1、1 第二部分第二部分 ： 单元机组自动控制系统分析单元机组自动控制系统分析 2 第五章第五章 单元机组协调控制系统单元机组协调控制系统 (CCS) 5.1 协调控制系统的基本概念协调控制系统的基本概念 大容量机组的汽轮发电机和锅炉都是采用大容量机组的汽轮发电机和锅炉都是采用单单元制元制运行方式。所谓单元制就是由一台汽轮运行方式。所谓单元制就是由一台汽轮发电机组和一台锅炉所组成的相对独立的系发电机组和一台锅炉所组成的相对独立的系统。单元制运行方式与以往的母管制运行方统。单元制运行方式与以往的母管制运行方式相比，机组的热力系统得到了简化，而且式相比，机组的热力系统得到了简化，而且使蒸汽经过中间再热
2、处理成为可能，从而提使蒸汽经过中间再热处理成为可能，从而提高了机组的热效率。高了机组的热效率。 3 一、单元机组负荷控制的特点一、单元机组负荷控制的特点 在单元制运行方式中，锅炉和汽轮发电机既在单元制运行方式中，锅炉和汽轮发电机既要共同保障外部负荷要求，也要共同维持内要共同保障外部负荷要求，也要共同维持内部运行参数部运行参数(主要是主蒸汽压力主要是主蒸汽压力)稳定。单元稳定。单元机组输出的实际电功率与负荷要求是否一致，机组输出的实际电功率与负荷要求是否一致，反映了机组与外部电网之间能量的供求平衡反映了机组与外部电网之间能量的供求平衡关系；而主蒸汽压力是否稳定，则反映了机关系；而主蒸汽压力是否稳
3、定，则反映了机组内部锅炉与汽轮发电机之间能量的供求平组内部锅炉与汽轮发电机之间能量的供求平衡关系。衡关系。 4 锅炉和汽轮发电机的动态特性存在着很大锅炉和汽轮发电机的动态特性存在着很大差异，即汽轮发电机对负荷请求响应快，差异，即汽轮发电机对负荷请求响应快，锅炉对负荷请求响应慢，所以单元机组内锅炉对负荷请求响应慢，所以单元机组内外两个能量供求平衡关系相互间受到制约，外两个能量供求平衡关系相互间受到制约，外部负荷响应性能与内部运行参数稳定性外部负荷响应性能与内部运行参数稳定性之间存在着固有的矛盾，这是单元机组负之间存在着固有的矛盾，这是单元机组负荷控制中的一个最为主要的特点。荷控制中的一个最为主要
4、的特点。 所谓协调就是通过一套控制回路协调锅炉、所谓协调就是通过一套控制回路协调锅炉、汽轮机控制回路的工作，使机组能快速、汽轮机控制回路的工作，使机组能快速、安全、经济地对外界负荷作出响应。安全、经济地对外界负荷作出响应。 5 二、协调控制系统及其任务二、协调控制系统及其任务 单元机组的协调控制系统单元机组的协调控制系统(Coordinated Control System，简称，简称CCS)是根据单元机是根据单元机组的负荷控制特点，为解决负荷控制中的内组的负荷控制特点，为解决负荷控制中的内外两个能量供求平衡关系而提出来的一种控外两个能量供求平衡关系而提出来的一种控制系统。制系统。 6 协调控
5、制系统的主要任务是：协调控制系统的主要任务是： (1)接受电网中心调度所的负荷自动调度指令、接受电网中心调度所的负荷自动调度指令、运行操作人员的负荷给定指令、电网频差信运行操作人员的负荷给定指令、电网频差信号，及时响应负荷请求，使机组具有一定的号，及时响应负荷请求，使机组具有一定的电网调峰、调频能力，适应电网负荷变化的电网调峰、调频能力，适应电网负荷变化的需要。需要。 (2)协调锅炉、汽轮发电机的运行，在负荷变协调锅炉、汽轮发电机的运行，在负荷变化率较大时，能维持两者之间的能量平衡，化率较大时，能维持两者之间的能量平衡，保证主蒸汽压力稳定。保证主蒸汽压力稳定。 7 (3)协调机组内部各控制子系
6、统协调机组内部各控制子系统(燃料、送风、燃料、送风、引风、给水、汽温等控制系统引风、给水、汽温等控制系统)的控制作用，的控制作用，在负荷变化过程中使机组的主要运行参数在在负荷变化过程中使机组的主要运行参数在允许的工作范围内，以确保机组有较高的效允许的工作范围内，以确保机组有较高的效率和可靠的安全性。率和可靠的安全性。 (4)协调外部负荷请求与主辅设备实际能协调外部负荷请求与主辅设备实际能力的关系。在机组主辅设备能力受到限制力的关系。在机组主辅设备能力受到限制的异常情况下，能根据实际情况，限制或强的异常情况下，能根据实际情况，限制或强迫改变机组负荷。这是协调控制系统的联锁迫改变机组负荷。这是协调
7、控制系统的联锁保护功能。保护功能。 8 三、协调控制的基本原则三、协调控制的基本原则 从锅炉燃烧率改变到引起机组输出电功率从锅炉燃烧率改变到引起机组输出电功率变化，其过程有较大的惯性和迟延，如果变化，其过程有较大的惯性和迟延，如果只是依靠锅炉侧的控制，必然不能获得迅只是依靠锅炉侧的控制，必然不能获得迅速的负荷响应。而汽轮机进汽调节阀动作，速的负荷响应。而汽轮机进汽调节阀动作，可使机组释放可使机组释放(或储存或储存)锅炉的部分能量，使锅炉的部分能量，使输出的电功率有较迅速的响应。因此，为输出的电功率有较迅速的响应。因此，为了提高机组的响应性能，可在保证安全运了提高机组的响应性能，可在保证安全运行
8、的前提下，充分利用锅炉的蓄热能力，行的前提下，充分利用锅炉的蓄热能力，在负荷变动时，通过汽轮机进汽调在负荷变动时，通过汽轮机进汽调9 节阀的适当动作，即释放或吸收部分蓄能，节阀的适当动作，即释放或吸收部分蓄能，加快机组初期负荷的响应速度；与此同时，加快机组初期负荷的响应速度；与此同时，根据外部负荷请求指令，加强对锅炉侧燃烧根据外部负荷请求指令，加强对锅炉侧燃烧率率(及相应的给水流量及相应的给水流量)的控制，及时恢复蓄的控制，及时恢复蓄能，使锅炉蒸发量保持与机组负荷一致。这能，使锅炉蒸发量保持与机组负荷一致。这就是负荷控制的基本原则，也是机炉协调控就是负荷控制的基本原则，也是机炉协调控制的基本原
9、则。制的基本原则。 10 四、协调控制方式四、协调控制方式 常见的机组协调控制方式有以下几种方案：常见的机组协调控制方式有以下几种方案： 1以锅炉跟随为基础的协调控制方式以锅炉跟随为基础的协调控制方式 汽轮机先动作，而锅炉随后动作的调节称为汽轮机先动作，而锅炉随后动作的调节称为炉跟随调节模式，简称炉跟随调节模式，简称炉跟机炉跟机。该方式是汽。该方式是汽轮机控制系统控制负荷，锅炉控制系统控制轮机控制系统控制负荷，锅炉控制系统控制主汽压力。这种炉跟随方式的特点是：充分主汽压力。这种炉跟随方式的特点是：充分利用锅炉蓄热，机组功率变化比较快，但主利用锅炉蓄热，机组功率变化比较快，但主汽压力波动比较大。
10、这种方式以满足负荷为汽压力波动比较大。这种方式以满足负荷为主，适用于调峰机组。主，适用于调峰机组。 11 12 2以汽轮机跟随为基础的协调控制方式以汽轮机跟随为基础的协调控制方式 锅炉调节在前，汽轮机调节在后，称为机跟锅炉调节在前，汽轮机调节在后，称为机跟随调节模式，简称随调节模式，简称机跟炉机跟炉。该方式下，锅炉。该方式下，锅炉控制系统控制机组功率，汽轮机控制系统控控制系统控制机组功率，汽轮机控制系统控制主汽压力。机跟随方式特点是：机组功率制主汽压力。机跟随方式特点是：机组功率变化过程中，主汽压力波动比较小，但燃料变化过程中，主汽压力波动比较小，但燃料的燃烧最终变成机组功率需要一定时间，所的
11、燃烧最终变成机组功率需要一定时间，所以机组功率对外界负荷适应性比较差。这种以机组功率对外界负荷适应性比较差。这种方式以保证汽压为主，适用于带基本负荷的方式以保证汽压为主，适用于带基本负荷的机组。机组。 13 14 3综合型协调控制方式综合型协调控制方式 该方式是上述两种协调控制方式的综合，前该方式是上述两种协调控制方式的综合，前两种方式中，只有一个被调量是通过两个控两种方式中，只有一个被调量是通过两个控制变量的协调操作来加以控制的，而另一个制变量的协调操作来加以控制的，而另一个被调量是单独由一个控制变量来控制的，因被调量是单独由一个控制变量来控制的，因而，它们只是实现了而，它们只是实现了“单向
12、单向”协调。协调。 “单向单向”协调控制在负荷的响应过程中，机协调控制在负荷的响应过程中，机组或机炉之间的能量供求仍存在较大的动态组或机炉之间的能量供求仍存在较大的动态失衡现象。失衡现象。15 为避免这一问题，综合协调控制方式采用的为避免这一问题，综合协调控制方式采用的是是“双向双向”协调，即任一被控量都是通过两协调，即任一被控量都是通过两个控制变量的协调操作加以控制的。个控制变量的协调操作加以控制的。 当负荷指令当负荷指令P0改变时，机、炉主控制器同时改变时，机、炉主控制器同时对汽轮机侧和锅炉侧发出负荷控制指令，改对汽轮机侧和锅炉侧发出负荷控制指令，改变燃烧率和汽轮机进汽调节阀开度，一方面变
13、燃烧率和汽轮机进汽调节阀开度，一方面利用蓄能暂时应付负荷请求，快速响应负荷，利用蓄能暂时应付负荷请求，快速响应负荷，另一方面改变进入锅炉的能量，以保持机组另一方面改变进入锅炉的能量，以保持机组输入能量与输出能量的平衡。输入能量与输出能量的平衡。 16 17 由此可见，综合型协调控制方式能较好地保由此可见，综合型协调控制方式能较好地保持机组内、外两个能量供求的平衡关系，既持机组内、外两个能量供求的平衡关系，既具有较好的负荷适应性能，又具有良好的汽具有较好的负荷适应性能，又具有良好的汽压控制性能，是一种较为合理和完善的协调压控制性能，是一种较为合理和完善的协调控制方式，但系统结构比较复杂。控制方式
14、，但系统结构比较复杂。 应当明确，无论是何种协调控制方式，都是应当明确，无论是何种协调控制方式，都是从解决从解决“快速负荷响应和主要运行参数稳定快速负荷响应和主要运行参数稳定”这一对源于机、炉动态特性差异的矛盾而设这一对源于机、炉动态特性差异的矛盾而设计的。把握这一要点，对认识、分析、设计计的。把握这一要点，对认识、分析、设计协调控制系统大有益处。协调控制系统大有益处。 18 5.2 协调控制系统分析协调控制系统分析 一、协调控制系统的基本组成一、协调控制系统的基本组成 单元机组协调控制系统是由负荷管理控制中单元机组协调控制系统是由负荷管理控制中心心 (LMCC)、机炉主控制器和相关的锅炉、机
15、炉主控制器和相关的锅炉、汽轮机子控制系统所组成。汽轮机子控制系统所组成。 负荷管理控制中心负荷管理控制中心(LMCC)的主要作用是：的主要作用是：对机组的各负荷请求指令进行选择和处理，对机组的各负荷请求指令进行选择和处理，并与电网频率偏差信号并与电网频率偏差信号f一起，形成机组一起，形成机组负荷指令负荷指令Po。 Po作为机组实发电功率的给作为机组实发电功率的给定值信号，送入机炉主控制器。定值信号，送入机炉主控制器。 19 20 21 二、协调控制系统分析二、协调控制系统分析 1负荷运算负荷运算 负荷运算电路只有在协调控制方式下才起作负荷运算电路只有在协调控制方式下才起作用，负荷运算的任务可以
16、用用，负荷运算的任务可以用一个操作、两个一个操作、两个校正、一个限制校正、一个限制来概括。来概括。 一个操作是电路的中间部分，通过一个操作是电路的中间部分，通过“操作员操作员设定设定”的手动操作单元，运行人员使用鼠标的手动操作单元，运行人员使用鼠标或键盘可以设定机组负荷的大小。或键盘可以设定机组负荷的大小。 22 23 两个校正为主汽压力校正和频率偏差校正。两个校正为主汽压力校正和频率偏差校正。当主汽压力不等于压力给定数值后，由负当主汽压力不等于压力给定数值后，由负荷运算模块最左侧的压力校正支路对机组荷运算模块最左侧的压力校正支路对机组负荷进行校正，以保证主汽压力等于给定负荷进行校正，以保证主
17、汽压力等于给定数值。当机组频率和电网频率出现偏差后，数值。当机组频率和电网频率出现偏差后，由负荷运算模块最右侧的频率偏差校正支由负荷运算模块最右侧的频率偏差校正支路对机组负荷进行校正，以保证机组输出路对机组负荷进行校正，以保证机组输出负荷和电网的负荷需求相平衡。负荷和电网的负荷需求相平衡。 一个限制是当负荷变化时，对负荷的变化一个限制是当负荷变化时，对负荷的变化速度加以限制，以保护汽轮机设备的安全。速度加以限制，以保护汽轮机设备的安全。 24 2锅炉主控锅炉主控 锅炉主控系统接收锅炉主控系统接收“负荷运算负荷运算”模块输出模块输出的的“LOADCMD”信号，通过相关运算后，信号，通过相关运算后
18、，将运算后的负荷指令输出给燃料主控，最将运算后的负荷指令输出给燃料主控，最终控制进入炉膛燃料的多少。终控制进入炉膛燃料的多少。 25 26 3汽轮机主控汽轮机主控 汽轮机主控输出指令通过增、减方式发送汽轮机主控输出指令通过增、减方式发送到到DEH系统。系统。DCS通过比较汽轮机主控指通过比较汽轮机主控指令与令与DEH负荷参考信号负荷参考信号(相当于相当于DEH阀门的阀门的位置反馈位置反馈)的偏差决定是否发出的偏差决定是否发出DEH负荷增负荷增或或DEH负荷降信号。当两者的偏差在调节负荷降信号。当两者的偏差在调节的死区范围内时，不再发出增减信号。的死区范围内时，不再发出增减信号。 27 28 5
19、.3 锅炉控制子系统分析锅炉控制子系统分析 一、燃烧控制系统一、燃烧控制系统 (一一)燃烧控制的任务燃烧控制的任务 锅炉燃烧过程控制的基本任务是既要提供热锅炉燃烧过程控制的基本任务是既要提供热量适应蒸汽负荷的需要，又要保证燃烧的经量适应蒸汽负荷的需要，又要保证燃烧的经济性和锅炉运行的经济性、安全性。每台锅济性和锅炉运行的经济性、安全性。每台锅炉燃烧过程的具体控制任务与制粉系统、燃炉燃烧过程的具体控制任务与制粉系统、燃烧方式以及机炉运行方式有着密切的关系。烧方式以及机炉运行方式有着密切的关系。 29 炉跟机方式炉跟机方式：锅炉调汽压，汽轮机进汽阀：锅炉调汽压，汽轮机进汽阀门调负荷门调负荷 (1)
20、维持机前压力维持机前压力PT，机前压力应保持在允，机前压力应保持在允许范围内。许范围内。 (2)维持炉内过剩空气稳定，以保证燃烧经维持炉内过剩空气稳定，以保证燃烧经济性，济性， (3)维持炉膛负压，要求控制系统保持炉膛维持炉膛负压，要求控制系统保持炉膛压力在允许范围内。压力在允许范围内。 30 机跟炉方式机跟炉方式，锅炉调负荷，汽轮机调汽压，锅炉调负荷，汽轮机调汽压 (1)维持单元机组的负荷；维持单元机组的负荷； (2)维持炉内过剩空气稳定，以保证燃烧经维持炉内过剩空气稳定，以保证燃烧经 济性；济性； (3)维持炉膛负压，控制系统应能保持炉膛维持炉膛负压，控制系统应能保持炉膛压力在允许范围内。
21、压力在允许范围内。 31 (二二)燃烧控制对象的动态特性燃烧控制对象的动态特性 燃烧对象主蒸汽压力燃烧对象主蒸汽压力PT受到的主要扰动受到的主要扰动来源有二个，其一是燃烧率扰动，称为来源有二个，其一是燃烧率扰动，称为基本扰动或内部扰动；其二是汽轮机调基本扰动或内部扰动；其二是汽轮机调节阀开度的扰动，称为外部扰动。节阀开度的扰动，称为外部扰动。 32 33 34 (三三)燃烧过程自动控制系统燃烧过程自动控制系统 单元机组中各部分之间的联系密切，互相单元机组中各部分之间的联系密切，互相影响大，设计时不仅要考虑制粉系统是直影响大，设计时不仅要考虑制粉系统是直吹式还是中间储仓式，机组运行方式是带吹式还
22、是中间储仓式，机组运行方式是带变动负荷还是带基本负荷，滑压运行还是变动负荷还是带基本负荷，滑压运行还是定压运行，因此设计的燃烧控制系统是不定压运行，因此设计的燃烧控制系统是不相同的。燃烧控制系统是由三个相对独立相同的。燃烧控制系统是由三个相对独立的子系统即燃料控制系统、送风控制系统、的子系统即燃料控制系统、送风控制系统、引风控制系统组成的。引风控制系统组成的。 35 36 1、燃料控制系统、燃料控制系统 燃料控制的任务在于进入锅炉的燃料量随时燃料控制的任务在于进入锅炉的燃料量随时与外界负荷要求相适应。因为汽压是锅炉燃与外界负荷要求相适应。因为汽压是锅炉燃料热量与汽轮机需要能量的平衡标志，并且料
23、热量与汽轮机需要能量的平衡标志，并且在负荷扰动下汽压具有近似比例的响应特性，在负荷扰动下汽压具有近似比例的响应特性，因此汽压可以作为燃料控制系统的被调量。因此汽压可以作为燃料控制系统的被调量。 37 38 2、送风控制系统、送风控制系统 送风调节的任务在于保证燃烧的经济性，送风调节的任务在于保证燃烧的经济性，具体地说，就是要保证燃烧过程中有合适具体地说，就是要保证燃烧过程中有合适的燃料与风量比例，送风调节对象近似比的燃料与风量比例，送风调节对象近似比例环节。因此通常采用保持燃料量与送风例环节。因此通常采用保持燃料量与送风量成比例关系的送风控制系统。量成比例关系的送风控制系统。 只要调整比例系数
24、只要调整比例系数K到适当的值，控制系到适当的值，控制系统就能使进入锅炉的风量与燃料量保持最统就能使进入锅炉的风量与燃料量保持最合适的比例，达到经济燃烧的目的。合适的比例，达到经济燃烧的目的。 39 40 3、引风控制系统、引风控制系统 引风控制的任务是保持炉膛引风控制的任务是保持炉膛负压在规定的范围之内。由负压在规定的范围之内。由于引风调节对象的动态响应于引风调节对象的动态响应快，测量也容易，所以引风快，测量也容易，所以引风控制系统一般只需采取以炉控制系统一般只需采取以炉膛负压声，作为被调量的单膛负压声，作为被调量的单回路控制系统。回路控制系统。 41 二、汽包锅炉给水控制系统二、汽包锅炉给水
25、控制系统 (一一)给水控制的任务给水控制的任务 汽包锅炉给水自动控制的任务是使锅炉的给汽包锅炉给水自动控制的任务是使锅炉的给水量适应锅炉的蒸发量，以维持汽包水位在水量适应锅炉的蒸发量，以维持汽包水位在规定的范围内，保持给水流量的相对稳定。规定的范围内，保持给水流量的相对稳定。 (二二)给水控制对象的动态特性给水控制对象的动态特性 主要的扰动有：给水流量主要的扰动有：给水流量W、锅炉蒸发量、锅炉蒸发量D、炉膛热负荷等。炉膛热负荷等。 42 1给水流量扰动下水位的动态特性给水流量扰动下水位的动态特性 给水流量是调节机构所改变的控制量，给给水流量是调节机构所改变的控制量，给水流量扰动是来自控制侧的扰
26、动，又称内水流量扰动是来自控制侧的扰动，又称内扰。水位控制对象的动态特性表现为有惯扰。水位控制对象的动态特性表现为有惯性的无自平衡能力的特点，属于多容无自性的无自平衡能力的特点，属于多容无自平衡能力对象。平衡能力对象。 43 44 2蒸汽流量扰动下的水位的动态特性蒸汽流量扰动下的水位的动态特性 蒸汽流量扰动主要来自汽轮发电机组的负蒸汽流量扰动主要来自汽轮发电机组的负荷变化，属外部扰动。荷变化，属外部扰动。 当锅炉蒸汽负荷变化时，汽包水位的变化当锅炉蒸汽负荷变化时，汽包水位的变化具有特殊的形式：在负荷突然增加时，虽具有特殊的形式：在负荷突然增加时，虽然锅炉的给水流量小于蒸发量，但开始阶然锅炉的给
27、水流量小于蒸发量，但开始阶段的水位不仅不下降，反而迅速上升段的水位不仅不下降，反而迅速上升(反之，反之，当负荷突然减少时，水位反而先下降当负荷突然减少时，水位反而先下降)，这，这种现象称为种现象称为“虚假水位虚假水位”现象。现象。 45 46 3炉膛热负荷扰动下水位控制对象的动炉膛热负荷扰动下水位控制对象的动态特性态特性 当燃料量扰动时，使蒸汽流量发生变化，当燃料量扰动时，使蒸汽流量发生变化，因此其特性与蒸汽流量扰动时相似，也存因此其特性与蒸汽流量扰动时相似，也存在着在着“虚假水位虚假水位”现象。现象。 47 48 (三三)给水自动控制系统分析给水自动控制系统分析 根据汽包锅炉给水控制对象动态
28、特性的特根据汽包锅炉给水控制对象动态特性的特点，我们可以提出确定给水控制系统结构的点，我们可以提出确定给水控制系统结构的一些基本思想：一些基本思想： (1)由于对象的内扰动态特性存在一定的迟由于对象的内扰动态特性存在一定的迟延和惯性，所以给水控制系统若采用以水位延和惯性，所以给水控制系统若采用以水位为被调量的单回路系统，则控制过程中水位为被调量的单回路系统，则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。将出现较大的动态偏差，给水流量波动较大。因此，对给水内扰动态特性迟延和惯性大的因此，对给水内扰动态特性迟延和惯性大的锅炉应考虑采用串级或其他控制方案。锅炉应考虑采用串级或其他控制方案。
29、 49 (2)由于对象在蒸汽负荷扰动由于对象在蒸汽负荷扰动(外扰外扰)时，时，有有“虚假水位虚假水位”现象。因此给水控制若采现象。因此给水控制若采用以水位为被调量的单回路系统，则在扰用以水位为被调量的单回路系统，则在扰动的初始阶段，调节器将使给水流量向与动的初始阶段，调节器将使给水流量向与负荷变化方向相反的方向变化，从而扩大负荷变化方向相反的方向变化，从而扩大了锅炉进、出流量的不平衡。了锅炉进、出流量的不平衡。 50 所以在设计给水控制系统时，应考虑采用所以在设计给水控制系统时，应考虑采用以蒸汽流量以蒸汽流量D为前馈信号的前馈控制，以为前馈信号的前馈控制，以改善给水控制系统的控制品质。改善给水
30、控制系统的控制品质。 总之，由于电厂锅炉水位控制对象的特总之，由于电厂锅炉水位控制对象的特点，汽包锅炉的给水自动控制普遍采用三点，汽包锅炉的给水自动控制普遍采用三冲量给水自动控制系统方案。冲量给水自动控制系统方案。51 1单级三冲量给水控制系统单级三冲量给水控制系统 给水调节器接受汽包水位给水调节器接受汽包水位H、蒸汽流量、蒸汽流量D和给水流量和给水流量w三个信号三个信号(所以称三冲量控制所以称三冲量控制系统系统)。其输出信号去控制给水流量，其。其输出信号去控制给水流量，其中汽包水位是被调量，所以水位信号称为中汽包水位是被调量，所以水位信号称为主信号。为了改善控制品质，系统中引入主信号。为了改
31、善控制品质，系统中引入了蒸汽流量的前馈控制和给水流量的反馈了蒸汽流量的前馈控制和给水流量的反馈控制，这样组成的三冲量给水控制系统是控制，这样组成的三冲量给水控制系统是一个前馈一个前馈-反馈控制系统。反馈控制系统。 52 53 可以看出，在单极三冲量给水控制系统中，可以看出，在单极三冲量给水控制系统中，水位、蒸汽流量和给水流量对应的三个信水位、蒸汽流量和给水流量对应的三个信号号VH、VD、Vw都送到都送到PI调节器，静态调节器，静态时，这三个输入信号与代表水位给定值的时，这三个输入信号与代表水位给定值的信号相平衡。信号相平衡。 即即VDVWVHV00 则有：则有： VHV0 =0 VDVW=0
32、即即 VH = V0 VD=VW 54 2串级三冲量给水控制系统串级三冲量给水控制系统 在单级系统的基础上再增加一个调节器，在单级系统的基础上再增加一个调节器，使两个调节器串行工作，可以打破静态的使两个调节器串行工作，可以打破静态的限制，提高控制品质。限制，提高控制品质。 由于有两个调节器在工作，就得有两套整由于有两个调节器在工作，就得有两套整定参数，必须要协调好这两套参数。定参数，必须要协调好这两套参数。55 56 (四四)全程给水自动控制系统全程给水自动控制系统 1全程控制的概念全程控制的概念 所谓全程控制系统是指机组在启停过程和所谓全程控制系统是指机组在启停过程和正常运行时均能实现自动控
33、制的系统。全正常运行时均能实现自动控制的系统。全程控制包括启停控制和正常运行工况下控程控制包括启停控制和正常运行工况下控制两方面的内容。常规控制系统一般只适制两方面的内容。常规控制系统一般只适用于机组带大负荷工况下运行，在启停过用于机组带大负荷工况下运行，在启停过程和低负荷工况下，一般要由手动进行控程和低负荷工况下，一般要由手动进行控制，而全程控制系统能使机组在启动、停制，而全程控制系统能使机组在启动、停机、不同负荷工况下自动运行。机、不同负荷工况下自动运行。 57 2对给水全程控制系统的要求对给水全程控制系统的要求 (1)锅炉刚启动时，蒸汽参数和负荷变化锅炉刚启动时，蒸汽参数和负荷变化很大，
34、这就使水位、给水流量和蒸汽流量很大，这就使水位、给水流量和蒸汽流量的测量准确性受到影响，必须要求这些测的测量准确性受到影响，必须要求这些测量信号能自动地进行压力、温度校正。量信号能自动地进行压力、温度校正。 (2)现代大型机组的给水流量控制多通过现代大型机组的给水流量控制多通过控制变速给水泵的转速实现给水量的自动控制变速给水泵的转速实现给水量的自动控制。因而在给水全程控制系统中不仅要控制。因而在给水全程控制系统中不仅要满足给水量控制的要求，同时还要保证给满足给水量控制的要求，同时还要保证给水泵工作在安全工作区内。水泵工作在安全工作区内。 58 (3)由于锅炉给水对象的动态特性在不同负荷由于锅炉
35、给水对象的动态特性在不同负荷时是不一样的，因此在不同负荷时要采用不时是不一样的，因此在不同负荷时要采用不同形式的系统。低负荷时，虚假水位不太严同形式的系统。低负荷时，虚假水位不太严重，可以采用单冲量控制系统，高负荷时要重，可以采用单冲量控制系统，高负荷时要采用三冲量控制。采用三冲量控制。 (4)在多种调节机构的复杂切换过程中，给水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，必须解决全程控制系统都必须保证无干扰，必须解决切换问题，即实现切换问题，即实现无扰切换无扰切换。 (5)给水全程控制还必须适应机组定压运行和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
36、启动和热态启滑压运行工况，必须适应冷态启动和热态启动情况。动情况。 59 3变速给水泵的安全工作区变速给水泵的安全工作区 300MW以下的单元机组多用电动变速泵以下的单元机组多用电动变速泵作主给水泵，通过调整液力联轴器的勺管作主给水泵，通过调整液力联轴器的勺管位置来调节泵的转速。位置来调节泵的转速。 大于大于300MW的单元机组多采用汽动变速的单元机组多采用汽动变速泵作主给水泵，再设置多台电动变速泵作泵作主给水泵，再设置多台电动变速泵作启动给水泵并作为系统的备用泵使用。启动给水泵并作为系统的备用泵使用。 60 变速给水泵的安全工作区可在泵的流量变速给水泵的安全工作区可在泵的流量-压力特性曲线上
37、表示出来，变速泵的安全压力特性曲线上表示出来，变速泵的安全工作区由工作区由六条六条曲线围成：曲线围成： 泵的最高转速曲线泵的最高转速曲线nmax和最低转速曲线和最低转速曲线nmin； 泵的上限特性曲线泵的上限特性曲线Qmin。和下限特性曲。和下限特性曲线线Qmax； 泵出口最高压力泵出口最高压力 Pmax和最低压力和最低压力Pmin线线。 61 62 4单元制锅炉给水全程控制方案单元制锅炉给水全程控制方案 单元制给水全程控制的方案很多，主要单元制给水全程控制的方案很多，主要有以下五种：有以下五种： 方案一：方案一：这是一个两段控制的方案，用改这是一个两段控制的方案，用改变调节阀门的开度来控制给
38、水流量。低负变调节阀门的开度来控制给水流量。低负荷时用单冲量调节器荷时用单冲量调节器PI1控制旁路给水阀控制旁路给水阀(小阀小阀)的开度来改变给水量。的开度来改变给水量。63 64 方案二：方案二：这也是一个两段控制方案。低负这也是一个两段控制方案。低负荷时，采用单冲量系统，由单冲量调节器荷时，采用单冲量系统，由单冲量调节器PI1控制小阀的开度来改变给水流量，进控制小阀的开度来改变给水流量，进行水位控制。高负荷时采用三冲量串级控行水位控制。高负荷时采用三冲量串级控制，用副调节器制，用副调节器PI3输出的控制信号去控输出的控制信号去控制大阀的开度，从而达到控制水位的目的。制大阀的开度，从而达到控
39、制水位的目的。这个方案结构比方案一简单，但仍都采用这个方案结构比方案一简单，但仍都采用阀门调节，故经济性较差。阀门调节，故经济性较差。 65 66 方案三：方案三：此方案在低负荷时采用单冲量系此方案在低负荷时采用单冲量系统，用统，用PI1调节器改变旁路给水阀的开度调节器改变旁路给水阀的开度以改变给水流量，保持水位。同时采用泵以改变给水流量，保持水位。同时采用泵前压力调节器前压力调节器PI4控制给水泵出口压力，控制给水泵出口压力，既使泵工作在安全工作区内，又保证安全既使泵工作在安全工作区内，又保证安全供水所需的泵出口压力。但切换过于集中，供水所需的泵出口压力。但切换过于集中，容易产生比较大的扰动
40、。容易产生比较大的扰动。 67 68 方案四：方案四：由于所选泵型的安全工作区范围由于所选泵型的安全工作区范围很宽，又为全容量配置，经验证明，无论很宽，又为全容量配置，经验证明，无论是滑压启动还是定压运行，工作点均不会是滑压启动还是定压运行，工作点均不会移到安全区以外，故方案中不设置给水泵移到安全区以外，故方案中不设置给水泵出口压力控制子系统。低负荷时，由单冲出口压力控制子系统。低负荷时，由单冲量控制系统控制旁路给水阀的开度来维持量控制系统控制旁路给水阀的开度来维持水位，负荷升至水位，负荷升至25左右时，系统由单冲左右时，系统由单冲量工作方式切换到三冲量串级工作方式。量工作方式切换到三冲量串级
41、工作方式。 69 70 由于此时系统的由于此时系统的-输出信号增大到大于输出信号增大到大于n min信号，于是系统由调节阀门开度平稳信号，于是系统由调节阀门开度平稳地过渡到调节泵的转速，从而调节给水流地过渡到调节泵的转速，从而调节给水流量，所以这时是一段调节。当机组负荷达量，所以这时是一段调节。当机组负荷达到到30左右，主给水调节阀全部打开，以左右，主给水调节阀全部打开，以尽量减小节流损失，系统进入完全调泵状尽量减小节流损失，系统进入完全调泵状态。此方案经济性好，且结构简单，调节态。此方案经济性好，且结构简单，调节段是无触点自由过渡，安全性能好。段是无触点自由过渡，安全性能好。 71 方案五：
42、方案五：这个方案中，低负荷时采用单冲量这个方案中，低负荷时采用单冲量系统，由系统，由PI1控制泵的转速，改变给水流量，控制泵的转速，改变给水流量，维持水位。高负荷采用三冲量系统，由维持水位。高负荷采用三冲量系统，由PI3改变调速泵转速来调节给水流量。为了保证改变调速泵转速来调节给水流量。为了保证给水泵工作在安全工作区内，设计了给水泵给水泵工作在安全工作区内，设计了给水泵出口压力控制系统，由出口压力控制系统，由 PI4经比例偏置环节经比例偏置环节去改变阀门开度来改变泵出口压力。这个方去改变阀门开度来改变泵出口压力。这个方案结构合理，经济性好，切换简单，安全可案结构合理，经济性好，切换简单，安全可
43、靠性也较好。不足之处是压力控制系统和水靠性也较好。不足之处是压力控制系统和水位控制系统互相影响，两个系统动作频繁，位控制系统互相影响，两个系统动作频繁，调节阀磨损较快。调节阀磨损较快。 72 73 5. 300MW单元机组给水全程控制系统实单元机组给水全程控制系统实例分析例分析 系统配置：系统配置： 给水热力系统如图所示。从除氧器出来给水热力系统如图所示。从除氧器出来的给水，由给水泵送入高压加热器，在高的给水，由给水泵送入高压加热器，在高压加热器内被加热后到给水站，给水站出压加热器内被加热后到给水站，给水站出来的水经省煤器送入汽包。给水泵包括两来的水经省煤器送入汽包。给水泵包括两台电动泵和一台
44、汽动泵，每台电动泵容量台电动泵和一台汽动泵，每台电动泵容量为为50 MCR(最大额定流量最大额定流量)，汽动泵容，汽动泵容量为量为100MCR。 74 75 在启动和低负荷工况下电动泵运行，正常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，保证泵出口有足管路的阀门能自动打开，保证泵出口有足够流量，防止汽蚀。够流量，防止汽蚀。 76 低负荷运行时旁路阀工作，调节锅炉给水低
45、负荷运行时旁路阀工作，调节锅炉给水量，控制水位，同时电动泵维持在最低转量，控制水位，同时电动泵维持在最低转速运行，保证泵的安全特性，此时为两段速运行，保证泵的安全特性，此时为两段调节。高负荷时，阀门开到最大，为减小调节。高负荷时，阀门开到最大，为减小阻力主给水电动门也打开，通过调节给水阻力主给水电动门也打开，通过调节给水泵转速直接控制给水流量，为一段调节。泵转速直接控制给水流量，为一段调节。 77 测量信号的处理：测量信号的处理： (1)水位信号：水位信号：增加了压力补偿环节，根据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
46、公式为：水位校正系统的运算公式为： 汽包水位测取了左、中、右三个测点。正汽包水位测取了左、中、右三个测点。正常情况下通过切换开关常情况下通过切换开关T的的NC点，对三个点，对三个信号信号(Hi，i=1，2，3)求平均值作为汽包水求平均值作为汽包水位的测量信号位的测量信号H。 78 当任一差压变送器故障时，当任一差压变送器故障时，Hi与与H相差很相差很大，可发出声光报警。同时在逻辑信号作大，可发出声光报警。同时在逻辑信号作用下用下T切换至切换至NO，将故障前的，将故障前的H作为本路作为本路测量值测量值Hi，暂时维持，暂时维持H变化不大，变化不大，控制系控制系统切手动统切手动，待值班人员切除故障变
47、送器后，待值班人员切除故障变送器后，系统再正常运行。系统再正常运行。 79 80 (2)给水流量信号：给水流量信号： 给水流量的测量采用双变送器，正常情况下给水流量的测量采用双变送器，正常情况下切换开关切换开关T的的NC点通，选点通，选A、B两个测量信两个测量信号中较大的一个号中较大的一个(以使实际给水流量不会过以使实际给水流量不会过大大)经过给水温度的补偿和惯性阻尼环节，经过给水温度的补偿和惯性阻尼环节，作为给水流量测量信号。当任一变送器故障作为给水流量测量信号。当任一变送器故障时，通过逻辑线路使时，通过逻辑线路使T切向切向NO，将该路变送，将该路变送器输出置器输出置0，同时发出声、光报警，
48、系统切，同时发出声、光报警，系统切手动，待切除故障变送器后系统才正常运行。手动，待切除故障变送器后系统才正常运行。总的给水流量中还包括了一、二、三级减温总的给水流量中还包括了一、二、三级减温水量。水量。 81 82 (3)主蒸汽流量信号：主蒸汽流量信号： 主蒸汽流量主蒸汽流量D的测量可采取两种方法：的测量可采取两种方法： a. 测得汽轮机调速级压力测得汽轮机调速级压力p1，一级抽汽压力，一级抽汽压力p2和一级抽汽温度和一级抽汽温度2，采用下述公式求取：，采用下述公式求取： b.用汽轮机调速级压力用汽轮机调速级压力p1，经主蒸汽温度，经主蒸汽温度校校正来代替正来代替D。当高压旁路阀开启时所测的。
49、当高压旁路阀开启时所测的D还还要加上旁路蒸汽流量。在要加上旁路蒸汽流量。在2、p2的测量中均的测量中均采用了双变送器冗余设置，可靠性高。采用了双变送器冗余设置，可靠性高。 83 84 控制系统分析：控制系统分析： 1启动、冲转及带启动、冲转及带25负荷负荷 此阶段采用单冲量系统通过控制给水旁路阀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，汽动给水泵手自给水泵维持在最低转速，汽动给水泵手自动操作器动操作器1AM强迫为手动状态，强迫为手动状态，T5切换至切换至 NO使汽动泵超驰全关，主给水电动门也关闭，使汽
50、动泵超驰全关，主给水电动门也关闭，给水旁路阀从给水旁路阀从0100控制。控制。 85 86 2升负荷升负荷2530 此阶段采用单冲量系统控制电动给水泵转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，通过给水量的增加，通过PI3的自动跟踪去控的自动跟踪去控制电动泵转速，实现由阀门控制到电动泵制电动泵转速，实现由阀门控制到电动泵转速控制给水量的无扰过渡。转速控制给水量的无扰过渡。 87 88 330100负荷阶段负荷阶段 此阶段采用三冲量系统控制给水泵
