)規(guī)律的調(diào)節(jié)器，如比例調(diào)節(jié)器、比例積分調(diào)節(jié)器、比例積分微分調(diào)節(jié)器等。為保證被調(diào)量無靜差，主調(diào)節(jié)器采用 PI控制規(guī)律，副調(diào)節(jié)器采用 PI或 P控制規(guī)律，副調(diào)節(jié)器接受三個輸入信號，信號之間有靜態(tài)配合問題，但系統(tǒng)的靜態(tài)特性由主調(diào)節(jié)器決定，因此蒸汽流量信號并不要求與給水流量信號相等。 采用串級控制系統(tǒng)將具有更好的控制品質(zhì)，調(diào)試整定也比較方便，故在大型汽包爐上可采用串級三沖量給水控制系統(tǒng)。其中給水流量和蒸汽流量是影響汽包水位的 2 種主要擾動，前者來自調(diào)節(jié)側(cè)，稱為內(nèi)擾，后者來自負荷側(cè)，稱為外擾。汽包水位過低，可能破壞鍋爐水循環(huán)，導(dǎo)致水冷壁管被燒壞。 (4)串級系統(tǒng)還可以接入其他沖量信號（如燃料信號等）形成多參數(shù)的串級系統(tǒng)。 (2)在負荷變化時，水位靜態(tài)值是靠主調(diào)節(jié)器 1PI 來維持的，并不要求進入副調(diào)節(jié)器的蒸汽流量信號的作用強度按所謂“靜態(tài)配合”來進行整定。因為函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生連續(xù)函數(shù)，而電動泵的副調(diào)節(jié)器通過切換開關(guān)跟蹤函數(shù)發(fā)生器的輸出，且當閥門開足時才開始調(diào)泵的轉(zhuǎn)速，所以從調(diào)閥到調(diào)泵的切換是無擾的。同理，氣泵 B 與氣泵 A控制方式相同。汽泵 A 副調(diào)節(jié)器輸出信號與小汽機 A 的反饋信號作和，通過通過手 /自動操作器控制汽動泵轉(zhuǎn)速，同時可進行轉(zhuǎn)速顯示。電動給水泵勺管信號和電動電動給水泵勺管位置反饋信號作和進行高、低限監(jiān)視，電動給水泵勺管位置偏差大時，電泵切手動。 30%～ A%負荷階段采用電動泵控制給水量。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。此時三沖量系統(tǒng)尚不能使用，給水旁路門已全開，只能提高給水泵轉(zhuǎn)速來滿足給水量的增加，通過切換開關(guān)使函數(shù)發(fā)生器的輸出值隨控制信號（ PID1 的輸出）變化。對給水進行高限監(jiān)視，給水旁路門在最大位置； 低限監(jiān)視，給水旁路門在最小。 當水位測量值高時，高信號監(jiān)視，當汽包水位高三值時，通過 ASSIGN 送到送到 BMS。當汽包水位測量值與調(diào)節(jié)器的設(shè)定值取偏差，當偏差大時，給水旁路門切手動。降負荷切換時，增加了切換惰性回路，當負荷小于 25%時才切換至旁路給水。系統(tǒng)的切換在 25%負荷左右進行。兩套控制系統(tǒng)的切換是根據(jù)鍋爐負荷（蒸汽流量）的大小進行的。于是出現(xiàn)了低負荷時采用 單沖量，高負荷時采用三沖量給水控制系統(tǒng)，如圖 所示?？梢?，串級三沖量控制系統(tǒng)比單級三沖量控制系統(tǒng)的工作更合理，控制品質(zhì)要好，是現(xiàn)場廣泛采用的給水控制系統(tǒng)。 圖 汽動泵控制線路圖 鐵嶺電廠 3機組 汽包水位控制系統(tǒng)設(shè)計 23 單沖量 /三沖量轉(zhuǎn)換 單沖量控制系統(tǒng)是一個只采用汽包水位信號和一個 PI 調(diào)節(jié)器的反饋控制系統(tǒng) 。當運行到一定負荷下，切換到遠端自動控制，轉(zhuǎn)換器輸出 N 端信號。 圖 電動泵制線路圖 沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 汽動泵的控制 小負荷時，系統(tǒng)采用單沖量控制。當機組越限位信號，將發(fā)出報警信號。再經(jīng)過主調(diào)節(jié)閥，和主蒸汽流量 D 相加。最后到達顯示部分來控制給水旁路單沖量。 圖 給水流量線路圖 圖 主蒸汽流量測量線路圖 沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 (3)主蒸汽流量信號 圖 為主蒸汽流量測量線路圖。 壓力補償信號是汽包中的左、中、右三個測量點測量的信號經(jīng)過 選擇邏輯通道 作用后信號分別送到飽和水和飽和汽的函數(shù)發(fā)生器中，汽包壓力信號分別進入到切換開關(guān)的 N、Y 兩端，它的控制條件是汽包壓力的高值監(jiān)視信號，當發(fā)生高值報警是輸出 Y 端的 輸入信號，反之輸出 N 端的輸入信號。每臺泵都有再循環(huán)管路，當系統(tǒng)工作在低負荷時再循環(huán)管路的閥門能自動打開，保證泵出口有足夠流量，防止汽蝕。 所以對給水流量測量信號可以只采用溫度校正，若給水溫度變化不大，則不必對給水流量測量信號進行校正。 過熱蒸汽流量信號的壓力、溫度校正 圖 35 過熱蒸汽流量信號的壓力、溫度自動校正線路圖 過熱蒸汽流量測量通常采用標準噴嘴，這種噴嘴基本上是按定壓運行額定工況參數(shù)設(shè)計，在該參數(shù)下運行時，測量精度是較高的。從圖 中可以看出 )( )( sG sa PLH ???? ? ???? （ ） 當 L 一定時，水位 H 是差壓和汽、水密度的函數(shù)。測量信號校正的基本方法是：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)成運算電路進行運算，便可實現(xiàn)自動校正。 汽包水位的測量 如 下 圖所示 ， 單式平衡容器的水位測量公式為 ΔH=［ L(ρaρs)gΔP］ /［ ρωρs)g］ H0， () 式中 ΔH為水位儀的顯示值 ； ΔP為差壓信號 ； L 為正、負壓取出管間的距離 ； H0為汽包零水位線到負壓管的距離 ； ρω為飽和水的密度 ， ρω=f(P)， P 為汽包壓力 ； ρs 為飽和蒸汽的密度 ， ρs=g(P)， P 為汽包壓力 ； ρa為正壓側(cè)導(dǎo)壓管中水的密度 ， ρa=h(p,ta)， p 為汽包壓力 ， ta為 Pt100 鉑電阻測量的溫度值 (Pt100 安裝位置可上下移動 ， 以消除偏差 ,A,B,C 表示鉑電阻是三線制接法 )。因此，水位波動的大小，也與燃燒工況改變的強烈程度以及運行調(diào)節(jié)的及時性有關(guān)。 (2)汽包壓力變化速度 鐵嶺電廠 3機組 汽包水位控制系統(tǒng)設(shè)計 13 汽包壓力發(fā)生擾動時，壓力降低則水位上升，壓力升高則水位下降，汽包壓力變化速度越快，對水位的影響也就越大。 (1)鍋爐負荷 汽包水位是否穩(wěn)定首先取決于鍋爐負荷的變化及其變化的速度，例如，鍋爐的負荷突然升高，在給水和燃料量未及時調(diào)整之前，會使水位先升高，最終則降低。汽包水位過低，則可能破壞鍋爐水循環(huán)，造成水冷壁管燒壞而破裂。 汽包的工作原理 汽包水位是鍋爐運行中一個重要的監(jiān)控參數(shù)。水位與定值發(fā)生偏差時，經(jīng)比例、積分運算后去控制旁路給水閥。實踐證明，無論是電站鍋爐，或者是工業(yè)鍋爐，用人工操作調(diào)節(jié)水位，既不安全，也不經(jīng)濟，其最有效的方法是實現(xiàn)給水自動調(diào)鐵嶺電廠 3機組 汽包水位控制系統(tǒng)設(shè)計 11 節(jié)。所以，正常運行時汽包水位應(yīng)在給定值的 ? 15mm上下范圍波動。鍋爐的水位是影響安全運行的重要因素。因此加快了負荷變化時水位的變化速度。 (4)在多種調(diào)節(jié)機構(gòu)的復(fù)雜切換過程中，給水控制系統(tǒng)都必須保證無擾。 沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 3 鐵嶺電廠 3 機組汽包水位控制系統(tǒng)設(shè)計 汽包水位控制系統(tǒng)總體方案的確定 為保證機組的安全運行 ， 我們對給水控制系統(tǒng)提出了很高的要求：在控制設(shè)備正常的條件下，不需要操作人員干涉，就能保證汽包水位在允許范圍內(nèi)，這是一個比較復(fù)雜的過程，因此對給水控制系統(tǒng)提出以下要求： (1)在給水控制系統(tǒng)中，不僅要滿足給水 調(diào)節(jié)的要求，同時還要保證給水泵工作在安全區(qū)內(nèi)，這往往需要有兩套控制系統(tǒng)來完成，及所謂的兩段調(diào)節(jié)。由于熱慣性的原因，這種“虛假水位”沒有蒸汽流量擾動下的“虛假水位”那樣嚴重。 爐膛熱負荷擾動下對象的動態(tài)特性 當燃料 M 增加時，爐膛熱負荷隨著增加，水循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的汽水混合物的氣泡比例增加，蒸發(fā)強度增加。虛假水位的變化情況和鍋爐的特性有關(guān)，燃料突然減小時（如鍋 爐滅火），“虛假水位”約在 2～ 4分鐘內(nèi)即鐵嶺電廠 3機組 汽包水位控制系統(tǒng)設(shè)計 9 達到最低值。 沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 圖 給水擾動傳遞函數(shù) 方框圖 蒸汽流量擾動下對象的動態(tài)特性 蒸汽流量擾動下水位的階躍起反應(yīng)曲線如圖 所示。在此過 程中，負荷還未變化，汽包中水仍在蒸發(fā)，因此水位也有下降趨勢。 鐵嶺電廠 3機組 汽包水位控制系統(tǒng)設(shè)計 7 各種擾動下水位變化的動態(tài)特性 給水流量擾動下對象的動態(tài)特性 圖 為給水量擾動下水位階躍響應(yīng)曲線。鍋爐水位調(diào)節(jié)對象的原理結(jié)構(gòu)如圖 所示。因此，鍋爐運行中，保持汽包水位在一定范圍是十分重要的自動控制問題。從水位反映儲水量來看，調(diào)節(jié)對象是一個無自平衡能力的對象，這是因為儲水量的變化是由給水流量和蒸汽流量變化引起的，而水位變化后既不能影響給水流量，又不能影響蒸發(fā)量，所以說水位調(diào)節(jié)對象是沒有自平衡能力的。 沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 2 給水被控對象的動態(tài)特性 在討論汽包水位控制系統(tǒng)之前，必須先分析被控對象的動態(tài)特性，然后才能設(shè)計出一個合理的給水控制系統(tǒng)。與單級三沖量系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)多采用了一個 PI 調(diào)節(jié)器，兩個調(diào)節(jié)器分工明確、串聯(lián)工作，主調(diào)節(jié)器 PI1 為水位調(diào)節(jié)器，它根據(jù)水位偏差產(chǎn)生給水流量給定值，副調(diào)節(jié)器 PI2 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，并消除給水側(cè)的擾動；蒸汽流量信號作為前饋信號用來維持負荷變動時的物質(zhì)平衡，由此構(gòu)成的是一個前饋－反饋雙回路控制系統(tǒng)。 (2)單級三沖量控制系統(tǒng) 其基本結(jié)構(gòu)如圖 （ 2）所示，該系統(tǒng)采用一個 PI 調(diào)節(jié)器，并根據(jù)汽包水位、蒸汽流量和給水流量三個信號的變化去控制給水流量。汽包鍋爐給水自動控制系統(tǒng)的任務(wù)是維持汽包水位在設(shè)定數(shù)值。這些控制系統(tǒng)可以對整個生產(chǎn)過程進行控制和自動調(diào)節(jié)，根據(jù)不同情況協(xié)調(diào)各設(shè)備的工作狀況，使整個電廠的自動化水平達到了新的高度。 除了上述的主要系統(tǒng)外，火電廠還有其它一些輔助生產(chǎn)系統(tǒng)，如燃煤的輸送系統(tǒng)、水的化學(xué)處理系統(tǒng)、灰漿的排放系統(tǒng)等。爐、機、電是火電廠中的主要設(shè)備，亦稱三大主機。在循環(huán)過程中難免有汽水的泄露，即汽水損失，因此要適量地向循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)補給一些水，以保證循環(huán)的正常進行。高速流動的蒸汽推動汽輪機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，形成機械能。部分水在冷壁中被加熱沸騰后汽化成水蒸汽，這些飽和蒸汽由汽包上部流出進入過熱器中。 鐵嶺電廠 3機組 汽包水位控制系統(tǒng)設(shè)計 3 火電廠基本生產(chǎn)過程 圖 凝汽式燃煤電廠的生產(chǎn)過程示意圖 在除氧器水箱內(nèi)的水經(jīng)過給水泵升壓后通過高壓加熱器送入省煤器。 機組采用的分散控制系統(tǒng)是 Ovation 系統(tǒng)。微型計算機可靠、 價廉，還有很強的計算、邏輯判斷、記憶功能，它能快速計算機組在正常運行時以及啟停過程中的重要數(shù)據(jù)，進行事故分析、處理。 (4)自動保護。將程序控制技術(shù)、邏輯功能和保護同自動調(diào)節(jié)結(jié)合起來，可以實現(xiàn)全程控制，即在機組啟動、停止及正常運行的全過程中，實現(xiàn)自動控制，如水位全程控制。檢測所采用的裝置有測量儀表、記錄儀表、巡回檢測裝置、工業(yè)電視等。 火電廠自動化的內(nèi)容 火電廠自動化的范圍是極其廣泛的，它包括主機、輔助設(shè)備、公用系統(tǒng)等的自動化，沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 大致可以分為四個基本內(nèi)容： (1)自動檢測。電力工業(yè)中電廠熱工生產(chǎn)過程自動化技術(shù)相對于其它民用工業(yè)部門有較長的歷史和較高的自動化水平，電廠熱工自動化水平的高低是衡量電廠生產(chǎn)技術(shù)的先進與否和企業(yè)現(xiàn)代化的重要標志 [2]。只有電力產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展才有可能保證整個國民經(jīng)濟的迅速而穩(wěn)步的發(fā)展 [1]。 目前生產(chǎn)過程自動化的程度已成為衡量工業(yè)企業(yè)現(xiàn)代化水平的一個重要標志，這在電力行業(yè)更為突出?？刂品桨覆捎脝?/三沖量結(jié)合，在低負荷時采用單沖量控制，在高負荷時采用三沖量控制 ,實現(xiàn)了全程給水自動控制。鐵嶺電廠 3機組汽包水位控制系統(tǒng)設(shè)計 I 摘 要 本文針對給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的被控對象動態(tài)特性、熱工測量信號、調(diào)節(jié)機構(gòu)特性，分析了三沖量給水控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理，實現(xiàn)單元制給水全程控制系統(tǒng)應(yīng)考慮的問題及控制方案。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、功 能完善、使用可靠，實現(xiàn)了啟動初期鍋爐進水直至停機鍋爐放水全工況下汽包水位的控制，大大的減少了運行人員，達到了減員增效的目的，具有積極的推廣應(yīng)用價值。因為現(xiàn)代化大型火力發(fā)電機組普遍為高參數(shù)，大容量單元機組是由鍋爐、汽輪發(fā)電機組及輔機組成的龐大的設(shè)備群，如果不配備與之相適應(yīng)的自動化系統(tǒng)，其生產(chǎn)過程無法正常運行。 熱力發(fā)電廠是電力工業(yè)的重要組成部分。 早期的自動控制系統(tǒng)因熱力發(fā)電機組單機容量小，對控制系統(tǒng)要求也不高，所以非常簡單，只需對給水、汽溫、汽壓和汽機的轉(zhuǎn)速作簡單的控制。自動檢測是對生產(chǎn)過程及設(shè)備的參數(shù)、信號自動進行轉(zhuǎn)換、加工處理、顯示并記錄下來。 (2)自動調(diào)節(jié)。 (3)遠方控制及程序控制。自動保