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              【圖文】第六章 汽包爐給水控制系統試驗((3)
              發布日期:2018-09-13 來源:  瀏覽次數:

              第五節   三沖量給水控制系統及參數整定

               

              一、單級三沖量給水控制系統及參數整定

              單級三沖量給水調節系統方框圖如圖6-13所示。


              【圖文】第六章 汽包爐給水控制系統試驗((3)
              圖6-13   單級三沖量給水調節系統方框圖

               

              (一)  內回路的分析與整定

              內回路必須迅速消除給水流量的自發性擾動,使汽包水位基本不受影響;當汽包水位發生變化時,內回路要具有快速隨動的特性,使給水流量能盡快對汽包水位進行調節。

              內回路系統的閉環傳遞函數為

              【圖文】第六章 汽包爐給水控制系統試驗((3)         (6-16)

               

              當KP足夠大、Ti足夠小時,可以認為

                                   【圖文】第六章 汽包爐給水控制系統試驗((3)                    (6-17)

              內回路可以等價為一個比例環節。

              根據上述分析,內回路的整定方法為:

              l           等效調節器為【圖文】第六章 汽包爐給水控制系統試驗((3),可改變的參數有3個:KP、Ti、αw;

               

              l           整定內回路時,可以先選擇一個αw數值,并保持不變,一般取αw=1;

              l           在KP≥3、Ti≤10s 的范圍整定調節器參數,使內回路為能迅速消除自發性內部擾動、不振蕩的快速隨動系統。

               

              (二)  外回路的分析與整定

              把內回路系統的近似方框圖代替到圖6-13中,可得到外回路的方框圖如圖6-14所示。

              【圖文】第六章 汽包爐給水控制系統試驗((3)
              圖6-14   單級三沖量給水調節系統的整定

               

              因此,外回路可以看作是一個單回路調節系統,可以采用整定單回路調節系統的方法來整定外回路。

              外回路的整定方法為:

              l           αw為唯一的整定參數,調整αw使外回路調節過程最佳;

              l           當αw確定后,調整KP,使(αw×KP)乘積不變,保持內回路的整定成果;

              在單級三沖量給水調節系統中;αw是一個非常重要的整定參數,會同時影響到內、外回路,增加αw值會提高外回路的穩定性,卻降低了內回路的穩定性。

               

              (三)  αD的選擇

              αD的取值大小并不影響系統的穩定性,蒸汽流量作為前饋信號引入系統,主要是為了減小或消除“虛假水位”現象。主要應考慮的是調節器入口信號的靜態配合問題,當負荷改變后不會因為蒸汽流量和給水流量信號的靜態偏移而導致汽包水位產生靜態偏差。

              因此,為了保證在任何負荷下都能滿足ID=Iw,應使:

              【圖文】第六章 汽包爐給水控制系統試驗((3)         (6-18) 

               

              二、西門子公司單級三沖量給水調節系統

              西門子公司常采用圖6-15所示的三沖量控制策略,主汽流量D和給水流量W不是直接加在調節器入口,而是通過一個實際微分環節與水位偏差信號相加。由于西門子推薦的微分時間常數Td=10min,對于快速調節的內回路來說,主汽流量和給水流量相當于直接反饋作用于調節器的輸入,所以,內回路的整定方法與單級三沖量給水調節系統相同。

              【圖文】第六章 汽包爐給水控制系統試驗((3)

              圖6-15   西門子公司單級三沖量給水調節系統方框圖

               

              增加的水位偏差信號調整系數KH,為外回路的整定提供了方便,調整系數KH對內回路沒有影響。

              由于主汽流量和給水流量通過實際微分環節引入調節回路,靜態時實際微分環節輸出為0,不存在調節器入口信號的靜態配合問題,可以大大降低對主汽流量和給水流量測量精度的要求,以及對主汽流量與給水流量比率準確性的要求。當主汽流量或給水流量信號發生故障時,通過切除微分作用,置Td=0,可以很方便地將調節系統切為單沖量方式運行。

              汽包壓力微分前饋的作用,是對水位進行動態補償。

               

              三、串級三沖量給水控制系統及參數整定

              單級三沖量給水調節系統存在以下缺點:

              (1)      αw的整定會同時影響到內、外回路的穩定性,內、外回路的參數整定不能獨立進行,給整定工作帶來不便。

              (2)      為了實現無差調節,αD的取值受到αw的限制,不利于為克服“虛假水位”對前饋信號的強弱調整。

              串級三沖量給水控制系統方框圖如圖6-16所示,主調和副調都采用PI調節規律,副調的作用是穩定給水流量,補償虛假水位;主調保持水位始終在給定值。

              【圖文】第六章 汽包爐給水控制系統試驗((3)

              圖6-16   串級三沖量給水調節系統方框圖

               

              (一)  內回路參數的整定

              當給水擾動時,副調應迅速動作快速消除內擾,使給水量不變;當蒸汽流量擾動時,副調應迅速改變給水量,保持給水量和蒸汽流量的動態平衡。內回路系統的方框圖與單級三沖量給水控制系統完全一樣,整定方法也完全一樣:調整副調參數,使K2足夠大、T2足夠小,將內回路整定成一個比例環節,近似傳遞函數為:

                                                 【圖文】第六章 汽包爐給水控制系統試驗((3) 

              (二)  外回路參數整定

              完成內回路整定以后,外回路所構成的控制系統為圖6-17所示的單回路控制系統。

              【圖文】第六章 汽包爐給水控制系統試驗((3)

              圖6-17   串級三沖量給水調節系統的整定

              等效調節器為

                    【圖文】第六章 汽包爐給水控制系統試驗((3)                  (6-19)

              若已知水位控制對象的動態特性參數e(飛升速度)和t(遲延時間),根據第五章介紹的Ziegler-Nichols響應曲線法,可以給出等效調節器的參數:

                               【圖文】第六章 汽包爐給水控制系統試驗((3)  ;【圖文】第六章 汽包爐給水控制系統試驗((3);

              即主調的參數為:

                               【圖文】第六章 汽包爐給水控制系統試驗((3);【圖文】第六章 汽包爐給水控制系統試驗((3);

               

              (三)  導前補償回路的整定

              串級控制系統中,蒸汽流量信號不一定與給水流量信號嚴格地配合,如果“虛假水位”現象嚴重,可適當加強蒸汽流量前饋信號作用強度,在負荷變化時,使蒸汽流量信號能較好地補償虛假水位的影響,改善負荷擾動下汽包水位的調節品質。

              圖6-18為一臺135MW機組汽包水位負荷擾動試驗的情況。該機組給水控制系統采用了串級三沖量控制方案,正常運行時,通過調節一臺100%容量的電泵轉速(另一臺備用)以控制鍋爐給水量,實現對汽包水位的控制。如圖所示,在機組負荷從120MW降至70MW、再從70MW升至120MW期間,由于給水流量與主汽流量信號配合得當,又兼顧了汽包水位的變化,在負荷大幅度的變動過程中(負荷變動量為37% Pe,變動速率為2.5%Pe /min),汽包水位控制得比較好,水位波動在±20mm以內。

              【圖文】第六章 汽包爐給水控制系統試驗((3)
                      1—水位定值;2—汽包水位;3—主汽流量;4—給水流量;5—調節器輸出;6—勺管位置

              圖6-18  汽包水位負荷擾動試驗 

                

               

              第六節   最小流量控制系統的投入及試驗

               

              一、變速給水泵的安全工作區

              如圖6-19所示,在泵的流量-壓力特性曲線上,由6條曲線圍成的區域為變速給水泵的安全工作區:泵的最高轉速曲線nmax和最低轉速曲線nmin;泵的上限特性曲線Qmin和下限特性曲線Qmax;泵出口最高壓力線pmax和最低壓力線pmin。

              【圖文】第六章 汽包爐給水控制系統試驗((3)

              圖6-19  變速給水泵的安全工作區

              上限特性曲線Qmin以外的區域為汽蝕區, 泵若工作在該區域會因為流量太低而造成泵的汽蝕。因此,每臺給水泵均設有最小流量的再循環控制,該系統具有下列特點:

              (1)      用一次測量元件和流量變送器對各個給水泵的入口流量進行測量,通過各泵的再循環調節閥將泵出口的部分給水流回除氧器,以保證通過給水泵的流量高于設計的最小流量。

              (2)      對變轉速的汽動給水泵和電動給水泵,其最小流量調節的設定值是給水泵差壓或給水泵轉速的函數。

              (3)      再循環調節閥有瞬間提升閥門10%~30% (可調) 開度的特性,以盡量減少閥芯與閥座的損壞。反之,當再循環調節閥的開度降至10%開度時,瞬間關閉再循環調節閥,以保護閥門。

              (4)      再循環調節閥配有電磁控制閥,在低流量或運行人員干預時,可全開再循環調節閥。

              (5)      在入口流量過低時,給水泵跳閘。

              下限特性曲線Qmax以外的區域為低效率區,泵若工作在該區域會導致泵的工作效率降低。此外,變速泵的運行還要限定在最高給水壓力pmax和最低給水壓力線pmin之間。通過調整給泵出口調門,改變給水管道的阻力,從而調整給泵的工作點。

               

              二、變速給水泵的安全區控制

              圖6-20為電動給水泵的安全區控制策略示意圖。函數f1(x)按電泵轉速給出了入口流量的控制值,再循環調節閥按函數f1(x)控制入口流量,必要時全開調節閥以保證電泵入口流量不低于設定的最小流量,使電泵工作在上限特性曲線Qmin的右部。函數f2(x)按電泵入口流量給出了出口壓力的控制值,電泵出口調門按函數f2(x)控制出口壓力,當電泵入口流量增大或出口壓力減小,可能使電泵越出安全區時,通過調門迫減關小電泵出口調門。

              【圖文】第六章 汽包爐給水控制系統試驗((3)
              圖6-20  變速給水泵的安全區控制

               

              控制系統之間設置了聯鎖邏輯關系,當電泵出口壓力調節閥投入自動以后,才允許電泵液耦投入自動;當電泵在熱備狀態啟動時,最小流量再循環調節閥和出口壓力調節閥自動投入自動控制方式,使電泵能在汽泵跳閘后盡快帶上負荷。

               

              第七節   給水控制系統的故障分析與改進

               (本節略,詳見中國電力出版社出版的《火電廠熱工自動化系統試驗》一書)。  


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