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1 第1章分散控制系統(tǒng) DCS 第2章單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng) CCS 第3章順序控制系統(tǒng) SCS 第4章鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng) FSSS 第5章汽輪機數(shù)字電液控制系統(tǒng) DEH 第6章鍋爐給水泵汽輪機控制系統(tǒng) MEH 第7章汽輪機監(jiān)測系統(tǒng) TSI 第8章緊急跳閘系統(tǒng) ETS 大型機組自動控制系統(tǒng) 2 第1章分散控制系統(tǒng) DCS 1 1 DCS概述1 2 DCS的構(gòu)成原理1 3 DCS的特點 3 1 1 DCS概述 DCS的概念 利用計算機技術(shù)對生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)視 操作 管理和分散控制的一種新型控制系統(tǒng) 是高度發(fā)展的四 c 技術(shù) 即計算機一Computer 通信Communication控制Control和CRT 陰極射線管Cothoderaytube 顯示技術(shù) 相結(jié)合的產(chǎn)物 這種新型系統(tǒng)采用單元組合組裝方式 積木式 為綜合自動化創(chuàng)造成了有利條件 4 DCS的發(fā)展 1 1 DCS概述 5 1 1 DCS概述 DCS產(chǎn)品簡介 6 分散控制系統(tǒng) 如圖 控制管理級過程控制級數(shù)據(jù)通信系統(tǒng) 1 2分散控制系統(tǒng)的構(gòu)成 7 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng) 過程控制級 控制管理級 8 9 過程控制級 PCU 過程控制級 是指直接與生產(chǎn)過程相連接 承擔(dān)信號的輸入 運算處理 控制量輸出的設(shè)備 種類 閉環(huán)控制站 構(gòu)成直接數(shù)字控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集站 承擔(dān)數(shù)據(jù)采集功能現(xiàn)場控制站的組成 其中至少要有一個以cpu為核心的控制器模件 通過內(nèi)部總線與其它過程接口模件以及通信接口模件構(gòu)成一個整體 10 現(xiàn)場控制站基本結(jié)構(gòu) 11 控制管理級控制管理級 用以實現(xiàn)系統(tǒng)的集中顯示 操作與管理 構(gòu)成控制管理級的主要設(shè)備 包括有操作控制站 工程師站和通信設(shè)備等 必要時還可以設(shè)置用于系統(tǒng)管理和計算的管理計算機 上位機 操作控制站 由一臺功能較強的主機 CRT顯示器 鍵盤 打印機 拷貝機等設(shè)備組成 如圖 工程師站 具有操作控制站的部分功能 主要用于對控制系統(tǒng)進行組態(tài) 參數(shù)調(diào)整和系統(tǒng)維護等任務(wù) 12 13 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng) 是把過程控制級與控制管理級連在一起的橋梁 同時也是分散控制系統(tǒng)的中樞神經(jīng) 數(shù)據(jù)通信的傳輸介質(zhì) 是一條采用雙絞線或同軸電纜構(gòu)成的高速通信線路 也稱為數(shù)據(jù)高速公路 DHW 常用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 有星形 環(huán)形和總線形三種 除此之外還有樹形結(jié)構(gòu) 網(wǎng)形結(jié)構(gòu)以及三種基本結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的復(fù)合形結(jié)構(gòu) 14 1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 15 結(jié)構(gòu)功能 在網(wǎng)絡(luò)中的各站有主 從之分 任何兩個站之間的通信都必須通過主站 主站集中來自各從站的信息 按照一定的通信控制策略 把信息轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的個站 特點 星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)屬于中型網(wǎng)絡(luò) 主從站之間的鏈路是專用的 傳輸效率較高 從站設(shè)備比較簡單 可靠性較低 如果主站出現(xiàn)故障 將影響整個網(wǎng)絡(luò)的通信 應(yīng)用 美國L N公司的MAX 1000系統(tǒng) 16 總線形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 17 結(jié)構(gòu)功能 是以一條開環(huán)的無源通信電纜作為數(shù)據(jù)高速公路 所有的站都通過相應(yīng)的硬件接口掛到總線上 各站的功能可以有主從之分 也可以不分主從站 特點 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單 易于擴展 可靠性高 某個站的故障不致影響其它站的工作 無主站方式 易于通信線路冗余 安裝費用較低 應(yīng)用 西屋公司的WDPF系統(tǒng) Honeywell公司的TDC 3000等 18 環(huán)路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 19 結(jié)構(gòu)功能 各個站都通過各自的接口電路掛到一個首尾相連的環(huán)形總線上 各個站平等地行使通信控制權(quán) 信息在網(wǎng)上的傳遞總是從始發(fā)站出發(fā) 經(jīng)過諸站 直至回到始發(fā)站 網(wǎng)上的每個站都要承擔(dān)信息的接收 放大 再傳送的任務(wù) 當(dāng)出現(xiàn)故障 能自動旁路信息 而不影響信息的傳遞 特點 硬軟件相對復(fù)雜便于實現(xiàn)高可靠性的通信 易于設(shè)置冗于的通信線路 但擴展性能不如總線方便 應(yīng)用 Bailey公司的INFI 90系統(tǒng) 20 2 數(shù)據(jù)傳輸控制技術(shù) 查詢式適用于具有主站的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)所有通信在主站統(tǒng)一指揮下進行 各結(jié)點之間沒有沖突 21 廣播式適用于總線型和環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)自由競爭式 競爭發(fā)送 載體監(jiān)聽 沖突后退 再試重發(fā) 總線 通行標記式 即令牌式 環(huán)形 時間分槽式 WDPF 22 存儲轉(zhuǎn)發(fā)式是一種允許網(wǎng)上所有站都能同時發(fā)送和接收信息的方式 適合于環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 23 1 硬件積木化2 系統(tǒng)分散化 功能 3 軟件模塊化4 系統(tǒng)功能綜合化 可構(gòu)成各種控制系統(tǒng) 5 高可靠性結(jié)構(gòu)可靠 元器件可靠 部件級可靠 冗余技術(shù) 6 維護使用方便自檢功能 1 3分散控制系統(tǒng)的特點 24 第二章 單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng) ccs COORDINATIONCONTROLSYSTEM 2 1概述一 CCS的概念二 CCS的基本結(jié)構(gòu)三 CCS的特點2 2CCS的負荷主控系統(tǒng)2 3基礎(chǔ)控制系統(tǒng) 25 基本概念 通過控制回路協(xié)調(diào)鍋爐和汽機的工作狀態(tài) 同時給鍋爐和汽機調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)出指令 以達到快速響應(yīng)負荷變化的需求 盡最大可能發(fā)揮機組的調(diào)頻 調(diào)峰能力又穩(wěn)定運行參數(shù)兩方面的要求 基本結(jié)構(gòu) 兩級遞階控制結(jié)構(gòu) 上位的協(xié)調(diào)控制級 下位的基本控制級 一 CCS的概念 2 1概述 26 二 CCS的基本結(jié)構(gòu) 如圖 27 上位控制級 作用 CCS的上位控制級 也稱為單元機組主控系統(tǒng) 是整個系統(tǒng)的核心部分 用于產(chǎn)生指揮機 爐各局部控制子系統(tǒng)動作的鍋爐主控制指令 NB 和汽輪機主控制指令 NT 組成 負荷指令管理中心 機爐主控制器 28 負荷指令管理中心在不同的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中 負荷指令管理中心的結(jié)構(gòu)和具體處理方式有一定的差異 然而其基本出發(fā)點是考慮對機組輸出功率要求和機組實際能力兩方面的因素 而且兩者之間取其小值 同時又要考慮到對負荷變化速率的限制 還可能存在一些原因不明確的因素影響到機組的輸出功率 這些因素可以間接地通過燃燒率偏差等參數(shù)反映出來 最后還要限定其最小和最大負荷的范圍 最終形成機組的實際負荷指令 實際輸出功率給定值 29 機 爐主控制器機 爐主控制器接受負荷管理中心給出的實際負荷指令N 并根據(jù)機組的情況和運行要求 選用合理的負荷控制方式 如手動方式 爐跟機方式 機跟爐方式 以爐跟機為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式 以機跟爐為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式等 產(chǎn)生對鍋爐的負荷指令 NB 和對汽輪機的負荷指令 NT 送至鍋爐和汽機局部控制回路執(zhí)行 30 下位控制級 也稱為局部控制子系統(tǒng) 是整個單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ) 主要作用是執(zhí)行主控制系統(tǒng)的指令 完成指令的局部控制任務(wù) 包括以下相關(guān)控制系統(tǒng) 鍋爐負荷 燃燒 控制系統(tǒng)燃料控制磨煤機控制風(fēng)量控制給水控制系統(tǒng)蒸汽溫度控制系統(tǒng) 過熱汽溫控制 再熱汽溫控制 31 其它控制系統(tǒng) 輔助控制系統(tǒng) 空預(yù)器冷端溫度控制系統(tǒng)被調(diào)量 空預(yù)器冷端的煙氣溫度和它進口冷風(fēng)溫度測量值的平均值 調(diào)節(jié)手段 調(diào)節(jié)送風(fēng)機進口熱風(fēng)再循環(huán)擋板除氧器水位控制系統(tǒng)被調(diào)量 除氧器水位 給水流量 凝結(jié)水流量 調(diào)節(jié)手段 凝結(jié)水流量控制閥除氧器壓力控制系統(tǒng)被調(diào)量 除氧器壓力調(diào)節(jié)手段 輔助蒸汽流量控制閥 32 凝汽器水位控制系統(tǒng)輔助蒸汽控制系統(tǒng)汽機輔助控制系統(tǒng)潤滑油溫度控制系統(tǒng) 汽機 EHC 油溫度控制等 33 三 單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的特點系統(tǒng)結(jié)構(gòu)先進 采用了遞階控制結(jié)構(gòu) 在局部控制級的基礎(chǔ)上引入了機爐協(xié)調(diào)級 把鍋爐 汽輪發(fā)電機組作為一個整體進行控制 機爐協(xié)調(diào)控制器是一個多變量控制器 控制器設(shè)汁主要采用了前饋 反饋 補償以及變結(jié)構(gòu)控制等技術(shù) 并充分地利用了機爐動態(tài)特性方面的特點 克服系統(tǒng)內(nèi)部耦合和非線性特性 獲得優(yōu)良的控制品質(zhì) 同時 又保留了控制器結(jié)構(gòu)簡單易于工程實現(xiàn)和參數(shù)整定 便于操作 維護等優(yōu)點 并能直接接收電網(wǎng)自動調(diào)度系統(tǒng)指令 為實現(xiàn)電網(wǎng)級自動調(diào)度和協(xié)調(diào)控制奠定了基礎(chǔ) 34 系統(tǒng)功能完善 除了在正常工況下的連續(xù)調(diào)節(jié)功能之外 系統(tǒng)還設(shè)汁有一整套邏輯控制系統(tǒng) 包括實際功率給定邏輯 局部故障處理邏輯 運行方式切換邏輯 以及顯示報警 監(jiān)督管理等功能 系統(tǒng)可根據(jù)實際需要和設(shè)備狀況 選擇不同的運行方式 比如機跟爐 爐跟機 機爐協(xié)調(diào)方式 定壓運行或滑壓運行方式 固定功率輸出或可調(diào)功率方式 調(diào)頻或非調(diào)頻方式等 適應(yīng)不同運行工況對控制功能的要求 35 系統(tǒng)可靠性高通過設(shè)置安全保護系統(tǒng)和采取一系列可靠性措施 可獲得很高的系統(tǒng)可靠性 比如 當(dāng)主機或輔機設(shè)備故障時 可自動改變控制方式 對實際功率指令的幅值和變化速率進行改變 并通過相應(yīng)的聯(lián)鎖保護 報警顯示等措施 保證機組在安全范圍內(nèi)運行 并維持最佳的工況 36 2 2CCS主控系統(tǒng) 組成 負荷指令管理系統(tǒng)機爐主控制器作用 產(chǎn)生指揮機 爐各局部控制子系統(tǒng)動作的鍋爐主控制指令 NB 和汽輪機主控制指令 NT 37 38 一 負荷指令管理系統(tǒng) 主要功能 根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度中心的要求負荷指令或運行人員改變負荷指令 電網(wǎng)調(diào)頻指令以及機組主輔機運行情況處理成適當(dāng)?shù)倪m合于機組運行狀態(tài)的單元機組負荷指令ULD unitloaddemand 或?qū)嶋H負荷指令A(yù)LD actualloaddemand 如圖所示 39 40 具體功能正常情況下 由ADS或運行人員變動負荷 并經(jīng)速率限制 最大最小負荷限制回路運算后產(chǎn)生機組負荷指令ULD 變負荷速率限制的手動設(shè)定 正常情況下參與電網(wǎng)調(diào)頻 f校正 機組最大 最小負荷手動設(shè)定 負荷返回 RB 快速負荷切斷 FCB 迫升 迫降 RU RD 以及主燃料跳閘 MFT 時 機組負荷指令跟蹤鍋爐實際負荷指令 機組負荷指令ULD的增 減閉鎖 BI BD 41 構(gòu)成 負荷指令運算回路和負荷指令限制回路負荷指令運算回路作用根據(jù)負荷控制的要求選擇目標負荷指令的形成方式 考慮到汽機等主要設(shè)備的熱應(yīng)力變化的要求和機組負荷的跟蹤能力 對目標負荷指令信號進行適當(dāng)?shù)淖兓氏拗?對機組參加電網(wǎng)調(diào)頻所需負荷指令信號的幅值及調(diào)頻范圍作出規(guī)定 42 方案 如圖 43 通過切換器T1可以選擇電網(wǎng)中心調(diào)度所的ADS指令或機組就地設(shè)定的負荷指令 由信號發(fā)生器A產(chǎn)生 所選中的目標負荷指令經(jīng)變化率限制器送至加法器 變化率限制值可以手動設(shè)定 或由汽輪機熱應(yīng)力信號自動設(shè)定 也可由其它對目標負荷指令的變化有充分要求的因素設(shè)定 當(dāng)目標負荷指令的變化率小于設(shè)定值時 變化率限制器不起作用 只有當(dāng)變化率大于設(shè)定值時才對它實行限制 使之等于設(shè)定值 函數(shù)發(fā)生器f x 用來規(guī)定調(diào)頻范圍和調(diào)頻特性 其特性相當(dāng)于失靈區(qū)和限幅環(huán)節(jié)特性的結(jié)合 函數(shù)發(fā)生器的斜率代表了電網(wǎng)對本機組調(diào)頻的負荷分配比例 此比例應(yīng)與汽機控制系統(tǒng)的靜態(tài)特性對應(yīng) 即等于汽機的轉(zhuǎn)速變動率的倒數(shù) 當(dāng)不需要調(diào)頻時可由T2切除調(diào)頻信號 44 負荷限制回路 主要作用 對機組的主機 主要輔機和設(shè)備的運行狀況進行監(jiān)視 一旦發(fā)生故障而影響機組的負荷 或危及機組的安全運行時 就要對機組的負荷要求指令進行必要的處理與限制 以保證機組能夠繼續(xù)安全 穩(wěn)定地運行 故障因素 1 跳閘或切除 直接確定 2 工作異常 間接確定 組成 功能 1 最大 最小負荷限制回路2 負荷返回回路 RUNBACK 3 快速負荷切斷回路 FASTCUTBACK 4 負荷閉鎖增 減回路 BLOCKI D 5 負荷迫升 迫降回路 RUNUP DOWN 45 最大 最小負荷限制回路 該回路的主要作用是保證機組的實際負荷指令不超越機組的最大最小允許負荷值 最大和最小允許負荷值可由手動設(shè)定 但是最大允許負荷設(shè)定值必須受機組最大可能出力值的限制 46 如圖 圖中雙向限制幅器的輸入NS為要求負荷指令 輸出N0為實際負荷指令 兩者的關(guān)系為當(dāng)Ns Nmax時N0 Nmax當(dāng)Ns Nmin時N0 Nmin當(dāng)Nmin Ns Nmax時N0 Ns低值選擇器保證了Nmax 機組最大可能出力值 47 負荷返回回路 RB 當(dāng)機組在運行過程中 輔機發(fā)生跳閘故障 造成機組承擔(dān)負荷的能力下降時 負荷指令處理回路應(yīng)迅速而安全地自動減少機組的實際負荷指令 以保證機組在較低負荷水平下繼續(xù)運行 這一控制處理過程稱為自動減負荷控制 自動減負荷后的機組負荷水平取決于發(fā)生故障的輔機臺數(shù)和容量 所以負荷指令處理回路應(yīng)具有對各類輔機故障后機組負荷能力的運算功能 并能快速對機組實際負荷指令施以影響 自動減負荷的速率也與發(fā)生故障的輔機種類 臺數(shù)及其對機組運行的安全影響程度等因素有關(guān) 可由回路調(diào)試人員預(yù)先設(shè)定 48 影響機組負荷能力的主要輔機設(shè)備有 風(fēng)機 送 引風(fēng)機 給水泵 電動 汽動給水泵 鍋爐循環(huán)水泵 空氣預(yù)熱器 一次風(fēng)機以及汽機或電氣側(cè)設(shè)備等 應(yīng)當(dāng)指出 當(dāng)發(fā)生自動減負荷工況時 機組的運行方式可能進行自動切換 例如 當(dāng)鍋爐側(cè)輔機發(fā)生自動減負荷時 機組將自動切換到汽機跟隨方式 TF 運行 最大可能出力值的在線識別與計算與主要輔機的切投狀況直接有關(guān) 當(dāng)主要輔機發(fā)生故障而切除或跳閘時 機組的最大可能出力值就會減小 為了保證機組能 量力而行 應(yīng)隨時識別與計算最大可能出力值 并將它怍為機組實際負荷指令的上限 49 機組的最大可能出力可由投入運行的主要輔機的臺數(shù)確定 對于某一種輔機 每臺都有一個對應(yīng)機組容量的負荷百分數(shù) 根據(jù)參加運行的臺數(shù) 將它們的負荷百分數(shù)相加 即可確定該種輔機所能承擔(dān)的最大可能出力 例如 一臺鍋爐配用兩臺容量百分數(shù)50 的送風(fēng)機 兩臺同時運行時 帶100 負荷 若其中一臺退出運行 則由送風(fēng)機決定的機組最大可能出力值就減小至5O 又如 配用五臺容量百分數(shù)為25 的磨煤機 由磨煤機決定的機組最大可能出力值為n 25 其中n為投入運行的臺數(shù) 當(dāng)n 4時 最大可能出力值為100 再如 若配用三臺給水泵 其中兩臺容量百分數(shù)為50 一臺為30 根據(jù)運行臺數(shù)的組合 由給水泵決定的機組最大可能出力值有100 80 50 30 幾擋 其它輔機以此類推 50 如圖為某300MW單元機組負荷返回回路的設(shè)計方案 51 該機組配用預(yù)熱器 送風(fēng)機 引風(fēng)機和一次風(fēng)機各兩臺 容量百分數(shù)均為50 若以上輔機都在運行 則切換器T1 T4選通a 由它們決定的機組最大可能出力為100 若其中某種輔機有一臺跳閘 則對應(yīng)的切換器選通b 使該種輔機決定的最大可能出力值直減至50 該機組配用三臺給水泵 其中兩臺為容量百分數(shù)50 的汽動泵 一臺為30 的電動泵 由T5切換 該機組配用四臺容量百分數(shù)為25 的磨煤譏 根據(jù)不同投運臺數(shù) 由切換器T5選通對應(yīng)的最大可能出力值 共有四檔 25 50 75 和100 52 此外考慮了發(fā)電機定子失去冷卻水時的負荷返回 正常情況下 切換器T7選通a 異常時選通b 機組最大可能出力值減至65 圖中低值選擇器選出各種輔機中負荷百分數(shù)的最小值 作為機組的最大可能出力值 53 負荷返回速率的規(guī)定當(dāng)機組的主要輔機跳閘或切除時 最大可能出力值階躍下降 為了保證機組在負荷返回過程中能夠安全 穩(wěn)定地繼續(xù)運行 必須對最大可能出力值的變化速率進行限制 一般 對于不同輔機的跳閘 要求的負荷返回速率是不同的 例如 正常工況下 跳一臺同容量百分數(shù)的給水泵所要求的減負荷速率通常比跳一臺送風(fēng)機的要大 因為 當(dāng)一臺給水泵跳閘時 初期流入鍋爐的給水量比流出的蒸汽流量小許多 因此 必須快速減小蒸汽負荷 以防鍋爐干燒而使事故擴大 而一臺送風(fēng)機跳閘可相對緩慢地減負荷 否則會造成過大的擾動 負荷返回回路應(yīng)根據(jù)不同輔機對返回速率的要求 采取相應(yīng)措施予以滿足 例如在圖中 讓最大可能出力值信號通過一個速率限制器 切換器T9可根據(jù)不同類的輔機自動選擇所需的速率限制設(shè)定值 達到控制減負荷速率的目的 54 負荷快速切斷回路 FCB 該回路的主要作用是 當(dāng)汽機 汽輪發(fā)電機 發(fā)生跳閘時 快速切斷負荷指令 維持機組繼續(xù)運行 主機跳閘的負荷快速切斷通?？紤]兩種情況 一種是送電負荷跳閘 機組仍維持廠用電運行 即不停機不停爐 另一種是發(fā)電機跳閘 汽輪機關(guān)閉主蒸汽門 由旁路蒸汽系統(tǒng)維持鍋爐繼續(xù)運行 即停機不停爐 對于第一種情況 負荷指令必須快速切到廠用電負荷值 對于第二種情況 負荷指令應(yīng)快速切到零 鍋爐仍維持最小負荷運行 負荷快速切斷回路功能的實現(xiàn)與負荷返回回路相似 只不過減負荷的速率要大得多 圖所示方案中也考慮了汽輪發(fā)電機的負荷快速切斷 正常工況下 切換器T9選通a 當(dāng)發(fā)生送電負荷跳閘或發(fā)電機跳閘時 T9選通b或c 使負荷指令驟減 55 負荷閉鎖增 減回路 BI BD 機組存在一類可能導(dǎo)致機組實際負荷的增減受到限制 但又不能立即直接加以識別的故障因素 例如 燃燒器噴嘴堵塞 風(fēng)機擋板卡澀 執(zhí)行器連桿折斷 給水調(diào)節(jié)機構(gòu)故障等等 稱第二類故障 這類故障屬設(shè)備工作異常情況 出現(xiàn)這類故障時會造成諸如燃料量 空氣量 給水流量等運行參數(shù)偏差增大 本回路的主要作用是對這些運行參數(shù)的偏差大小和方向進行監(jiān)視 如果其中任何一個超出規(guī)定限值 就認為設(shè)備工作異常 出現(xiàn)故障 這時 回路根據(jù)偏差的方向 對實際負荷指令實施增或減方向的閉鎖 以防止故障危害的進一步擴大 直至偏差回到規(guī)定限值內(nèi)才解除閉鎖 56 引起機組實際負荷指令發(fā)生增閉鎖的因素主要有 1 汽機負荷達到最大值或機組負荷指令已達到運行人員手動設(shè)定的最大值 2 機組實發(fā)電功率小于機組實際負荷指令并達到了規(guī)定的允許偏差 3 機組在鍋爐跟隨方式下運行時 出現(xiàn)汽機前蒸汽壓力小于給定壓力值并達到了規(guī)定的允許偏差 4 實際燃料量小于燃料量指令并達到了規(guī)定的允許偏差 5 送 引風(fēng)量小于風(fēng)量指令并達到了規(guī)定的允許偏差 6 給水量小于給水量指令并達到了規(guī)定的允許偏差 引起機組實際負荷指令發(fā)生減閉鎖的因素與增閉鎖相同 但條件相反 不再列舉 57 舉例圖所示為一種負荷閉鎖增 減功能實現(xiàn)的方案 58 由三個加法器分別輸出燃料量 空氣量和給水流量與其指令 給定值 間的偏差信號 大小和方向 由高值和低值選擇器分別得出最大的正偏差 指令 實際參數(shù) 和最大的負偏差 指令 實際參數(shù) 信號 然后 由高限和低限監(jiān)控器分別對偏差進行監(jiān)視 由此組成偏差監(jiān)視回路 正常情況下跟蹤保持器F H置跟蹤狀態(tài) 其輸出跟蹤輸入變化 切換器T1 T2的a c端通 閉鎖增 減回路不起作用 異常情況下 例如 正偏差達到高限制監(jiān)控器定值時 高限監(jiān)控器動作 使跟蹤 保持器 F H 置保持狀態(tài) 此時 其輸出保持在動作前瞬時的輸入值 同時使切換器T1的b c端接通 將動作前瞬時的實際負荷指令No作為限幅器的高限 從而閉鎖了負荷指令的增加 而負荷指令的減小仍是允許的 即只減不增 同樣 當(dāng)負荷偏差達到低限監(jiān)控定值時 低限監(jiān)控器動作 使跟蹤 保持器 F H 置保持狀態(tài) 同時使切換器T2的b c端接通 從而閉鎖了負荷指令的減小 使之只增不減 59 負荷迫升 迫降回路 RU RD 對于第二類故障 除采取負荷閉鎖增 減措施外 通常還進一步采取迫升 追降措施 本回路的主要作用是對有關(guān)參數(shù)的偏差大小和方向進行監(jiān)視 如果他們超越限值 且相應(yīng)的控制器輸出已達到極限位置 不再有調(diào)節(jié)余地 則回路根據(jù)偏差的方向 對實際負荷指令實迫升或迫降 以使偏差回到允許限值范圍內(nèi) 從而達到縮小故障危害的目的 如果說負荷閉鎖增 減是 消極防守 性措施 那么負荷迫升 迫降則是 積極進攻 性措施 從偏差允許限值范圍看 一般 前者為第一道防線 后者為第二道防線 60 通常情況下 下列情況之一發(fā)生 則產(chǎn)生對實際負荷指令的迫降 1 送風(fēng)機調(diào)節(jié)擋板已達最大極限位置 同時 送 引風(fēng)量小于送風(fēng)量控制指令并達到了規(guī)定的偏差允許值 2 給煤機轉(zhuǎn)速已達最大極限轉(zhuǎn)速 同時 實際燃料量小于燃料量控制指令并達到了規(guī)定的偏差允許值 3 給水泵轉(zhuǎn)速已達最大極限轉(zhuǎn)速 同時 實際給水量小于給水量控制指令并達到了規(guī)定的偏差允許值 產(chǎn)生負荷指令迫升的條件與迫降的條件相反 61 圖所示為一種負荷迫升 迫降功能可能實現(xiàn)的方案 62 對偏差信號的監(jiān)視部分與前述負荷閉鎖增 減回路相似 只是把高 低限監(jiān)控器的定值范圍取得更大些 正常情況下 T3和T4的a c端通 自動 手動 A M 器置工作狀態(tài) 即輸出等于輸入 積分器置跟蹤狀態(tài) 其輸出跟蹤實際負荷指令N0 這時負荷迫升 追降回路不起作用 異常情況下 即偏差超越了限值 例如正偏差超越高限監(jiān)控器定值時 高限監(jiān)控器動作 使積分器置工作狀態(tài) 自動 手動器置跟蹤狀態(tài) 其輸出跟蹤實際負荷指令N0 與此同時 切換器T3和T4的b c端通 積分器接的偏置信號為負值 于是積分器輸出以動作瞬時的N0值為起點而下降 通過T4的b c端 實際負荷指令N0下降 直至偏差回到限值范圍內(nèi) 監(jiān)控器重新置積分器為跟蹤狀態(tài) 自動 手動器為工作狀態(tài) T3和T4的a c端通 由于自動 手動器輸出原先跟蹤N0 故恢復(fù)正常時不會造成切換擾動 63 同樣 當(dāng)負偏差超越限值時 低限監(jiān)控器動作 使積分器置工作狀態(tài) 自動 手動器置跟蹤狀態(tài) T3的d c端通 T4的b c端通 積分器接受的偏差信號為正值 其輸出以動作前瞬時的N0為起點上升 此時經(jīng)T4的b c端 實際負荷指令上升 直至偏差回到允許限值范圍內(nèi) 才恢復(fù)原先正常值 負荷指令限制回路的輸出N0就是機組的實際負荷指令 它作為機爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的功率給定值 64 負荷指令的跟蹤CCS的主控系統(tǒng)設(shè)計了多種負荷控制方式 在各種控制方式進行切換時就需要考慮有完善的自動跟蹤功能 以實現(xiàn)無擾動切換 當(dāng)機組功率處于手控方式時 機組目標負荷跟蹤實際發(fā)電功率 跟蹤通過相應(yīng)的切換開關(guān)來實現(xiàn) 65 二 機爐主控制器 單元機組中輸出電功率NE被視作機組外部參數(shù) 反映了機組對外能量的輸出量 對它的基本要求是迅速適應(yīng)負荷變化的需要 汽輪機進出口汽壓PT 也是鍋爐出口汽壓 被視作機組的內(nèi)部參數(shù) 反映了機 爐之間用汽和產(chǎn)汽的能量平衡與否 以及機組蓄能的大小 它是機爐運行是否協(xié)調(diào)的一個主要指示 對它的基本要求是在機組負荷不變時保持為給定值 在機組負荷變動時允許在給定值附近規(guī)定的范圍內(nèi)變化 負荷控制的基本原則及方案 66 根據(jù)被控制對象動態(tài)特性的分析 從燃燒率 及相應(yīng)的給水流量 改變到引起機組輸出電功率變化的過程有較大的慣性和遲延 如果只是依靠鍋爐側(cè)的調(diào)節(jié) 必然不能獲得迅速的負荷響應(yīng) 汽輪機調(diào)門動作可使機組釋放部分蓄能 輸出電功率暫時有較迅速地增加 因此 為了提高負荷響應(yīng)性能 可在保證機組安全運行 即汽壓在允許范圍內(nèi)變化 的前提下 充分利用機組的蓄熱能力 也就是在負荷變動時 通過汽輪機調(diào)門的適當(dāng)動作 允許汽壓有一定的波動而釋放或吸收部分蓄能 加快機組初期負荷的響應(yīng)速度 與此同時 加強對鍋爐側(cè)燃燒率 及相當(dāng)?shù)慕o水流量 的調(diào)節(jié) 及時恢復(fù)蓄能 使鍋爐蒸發(fā)量保持與機組負荷一致的基本原則 也就是機爐協(xié)調(diào)控制的原則 67 大多數(shù)負荷控制的基本方案是一個以前饋 反饋控制為主的多變量協(xié)調(diào)控制方案 其中 反饋控制是負荷控制的基礎(chǔ) 通過它來確保機組內(nèi)外兩個能量供求平衡關(guān)系 以及實現(xiàn)各種負荷控制方式的選擇切換 前饋控制主要是為了補償機組的動態(tài)遲延 加快負荷響應(yīng) 同時也為了保證有關(guān)運行參數(shù)和穩(wěn)態(tài)值與指令一致 以及動態(tài)變化始終在其穩(wěn)態(tài)值附近 一般 負荷控制系統(tǒng)中還包含非線性的控制元件 其作用大多為保證充分利用蓄熱能力 并使汽壓不超出允許范圍 68 負荷控制方式機爐負荷控制部分通常能夠?qū)崿F(xiàn)多種負荷控制方式 以適應(yīng)不同運行條件及要求 單元機組負荷自動調(diào)節(jié)方式 有定壓運行和滑壓運行兩種定壓運行 是維持汽輪機前主蒸汽壓力穩(wěn)定 它有三種方式 爐跟機方式 機跟爐方式 機爐協(xié)調(diào)方式 滑壓運行 將汽輪機進汽閥維持在一個較大的開度或全開上 使主汽壓力隨負荷而變化 而主蒸汽溫度不變 適用于帶基本負荷的機組 69 定壓運行爐跟機方式 汽機調(diào)節(jié)機組的輸出功率 鍋爐調(diào)節(jié)汽壓 這種方式能適應(yīng)負荷 充分利用鍋爐蓄熱 但汽壓變動很大 在單元機組中 當(dāng)鍋爐設(shè)備運行正常 機組的輸出功率因汽機設(shè)備上的原因而受到限制時 可采用該方式 70 機跟爐方式 汽壓變化很小 但沒有利用鍋爐的蓄熱 適應(yīng)負荷能力較差 適用于承擔(dān)基本負荷的單元機組 此外 當(dāng)汽機側(cè)設(shè)備運行正常 而機組的輸出功率因鍋爐設(shè)備上的原因而受到限制時 也采用該方式 由鍋爐調(diào)節(jié)負荷 而由汽機調(diào)節(jié)汽壓 71 機爐協(xié)調(diào)方式以鍋爐為基礎(chǔ) 由汽機控制輸出功率 汽機配合鍋爐控制汽壓 降低電功率響應(yīng)性能來提高汽壓控制質(zhì)量 72 以汽機為基礎(chǔ) 汽機控制汽壓 汽機配合鍋爐控制輸出功率 加大汽壓波動來提高功率響應(yīng)性能 73 綜合型 鍋爐和汽機共同控制輸出功率和汽壓 負荷響應(yīng)性能好 汽壓波動小 充分利用鍋爐的蓄熱 74 控制方式的切換 如圖及表 負荷控制方式的實現(xiàn) 控制方式原則性方案 75 滑壓運行 目前 采用滑壓運行大型單元機組越來越多 單元機組采用定壓運行或滑壓運行時的負荷協(xié)調(diào)控制方案是有所區(qū)別的 但協(xié)調(diào)控制的基本原則是相同的 單元機組滑壓運行通常是在一定負荷范圍內(nèi)進行的 在較低負荷和較高負荷時作定壓運行 汽輪機前汽壓PT和汽輪機開度 T與負荷之間的靜態(tài)關(guān)系 滑壓曲線 如圖所示 76 當(dāng)N N1作定壓運行 汽壓給定值P0為Pmin 通過汽輪機調(diào)門開度改變負荷 當(dāng)N1 N N2時 作滑壓運行 汽壓的給定值P0為負荷N的函數(shù) 汽輪機調(diào)門開度 T保持為給定值 To 汽輪機負荷的增減依靠控制汽壓的增減來實現(xiàn) 當(dāng)N N2時 作定壓運行 汽壓給定值為其額定值P 負荷的改變由汽輪機調(diào)門開度變化實現(xiàn) 77 在負荷控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上 滑壓與定壓運行的區(qū)別僅在于汽壓給定值的性質(zhì)不同 后者為常數(shù) 前者為負荷的函數(shù) 此外 滑壓運行要求穩(wěn)態(tài)時汽輪機調(diào)門保持一定開度 因此 采用滑壓運行時 除了應(yīng)增設(shè)汽壓給定值形成回路和調(diào)門開度控制回路 以實現(xiàn)給定的滑壓運行曲線以外 負荷協(xié)調(diào)控制方案的其余部分都適用 圖為一臺300MW單元機組滑運行時的負荷協(xié)調(diào)控制方案 其滑壓曲線與圖 P N曲線圖 相同 額定汽壓P0 18 3mPa 在26 91 額定負荷范圍內(nèi)作滑壓運行 78 79 該方案為典型的以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方案 N 經(jīng)比例與慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)回路形成汽壓給定值信號 比例系數(shù)K為滑壓階段P N特性曲線的斜率 慣性環(huán)節(jié)使No變化時 Po不致突變 Ps為疊加了汽輪機調(diào)門開度校正值后的汽壓給定值信號 Ps經(jīng)高 低值選擇器后 使NNs時 P0 P 從而形成負荷0 100 范圍內(nèi)汽壓給定值靜態(tài)曲線 汽輪機調(diào)門開度控制器 PI 保證滑壓階段調(diào)門開度在穩(wěn)態(tài)時等于給定值 即 T T0 因為 TO 91 所以在滑壓階段當(dāng)需要改變負荷時 調(diào)門在開關(guān)兩個方向都有余地 負荷變化的動態(tài)過程中可以暫時改變汽輪機調(diào)門開度 利用蓄熱能力使機組負荷迅速響應(yīng) 穩(wěn)態(tài)時 汽輪機調(diào)門保持在91 開度 減小了蒸汽的節(jié)流損失 解決了機組效率與負荷響應(yīng)速度之間的矛盾 汽輪機調(diào)門開度控制器的輸出作為汽壓給定值的修正信號 80 負荷指令N 經(jīng)PD作用 對鍋爐形成前饋控制 以使燃燒率 及相應(yīng)的給水流量 與指令一致 及時補償鍋爐的動態(tài)遲延和慣性 N 還直接作用到汽輪機主控指令端 構(gòu)成比例前饋控制 鍋爐側(cè)反饋控制是對汽壓PT的PID控制 汽輪機側(cè)反饋控制是對電功率的PI控制 汽壓偏差經(jīng)非線環(huán)節(jié)引入汽輪機側(cè) 當(dāng)汽壓偏差在失靈區(qū)時 通過失靈區(qū)非線性環(huán)節(jié)的汽的汽壓偏差信號相當(dāng)于開路 系統(tǒng)為鍋爐跟隨方式 當(dāng)汽壓偏差超出失靈區(qū)時 相當(dāng)于暫時改變功率給定值 以限制汽輪機調(diào)門開度的變化 使汽壓偏差不超出允許范圍 需要指出 當(dāng)該機組負荷低于55 時 鍋爐側(cè)控制器PID切除 鍋爐主控指令 燃燒率 由手動操作給定 同時由汽輪機旁路控制系統(tǒng)來保持汽壓等于給定值 81 機爐主控制器的基本結(jié)構(gòu) 82 方式 手動控制方式 手動控制是指機組負荷完全由運行人員手動控制 即汽機進汽量 鍋爐燃料量和空氣量控制都為手動操作的運行控制方式 這時燃料量和空氣量的操作可通過相應(yīng)的M A操作站進行 而鍋爐的給水量和爐膛負壓控制可以是自動也可以是手動 83 當(dāng)鍋爐燃燒控制系統(tǒng)為手動方式時 鍋爐主控制器的輸出指令BM自動跟蹤總?cè)剂狭?而負荷指令處理回路的輸出指令UD則跟蹤機組實際輸出功率N 為機組投入自動控制系統(tǒng)方式作準備 對于汽機主控制器 當(dāng)汽機DEH控制處于 遙控 自動方式時 汽機主控器輸出指令TM可由操作員手動改變 當(dāng)DEH控制處于 本地 方式時 汽機主控制器輸出指令TM就自動跟蹤汽機參考負荷信號 汽機機械功率信號P 這時操作員將不能通過汽機主控制器操作汽機調(diào)門閥位 手動控制方式主要用于機組啟動初期 當(dāng)然 運行人員根據(jù)需要 也可以在任何時候把負荷控制切換到手動方式 84 方式 鍋爐跟隨方式 85 鍋爐跟隨方式是由汽機側(cè)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)機組輸出功率 鍋爐側(cè)調(diào)節(jié)汽壓的負荷控制方式 在此方式中 根據(jù)汽機主控制器是處于手動還是自動而區(qū)分為BFl方式和BF2方式 圖 前者為機組輸出功率不可 自動 控制方式 后者為機組輸出功率可控方式 在BFl方式中 汽機主控制器手動 但汽機調(diào)門的DEH控制處于 遙控 位置 當(dāng)要求機組負荷改變時 可由操作員手動改變汽機主控器的輸出指令TM 使汽機調(diào)門開度隨之變化 由于調(diào)門開度的變化 汽機入口汽壓也偏離設(shè)定值 使鍋爐壓力調(diào)節(jié)器的輸出改變 從而由鍋爐燃燒控制系統(tǒng)改變?nèi)紵?使汽壓恢復(fù)到設(shè)定值 86 在BF2方式中 汽機主控制器置 自動 位 其輸出指令 TM等于機組負荷指令LJD 當(dāng)操作員在CRT操作站改變機組的目標負荷時 機組實際負荷指令I(lǐng)JD變化 通過汽機負荷調(diào)節(jié)系統(tǒng)使機組功率符合于目標負荷 而鍋爐側(cè)在變參數(shù)壓力調(diào)節(jié)器的控制下 通過鍋爐燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng) 使燃燒率改變 最終調(diào)整主汽壓力穩(wěn)定在定值上 鍋爐側(cè)采用了變參數(shù) 增益 PI調(diào)節(jié)器 可以使汽壓調(diào)節(jié)器的輸出控制作用隨波調(diào)參數(shù) 汽壓 的偏差大小而變化 即當(dāng)調(diào)節(jié)過程中主汽壓偏差 kP增大時 調(diào)節(jié)器的比例控制作用 增益G 隨之增加 而積分控制作用 Ti 減弱直至取消 以此來獲得使鍋爐側(cè)具有良好穩(wěn)定性條件下的快速汽壓控制性能 87 BFl負荷控制方式主要用于鍋爐運行正常 但汽機部分設(shè)備工作異常而使機組輸出功率受到限制的工況中 這時 機組的功率決定于汽機所能承擔(dān)的負荷 而不接受任何外來的負荷要求指令 采取這種方式時 鍋爐必定投入自動可以維持主汽壓力在允許范圍內(nèi)變化 BF2負荷控制方式可以用于機組帶變動負荷時的正常運行工況 但此時機組僅接受由運行人員手動給出的負荷指令 可調(diào) 當(dāng)采用該方式時 鍋爐和汽機各自的子控制系統(tǒng)均應(yīng)投入 自動 方式 88 方式 汽機跟隨方式 89 汽機跟隨方式是由鍋爐側(cè)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)機組輸出功率 汽機側(cè)控制汽壓的負荷控制方式 在此方式中 根據(jù)鍋爐主控制器是處于手動還是自動而區(qū)分為 TFl方式和 TF2方式 圖2 13 前者為機組輸出功率不可 自動 控制方式 后者則是機組輸出功率可控制方式 在TF1方式中 鍋爐主控制器置 手動 位 但鍋爐側(cè)的燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng) 燃料 送風(fēng) 為自動方式 當(dāng)要求機組負荷改變時 可由操作員手動改變鍋主控器的輸出指令BM 使燃燒率隨之變化 由于燃燒率的改變后 使主蒸汽壓力PT也發(fā)生變化 從而使汽機側(cè)壓力調(diào)節(jié)器的輸出改變 去控制汽機調(diào)門動作 進入汽機的蒸汽流量改變而使機組輸出電功率變化 最終主蒸汽壓力也恢復(fù)到設(shè)定值 90 TFl負荷控制方式主要用于汽機運行正常 但鍋爐部分設(shè)備工作異常而使調(diào)節(jié)受到限制 或發(fā)生RB時 機組輸出功率受到限制 為保證機組安全運行可采用本方式 此時 機組輸出功率決定于鍋爐所能承擔(dān)的最大負荷 而不接受外來的負荷要求指令 在采取這種方式時 汽機側(cè)控制系統(tǒng)必定投入自動方式 以維持主汽壓力在允許范圍內(nèi)變化 而鍋爐側(cè)燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)是否投入自動 取決于發(fā)生故障的設(shè)備種類和臺數(shù) TF2負荷控制方式則適用于機組帶固定負荷時的正常運行工況 此時鍋爐和汽機各自的子控制系統(tǒng)均投入自動方式 在該方式運行時 機組僅接受由運行人員手動給定的負荷指令 機組采用該方式運行的主要目的在于能很好地穩(wěn)定住主汽壓力 91 方式 以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)方式 CC BF 92 在鍋爐跟隨方式中 由于鍋爐側(cè)對汽壓控制的遲延而跟不上汽機側(cè)因調(diào)節(jié)功率而對汽壓產(chǎn)生的擾動作用 因此單靠鍋爐調(diào)汽壓通常達不到較好的性能 為此將汽壓偏差引入汽機側(cè)控制系統(tǒng) 讓汽機側(cè)在控制功率的同時 適當(dāng)配合鍋爐共同控制汽壓 以改善汽壓控制質(zhì)量 這就構(gòu)成了以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的負荷協(xié)調(diào)控制方式 圖 當(dāng)機組負荷指令UD No 變化時 首先由汽機側(cè)的功率調(diào)節(jié)器的輸出變化而引起汽機調(diào)門動作 使機組功率迅速響應(yīng)目標負荷的變化 調(diào)門動作同時導(dǎo)致主汽壓P 變化 立即使鍋爐側(cè)汽壓調(diào)節(jié)器去改變?nèi)紵?為了克服鍋爐對汽壓控制的慣性遲延 鍋爐側(cè)主控制器采用了變增益汽壓控制器 使燃燒率的控制強度隨汽壓偏差 kP的增大而加強 并削弱或取消積分控制作用 以此來加快鍋爐的蓄熱補償 使主汽壓較快地恢復(fù)到設(shè)定值 93 除此之外 當(dāng)汽壓偏差出現(xiàn) 0 3MPa的情況時 本方案采取了對汽機主控器指令進行閉鎖控制 從而限制汽機調(diào)門的進一步變化來防止過度利用蓄能而使汽壓PT的靜態(tài)波動太大 這樣汽機主控器不僅起到了對負荷指令變化的初期快速響應(yīng)性能 同時起到了協(xié)助鍋爐較快地控制好汽壓 有利于機組運行的穩(wěn)定性 94 方式V 以汽機跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)方式 CC TF 在汽機跟隨方式中 由于汽機對象的快速響應(yīng)特性 因此汽機側(cè)控制系統(tǒng)能將汽壓保持很好 而鍋爐對象的大延遲特性使機組對負荷指令No的響應(yīng)很慢 為了加快機組負荷響應(yīng)性能 本方案在汽機跟隨方式的基礎(chǔ)上一方面采取了負荷指令的前饋控制 另一方面采用了變增益PI控制器作為鍋爐側(cè)主控制器的控制策略 這二個措施都起著加快 加強鍋爐燃燒率的作用 從而達到了較明顯改善機組負荷響應(yīng)性能的效果 圖 95 96 控制方式的切換 幾種負荷控制方式的實現(xiàn)完全取決于機 爐主控制器中的切換開關(guān)T1 T2 BMP1 BMP2所處的位置 以及機 爐主控操作站所處的 手動 或 自動 的狀態(tài) 圖表示了這些設(shè)備所處位置的邏輯條件 97 2 3基礎(chǔ)控制系統(tǒng) 給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)過熱汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)燃燒過程調(diào)節(jié)系統(tǒng) 98 一 給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)給水調(diào)節(jié)的任務(wù) 是使給水量適應(yīng)于鍋爐的蒸發(fā)量 以維持汽包水位在允許的范圍內(nèi) 給水調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性主要擾動 蒸發(fā)量D 給水量W給水量W擾動下水位變化的動態(tài)特性水位調(diào)節(jié)對象沒有自平衡能力 存在著一定的遲延 蒸汽流量擾動下水位變化的動態(tài)特性水位調(diào)節(jié)對象會出現(xiàn) 虛假水位現(xiàn)象 99 w w0 0 0 0 0 t0 t t t t w H1 H2 H H D D D0 H H0 H0 H1 H H2 t0 t0 t0 給水量擾動下 水位的階躍響應(yīng)曲線 蒸汽量擾動下 水位的階躍響應(yīng)曲線 100 三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng) H 101 三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng) 該系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器根據(jù)汽包水位H 蒸汽流量D和給水流量W三個信號去調(diào)節(jié)給水流量 三個信號的作用 水位H 水位H是主信號 維持汽包水位為給定值 蒸汽流量D 是水位調(diào)節(jié)的補償信號 有效地克服 虛假水位 的響 減小了給水流量的波動幅度 使調(diào)節(jié)過變得比較平穩(wěn) 給水流量W 是一個局部反饋信號 克服內(nèi)擾 維持給水量不變 從而使汽包水位基本上不受影響 由此可見 三沖量給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)利用蒸汽流量信號來克服 虛假水位 現(xiàn)象 又利用給水量信號來消除給水流量的自發(fā)性變化因而能有效地控制水位的變化 102 大型控制系統(tǒng)的給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)全程調(diào)節(jié)系統(tǒng) 對機組進行全過程調(diào)節(jié)的系統(tǒng) 包括機組的啟停 包括兩套系統(tǒng) 單沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng) 三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)如何運用 在鍋爐啟停過程中或在低負荷運行工況下 投單沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)當(dāng)機組正常運行時 投三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng) 無擾動切換 103 二 過熱汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)過熱汽溫的調(diào)節(jié)任務(wù)過熱汽溫自動調(diào)節(jié)的任務(wù)是維持過熱器出口汽溫在允許范圍內(nèi) 并且保護過熱器使管壁溫度不超過允許的工作溫度 TC t 過熱汽溫調(diào)節(jié)對象的階躍響應(yīng)曲線 過熱汽溫調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性主要擾動 蒸汽流量 煙氣傳熱量和減溫水量動態(tài)特性 有遲延 慣性和自平衡能力的 104 對于一般高中壓鍋爐 當(dāng)減溫水?dāng)_動時 汽溫反應(yīng)的遲延時間 30 60S 時間常數(shù)T 100S 當(dāng)煙氣側(cè)擾動時 即改變煙氣傳熱量 汽溫反應(yīng)較快 10 20S T 100S 過熱汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)手段 噴水減溫具有超前信號的汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理 把減溫器后的汽溫 1作為導(dǎo)前信號 當(dāng) 1發(fā)生變化時 調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)就改變噴水量 如果 1升高則噴水量增加 反之噴水量減少 如果 1能比過熱汽溫 2提前反映擾動 顯然可以減少 2的動態(tài)偏差 調(diào)節(jié)結(jié)束后過熱汽溫恢復(fù)到給定值 105 具有超前微分信號的雙沖量汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng) 汽溫串級調(diào)節(jié)系統(tǒng) 106 再熱汽溫自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)再熱蒸汽溫度一般用煙氣作為主要調(diào)節(jié)手段 采用改變煙氣再循環(huán)量 煙氣旁路量或燃燒器的傾斜角度等 而噴水減溫則在汽溫超過某一規(guī)定的限值時才參加調(diào)節(jié)或作為超溫事故的保護手段 107 三 燃燒過程自動調(diào)節(jié)系統(tǒng) 燃燒過程的調(diào)節(jié)任務(wù)鍋爐燃燒過程調(diào)節(jié)的基本任務(wù)是使燃燒所提供的熱量適應(yīng)蒸汽負荷的需要 同時還要保證經(jīng)濟燃燒和安全運行 具體有下述三個任務(wù) 維持汽壓恒定保證燃燒的經(jīng)濟性維持爐膛負壓不變 108 燃燒過程調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性 主要擾動 燃燒率擾動和負荷擾動 109 燃燒率擾動時汽壓變化的動態(tài)特性 B Dq P t t t t t t 0 0 0 0 0 0 B Dq P1 P2 P1 1 2 t0 t0 B Dq Dq pm pm Pb Pb P1 P2 P1 a b 110 為用汽量Dq不變 q相應(yīng)地進行調(diào)整 汽壓變化的階躍反應(yīng)曲線 由圖中可看出 汽壓變化一開始有遲延 最后直線上升 這說明燃燒率階躍擾動后 爐膛多產(chǎn)生的熱量全部用來提高汽壓 由于用汽量不變 所以 P Pb Pm保持不變 即 P1 P2 此時 汽壓調(diào)節(jié)對象沒有自平衡能力 為用汽量Dq變化 q開度不變 時 汽壓變化的階躍響應(yīng)曲線 由于汽壓升高后 而汽輪機進汽閥開度不變 則蒸汽流量也相應(yīng)地增加 自發(fā)地限制汽壓的增加 因此鍋爐汽壓就成為一個有自平衡能力的調(diào)節(jié)對象 而汽包壓力Pb與出口汽壓Pm之差 p也隨著增加 111 負荷擾動時汽壓變化的動態(tài)特性 q Dq q Dq Dq D P Pb Pm P1 Pm P2 P1 Dq Dq P1 Pm P2 P1 Pm P Pb Pm t t t t a q階躍變化 b 用汽量Dq階躍變化 112 q階躍變化當(dāng)Pq突然開大 q時 汽輪機的進汽量Dq立即成比例增加 Dq 導(dǎo)致鍋爐出口汽壓Pm立即下降 Pm Pm的下降使Pb Pm增大 鍋爐輸出的蒸汽流量D相應(yīng)增加 直至與Dq平衡 從而阻止了Pm的進一步下降 此后 由于鍋爐的燃燒率未變而蒸汽流量卻增大了 汽包壓力Pb開始緩慢下降 使蒸汽流量D相應(yīng)減少 并導(dǎo)致Pm緩慢下降 隨著Pm的下降 在進汽調(diào)節(jié)閥 q開度不變的情況下 進汽量Dq也相應(yīng)地逐漸減小 最后Dq與Pm都回到原值 汽壓也重新穩(wěn)定在較低的數(shù)值上 而Pb與Pm的壓差恢復(fù)到擾動前的大小 即 P1 P2汽壓反應(yīng)曲線自發(fā)趨向穩(wěn)定表明對象有自乎镕能力 113 Dq階躍變化 當(dāng)用汽量階躍增加 Dq時 為了使用汽量在階躍擾動后保持不變 必須連續(xù)不斷地開大調(diào)節(jié)閥 由于燃燒率未變 鍋爐的供熱量始終滿足不了用汽量增大的需要 在擾動一開始 壓力Pm立即下降 Pm然后以一定速度下降 汽包壓力Pb也隨著Pm的下降等速下降 以保證Dq不變 所以Pb與Pm之差始終保持 P1十 Pm的數(shù)值 這時對象無自平衡能力 114 燃料量控制系統(tǒng) 汽壓調(diào)節(jié)系統(tǒng) 該系統(tǒng)的主要任務(wù)是當(dāng)外界負荷變化引起汽壓變化時 自動改變進入爐膛的燃料量 使鍋爐的蒸汽流量改變 以維持汽壓恒定 因此 在該控制系統(tǒng)內(nèi) 汽壓P為被調(diào)量 燃料量B為調(diào)節(jié)量 空汽流量控制系統(tǒng) 送風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 該系統(tǒng)的主要任務(wù)是在鍋爐燃料量發(fā)生變化時 相應(yīng)地調(diào)節(jié)送風(fēng)量 使進入爐膛的空氣量與燃料量恰當(dāng)配合 以維持一定的過?？諝庀禂?shù) 確保燃燒的經(jīng)濟性 爐膛壓力控制系統(tǒng) 引風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 鍋爐護膛壓力的高低關(guān)系著鍋爐的安全經(jīng)濟運行 壓力過低有引起爐膛內(nèi)爆的危險 壓力過高會造成風(fēng)機耗電量增加 排煙熱損失增加 該系統(tǒng)的主要任務(wù)是使得引風(fēng)量與送風(fēng)量相互配合 以維持爐膛壓力為一定值 爐膛燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng) 115 第3章順序控制系統(tǒng) SCS sequencecontrolsystem 3 1 概述3 2 順序控制在電廠中的應(yīng)用3 3 應(yīng)用舉例3 4 可編程控制器 116 3 1 概述 在生產(chǎn)過程中有兩大類控制 調(diào)節(jié)控制 modulatingcontro1 順序控制 sequencecontrol 順序控制的基本概念 117 調(diào)節(jié)控制也稱閉環(huán)控制 它利用反饋方法將被控制量與給定值進行比較 然后根據(jù)比較的結(jié)果 改變控制量 使得被控制量維持在要求值 在這類控制系統(tǒng)中 控制器的輸入 輸出量均為模擬量 所以亦稱模擬量控制系統(tǒng) 118 順序控制是另外一類控制 它僅與設(shè)備的啟 停 開 關(guān)有關(guān) 它根據(jù)生產(chǎn)過程的工況和被控設(shè)備的狀態(tài)等條件 按照預(yù)先規(guī)定的順序去啟 停 開 關(guān)被控設(shè)備 在這類控制系統(tǒng)中 檢測 運算和控制用的信息全部是 有 和 無 兩種信息 這種具有兩種狀態(tài)的信息稱為開關(guān)量信息 因此這類控制也稱為開關(guān)量控制 順序控制系統(tǒng)是一個比較新穎的控制系統(tǒng) 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 順序控制廣泛地應(yīng)用于各種場合的生產(chǎn)工藝過程 以提高生產(chǎn)的自動化水平 實現(xiàn)生產(chǎn)的現(xiàn)代化 119 功能 大型火電單元機組順序控制系統(tǒng) sequencecontrolsystem 一般簡稱SCS 它的功能是對大型火電單元機組熱力系統(tǒng)和輔機 包括電動機 閥門 擋板的啟 停和開 關(guān)進行自動控制 120 必要性 隨著機組容量的增大和參數(shù)的提高 輔機數(shù)量和熱力系統(tǒng)的復(fù)雜程度大大增加 一臺600MW機組約有輔機 電動 氣動門 電動 氣動執(zhí)行器300余臺套 例如華能上海石洞口二廠600MW機組 順序控制系統(tǒng)按工藝系統(tǒng)特點分成約40個功能組 共控制機 爐輔機約93臺 閥門約139只 主要擋板約20臺 未包括BMS系統(tǒng)中的順序控制部分 順序控制系統(tǒng)涉及面很廣 有大量的輸入 輸出信號和邏輯判斷功能 一臺600MW機組的順序控制系統(tǒng)有2000 3000多個輸入信號 1000多個輸出信號 800多個操作項目 對如此眾多而且相互間具有復(fù)雜聯(lián)系的熱力系統(tǒng)和輔機設(shè)備 靠運行人員進行手工操作是難以勝任的 必須采用安全可靠的自動控制裝置 對熱力系統(tǒng)和輔機實現(xiàn)順序控制 121 順序控制采用的裝置 可編程控制器 PLC 和微機分散控制系統(tǒng) DCS 可編程控制器具有可靠性高 邏輯組態(tài)和修改方便 維護工作量小等優(yōu)點 廣泛地用于順序控制系統(tǒng) 采用微機分散控制系統(tǒng) SCS作為整個分散控制系統(tǒng)的一個組成部分 微機分散控制系統(tǒng)不僅具有可編程控制器的所有優(yōu)點 而且可與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) DAS 模擬量控制系統(tǒng) MCS 有機地結(jié)合起來 實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享 從而節(jié)省大量的檢測元件和信號轉(zhuǎn)換裝置 目前國內(nèi)大部分采用微機分散控制系統(tǒng)的機組 SCS系統(tǒng)都直接采用分散控制系統(tǒng)來實現(xiàn) 122 采用順序控制后 對于一個熱力系統(tǒng)和輔機的啟 停 操作員只須按一個按鈕 則該熱力系統(tǒng)的輔機和相關(guān)設(shè)備按安全啟 停規(guī)定的順序和時間間隔自動動作 運行人員只需監(jiān)視各程序步執(zhí)行的情況 從而減少了大量繁瑣的操作 又由于在順序控制系統(tǒng)設(shè)計中 各個設(shè)備的動作都設(shè)置了嚴密的安全連鎖條件 無論自動順序操作 還是單臺設(shè)備手動 只要設(shè)備動作條件不滿足 設(shè)備將被閉鎖 從而避免了操作人員的誤操作 保證了設(shè)備的安全 順序控制的作用 123 3 2 順序控制在電廠中的應(yīng)用 順序控制系統(tǒng)的控制范圍包括與機 爐 電主設(shè)備運行關(guān)系密切的所有輔機 以及閥門 擋板等 順序控制系統(tǒng)按熱力系統(tǒng)將輔機劃分為若干功能組 functiongroup 功能組就是將屬于同一系統(tǒng)的相關(guān)連的設(shè)備組合在一起 一般是以某一臺重要輔機為中心 如引風(fēng)機功能組 就包括引風(fēng)機及其軸承冷卻風(fēng)機 風(fēng)機和馬達的潤滑油泵 引風(fēng)機進 出口煙道擋板 除塵器進口煙道擋板等 另外還有一些相對獨立的程控系統(tǒng) 如輸煤 除灰 化學(xué)補給水處理 凝結(jié)水處理 鍋爐吹灰 鍋爐定期排污等系統(tǒng) 一般為獨立的順控系統(tǒng) 用可編程序控制器 PLC 來實