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1、锅炉给水控制系统,一、汽包炉给水控制的任务 使锅炉的给水量适应锅炉的蒸发量，维持汽包水位在规定的范围内。具体要求：,（1）维持汽包水位在规定的范围内。正常：H3050mm；异常：H200mm故障：H350mm（2）保持稳定的给水流量。,二、动态特性分析,1.非自衡，虚假水位（气泡体积变化产生虚假水位）2.W 对H的影响惯性大，虚假水位小；D对H的影响惯性小，虚假水位大；B对H的影响惯性最大，虚假水位小。,非沸腾式省煤器炉,3.给水对象传递函数：,1.单冲量控制,特点：结构简单，但虚假水位将导致系统振荡加剧。,三、控制系统结构设计与分析,2.双冲量比值控制,特点：可有效克服虚假水位，长时间D与W
2、的偏差将导致水位大偏差,调节结束时，调节器输入为零,假定在额定负荷（D=D0）时，有H=Hr,上两式相减得：,控制系统原理图,3.单级三冲量控制,给水系统稳定时W=D，因此有：,讨论：（1）若KW=KD,D0,（2）若KWKD,（3）若KWKD,特点：具有单冲量和双冲量控制的优点，但对比值参数要求严格。,4.串级三冲量控制,特点：具有单冲量和双冲量控制的优点，比值参数的误差可通过主调节器校正。,控制系统结构图,控制系统原理图,四、汽包炉单元机组给水控制系统,1.给水热力系统,给水热力系统示意图二,给水泵的安全工作区如图所示。图中阴影区由泵的上、下限特性、最高转速nmax和最低转速nmin，泵出
3、口最高压力Pmax和最低压力Pmin，泵出口最高压力Pmax和最低低压力Pmin围成。给水泵不允许在安全工作区以外工作。为了满足上限特性要求，在锅炉负荷很低时，必须打开再循环门，以增加通过泵的流量。这样，在所需的相同的泵出口压力条件下，可使泵进入上限特性右边的安全区工作，泵工作点由a1移到b1点,2.给水泵安全工作特性要求,由于给水泵有最低转速nmin的要求，在给水泵已接近nmin时就不能以继续降低转速的方式来调节给水量。这就需要用改变上水通道阻力，即设置给水调节阀的方式，使泵工作在安全区内。由于兼用改变泵转速和上水通道阻力两种方式调节给水量，增加了全程给水自动控制系统的复杂性。在锅炉负荷升到
4、一定程度，即泵流量较大时，为了不使泵在下限特性右边区域工作，也需适当提高上水通道阻力，以使泵出口压力提高，这样给水调节门又保证了泵在下限特性左边安全区工作。如图泵工作点由a 2移至b2。,对给水全程自动控制系统提出以下要求在给水全程控制系统中不仅要满足给水量调节的要求，同时还要保证变速给水泵工作在安全工作区内。这往往需要有两套控制系统来完成，即所谓两段调节。由于机组在高、低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。即随着负荷的变化，系统要从单冲量过渡到三冲量系统，或从三冲量过渡到单冲量系统，由此产生了系统的切换问题，并且必须有两套系统相互无扰切换的控制线路。,(3)由于全程控制系
5、统的工作范围较宽，对各个信号的准确测量提出了更严格的要求。例如，在高低负荷不同工况下，给水流量的数值相差很大，必须采用不同的孔板进行测量，这样就产生了给水流量测量装置的切换问题；再如，在锅炉启停过程中，汽压变化很大，汽包水位不仅与平衡容器式水位计测得的差压有关，同时还是主汽压力的函数，因此需要设计用主汽压力对水位差压进行校正的线路。同样，主汽温度和压力在全过程中变化也很大，需要对主蒸汽流量进行校正。,（4）在多种调节机构的复杂切换过程中，给水全程控制系统都必须保证无干扰。高低负荷需用不同的调节阀门，必须解决切换问题，调节阀门的切换伴随着有关截止门的切换，而截止门的切换过程需要一定的时间，导致了
6、水位保持的困难。在低负荷时采用改变阀门的开度来保持泵的出口压力，高负荷时用改变调速泵的转速保持水位，这又产生了阀门与调速泵间的过渡切换问题。点火后，在升温升压过程中，由于锅炉没有输出蒸汽量，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，就需要用开启阀门的方法（双位调节方式）进行水位调节。在这些切换中，系统都必须有相应的安全可靠的系统，保证给水泵工作在安全工作区内。（5）给水全程控制还必须适应机组定压运行和滑压运行工况，必须适应冷态启动和热态启动情况。,测量信号的自动校正 锅炉从启动到正常运行或是从正常运行到停炉的过程中，蒸汽参数和负荷在很大的范围内变化，这就使水位、给水流量和蒸汽流量
7、测量信号的准确性受到影响。为了实现全程自动控制，要求这些测量信号能够自动地进行压力、温度校正。测量信号自动校正的基本方法是，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。按参数变化范围和要求的校正精度不同，可建立不同的数学模型，因而可设计出不同的自动校正方案。,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。,单室平衡容器水位测量,单室平衡容器水位测量校正,采用电气校正回路进行压力校正。就是在水位差压变送器后引入校正回路，图表示单容平衡容器的测量系统。,双室平衡容器水位测量校正,过热蒸汽流量信号的压力、温度校正 过热蒸
8、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，所以要进行压力和温度的校正。可以按下列公式进行校正,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0.19619.6MPa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100290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，其校正回路如图所示。若给水温度变化不
9、大，则不必对给水流量测量信号进行校正。,给水流量测量装置切换系统 在全程控制中给水流量测量信号的准确性与压力、温度的校正精度有关，但主要取决于高、低负荷时流量测量的精度。一般，大型单元机组的给水管路系统如图所示。,全程控制原理图,给水全程控制方案一,该系统为两段式控制的给水全程控制系统。1.014%负荷阶段。主给水电动截止门关闭，PI1调节器的输出控制电动泵转速，保证给水泵出口与汽包之间的差压相对稳定，以保证旁路阀的正常有效工作，使汽包上水自如。而汽包水位则是采用单冲量控制方式通过PI2调节器控制旁路调节阀的开度变化实现的。2.1425%负荷阶段。控制系统自动开启主给水电动截止门，连锁逻辑通过
10、T1选择IM为电动泵的调速指令。K1=2，电泵比率=IC/IFD=(IFD-(IA+IB)/IFD=1-（IA+IB）/IFD=1。3.2535%负荷阶段。连锁逻辑通过T2选择三冲量控制系统结构，由PI4和PI5控制电动泵。K1=2，=1。4.3550%负荷阶段。当机组负荷升至35%时附近时，启动一台汽动泵，当转速达到3100r/min以上时，系统可转入CCS控制给水泵转速。K1=2，K2=0.5，=1-（IA+IB）/IFD,50%负荷以上阶段。当机组负荷升至50%附近时，另一台汽动泵当其转速大于3100r/min以上时，即转入CCS控制转速。这时，可采用三种方式实现负荷转移：（1）电动泵自
11、动，汽动泵手动。电泵的输出为：IC=IFD=IFD-（IA+IB）当手动调整汽泵输出使增加时，电泵输出会自动减少，即电泵自动承担了汽泵剩余的负荷。（2）汽动泵自动，电动泵手动。汽泵的输出为：IQ=0.5（IFD-IC）当手动调整电泵输出使IC减少时，汽泵输出IQ会自动增加，即汽泵自动承担了电泵剩余的负荷。,（3）当电泵、汽泵均在自动时，连锁逻辑通过T3将电泵的比率控制权给运行人员，可在通过操作站M/A3，改变电泵比率，改变电泵、汽泵的负荷分配。逐步降低电泵负荷而增加汽泵负荷。当电泵负荷降到接近最低值、汽泵工作正常、水位稳定时，可停运电泵，作为备用。至此，系统由两台汽泵采用串级三冲量方式控制汽包
12、水位。当采用两台汽泵控制水位时，运行人员可通过M/A4输出调整信号给A、B两侧，使两侧的汽泵出力平衡。,给水泵是单元机组最主要的辅机之一，它的单机功耗最大。为了提高运行经济性，在大型单元机组中一般采用小汽机驱动两台气动泵，配备一台电动泵作为启停及备用。电动泵调速采用液力偶合器。小汽机采用变压运行方式，为满足给水泵的运行要求，小汽机也必须采用变速运行。这种驱动方式的优点是：（1）可满足给水泵向高转速发展的驱动要求，并提供不受限制的驱动功率。（2）小汽机采用主机抽汽作为汽源，可使主机末级蒸汽量减少，从而降低了末级叶片高度，和末级汽流的余速损失，提高了机组的效率。,给水泵汽轮机数字电液控制系统MEH
13、,（3）小汽机与给水泵独立于电网之外，不受电网频率的影响，可保持给水泵转速的稳定。（4）小汽机与给水泵直接连接，传动效率高于液力偶合器。,一、MEH的组成由于汽动泵是通过控制汽泵转速来实现给水流量控制的，小汽机的转速控制贯穿于机组运行全部过程中。也是一种数字电液控制系统。它接受来自CCS的锅炉给水自动控制系统的转速控制信号，直接控制小汽机的进汽调速阀，改变进汽量以满足锅炉所需的汽泵转速。MEH系统由电子控制系统、液压伺服回路、接口部件组成。MEH系统的电子控制系统可以是独立的系统，也可是DCS的组成部分。MEH的主处理器采用双机并行，互为备用，软件监控程序来切换。,HPSV：高压主汽门伺服机构
14、HPGV：高压调速门伺服机构LPSV：低压主汽门伺服机构LPGV：低压调速门伺服机构LVDT：线性位置传感器,驱动给水泵小汽机的蒸汽设计为两路：一路是高压汽源，采用锅炉的输出新蒸汽，另一路是主机的四段抽汽。当主机负荷低于25%时，用新蒸汽供汽，由高压调阀控制进入小汽机的蒸汽量，从而改变小汽机的转速，以控制给水泵的给水量。当主机负荷高于25%而低于40%时，由高压汽源和抽汽汽源同时供汽。这时低压调速阀全开，高压调速阀调速，以控制给水泵的给水量。当主机负荷高于40%时，全部用抽汽供汽，由低压调阀控制小汽机的转速，以控制给水泵的给水量。,在实际运行过程中，30%以下负荷，用电泵调速，控制给水流量。而
15、负荷高于30%时，才开始启动汽泵。故较多是直接利用四段抽气汽源。,二、MEH系统转速控制回路,操作员面板,三、运行方式及切换手动控制方式 手动控制方式是MEH的后备控制方式。正常运行情况下，转速控制范围为600r/min以下。当运行中发生双机故障、失去电源、转速通道故障、实际转速与转速定值偏差大、小汽机脱扣等异常时，系统强制转为手动方式，运行人员也可选择手动控制方式。转速控制方式当转速大于600r/min，若无双机故障信号，运行人员在操作盘上按下“转速自动”按键，可投入转速自动。在转速自动方式下，运行人员在操作盘上按“转速增加”、转速减少“按键，可设定目标值。,遥控方式MEH 进入遥控方式的条
16、件是：（1）MEH 系统处于转速自动控制方式；（2）小汽机转速及转速定值均在3100r/min以上；（3）CCS来“遥控允许”信号；（4）来自CCS的转速指令在31005750r/min之内（420mA）；（5）超速试验钥匙开关在“正常”位置。在上述条件全满足时，在操作盘上按“遥控”按键，MEH进入遥控方式。在遥控方式下接受锅炉给水控制系统的汽泵转速指令。使给水流量满足机组负荷需求。,4.运行方式的切换小汽机刚启动或脱扣复位后，以及计算机电源刚合上时，控制器的初始状态处于手动方式。按“阀位增加”按键，使调门开启，下汽机升速。当转速升到大于600r/min时，可按“转速自动”按键，当系统切至转速
17、自动方式后，按“转速增加”按键，增加转速定目标值，使转速继续增加。从手动切到自动时，由于切换前转速定值跟踪实际转速，故切换可保持阀位开度不变，保证无扰切换。当转速升到大于3100r/min时，且超速试验钥匙开关在“正常”位置，主机接受到CCS来的“遥控允许”的信号后，可按“遥控”按键，系统切换至遥控方式，MEH以来自CCS的420mA给水流量需求信号控制小汽机的转速。切换前CCS已跟踪了实际转速,四、汽机脱扣与超速保护（1）正常超速保护。当转速超过110%额定转速（6325r/min)时，测速板发出脱扣信号，通过超速保护板式主汽阀和调节阀全部关闭，控制器软件超速保护动作转速定为6320r/mi
18、n。到此转速后输出脱扣开关量。为确保安全，如果110%额定转速脱扣发生故障，当转速超过120%额定转速（6900r/min)时，再次发出脱扣信号，不管是否是在进行试验，立即脱扣。遇到紧急情况，可按“汽机脱扣”按键使汽机脱扣。（2）电气超速保护试验。将超速保护试验钥匙处于“电气”位置，并在就地屏蔽机械超速保护动作，将MEH控制器切换到自动转速方式，用“转速增加”按键，直到电气保护动作。在试验后，应按“汽机复位”的步骤使汽机复位到正常，试验结束后，将超速保护试验钥匙置于正常位置，并将机械超速闭锁阀复位。,（3）机械超速保护试验。将超速保护试验钥匙处于机械位置，MEH控制器切换到自动转速方式，“机械超速”指示灯亮，110%额定转速动作脱扣转速信号被隔离。可用“转速增加”按键，直到电气保护动作。在试验结束后，将超速保护试验钥匙置于“正常位置”，电超速隔离撤销，110%额定转速脱扣信号有效“电超速隔离”指示灯灭。,给水泵的程序启停,
