300MW火電機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)學(xué)術(shù)參考

1、課 程 設(shè) 計 說 明 書學(xué)生姓名:學(xué)號：學(xué) 院:班 級:題 目:300mw火電機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)指導(dǎo)老師: 2010年 12 月 23 日1選題背景1.1設(shè)計目的通過本課程設(shè)計，使學(xué)生能較好的運用過程控制的基本概念、基礎(chǔ)理論與方法，根據(jù)大型火電機組的生產(chǎn)實際，對火電機組的過程控制系統(tǒng)進行分析，設(shè)計出原理正確，功能較為全面的300mw火電機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。隨著單元機組的發(fā)展，必須將汽輪機和鍋爐作為一個整體進行控制，而機、爐的調(diào)節(jié)特性有相當(dāng)大的差別，鍋爐是一個熱慣性大、反應(yīng)很慢的調(diào)節(jié)對象，而汽輪機相對是一個慣性小、反應(yīng)快的調(diào)節(jié)對象。因此要用協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，保證在滿足負(fù)荷要求的同時，保持主要運行參數(shù)的

2、穩(wěn)定。1.2設(shè)計內(nèi)容和要求 （1）負(fù)荷指令管理部分輸入?yún)?shù)：外部負(fù)荷要求指令（就地指令，中調(diào)指令ads，電網(wǎng)頻率變化所要求負(fù)荷指令）。輸出參數(shù)：實際負(fù)荷指令，鍋爐負(fù)荷指令。負(fù)荷指令限制回路：a、最大/最小允許負(fù)荷限制回路b、負(fù)荷返回回路（rb）常用輔機：送風(fēng)機、引風(fēng)機、給水泵、發(fā)電機失磁、備用、規(guī)定返回速率c、迫升/迫降回路（run up/down）d、閉鎖增/減回路（block incerase/decrease）e、負(fù)荷快速切斷回路（fast cut back）負(fù)荷操作：lmcc（負(fù)荷管理中心）面板:增、減負(fù)荷按鈕：中、高、低速選擇；速度限制（速率整定在3%-5%）（2）機爐負(fù)荷控制部分：

3、輸入?yún)?shù)：第一級壓力，機前壓力、機前壓力定值、鍋爐負(fù)荷指令、實際負(fù)荷指令、頻率偏差、實發(fā)功率輸出參數(shù)：鍋爐指令、至deh的負(fù)荷指令鍋爐主控制器：a、前饋信號形成 b、機前壓力定值形成定壓、滑壓汽機主控：三個調(diào)節(jié)器：汽機機前壓力調(diào)節(jié)器、電功率調(diào)節(jié)器、蒸汽流量調(diào)節(jié)器工作方式：a、以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的ccs（功率控制） b、鍋爐跟隨（非電功率）c、汽機跟隨（電功率） d、手動系統(tǒng)跟蹤：a、汽機基本，且汽機處于（就地）控制時，實際負(fù)荷指令跟蹤deh負(fù)荷基準(zhǔn)b、爐基本時，鍋爐主控指令跟隨鍋爐負(fù)荷指令c、非功率控制方式時，電功率調(diào)節(jié)器輸出跟蹤，蒸汽流量調(diào)節(jié)器輸出跟蹤deh負(fù)荷基準(zhǔn)。d、在爐基本或功率控制時，

4、實際負(fù)荷指令跟蹤deh負(fù)荷基準(zhǔn)。2系統(tǒng)設(shè)計原理單元機組負(fù)荷控制系統(tǒng)通常由兩大部分組成：負(fù)荷指令管理部分和機爐負(fù)荷控制部分。負(fù)荷指令管理部分的主要作用是對外負(fù)荷要求指令（或稱目標(biāo)負(fù)荷指令）進行選擇并加以處理，使之轉(zhuǎn)變?yōu)閱卧獧C組安全運行所能接受的實際負(fù)荷指令，并作為機組功率給定值信號。機爐負(fù)荷控制部分的主要作用是：根據(jù)機組的運行條件及要求，選擇合適的負(fù)荷控制方式，按實際負(fù)荷指令，以及機組的功率偏差和主蒸汽壓力偏差進行控制運算，分別產(chǎn)生對機、爐側(cè)的控制作用。作為機、爐有關(guān)子控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)動作的指揮信號，分別稱為汽輪機主控指令（或汽輪機負(fù)荷指令）和鍋爐主控指令（或鍋爐負(fù)荷指令）。圖2-1 單元機組負(fù)荷控

5、制系統(tǒng)的組成2.1負(fù)荷指令控制部分如圖2-2負(fù)荷指令管理部分通常接受來自三個方面的負(fù)荷指令，形成單元機組的目標(biāo)負(fù)荷指令，他們是：電網(wǎng)中調(diào)指令ads、就地指令和電網(wǎng)頻率變化所要求的負(fù)荷指令。負(fù)荷指令管理部分大致有兩部分組成：負(fù)荷指令運算回路和負(fù)荷限制回路。圖2-2 負(fù)荷指令控制部分2.1.1負(fù)荷指令運算回路負(fù)荷指令運算回路該回路的主要任務(wù)是：（1）根據(jù)負(fù)荷控制的要求選擇目標(biāo)負(fù)荷指令的形成方式；（2）考慮到汽輪機等主要設(shè)備的熱應(yīng)力變化的要求和機組負(fù)荷的跟蹤能力，對目標(biāo)負(fù)荷指令進行適當(dāng)?shù)淖兓氏拗疲唬?）對機組參加電網(wǎng)調(diào)頻所需負(fù)荷指令信號的幅值及調(diào)頻范圍做出規(guī)定。2.2.2負(fù)荷指令限制回路負(fù)荷指令限

6、制回路的主要作用是：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實際負(fù)荷，或危及機組的安全運行時，就要對機組的負(fù)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)定的運行。負(fù)荷指令限制回路按其功能一般包括五個部分：最大/最小允許負(fù)荷限制回路，負(fù)荷返回回路（rb），快速負(fù)荷切斷回路（fcb），負(fù)荷閉鎖增/減（block i/d）回路和負(fù)荷迫升/降（run up/down）回路。2.2.3實際負(fù)荷指令形成系統(tǒng)是速率限制模實際負(fù)荷指令是由中心調(diào)度的負(fù)荷指令信號（ads）或者機組值班員負(fù)荷設(shè)定信號經(jīng)過速率限制，機組最大負(fù)荷和最小負(fù)荷限制形成，或者是由機組發(fā)生故障時發(fā)

7、來的負(fù)荷限制信號形成。當(dāng)負(fù)荷設(shè)定是，運行人員可以就地操作lmcc（負(fù)荷管理中心）面板上的增、減負(fù)荷按鈕。按下時，經(jīng)過邏輯線路控制發(fā)出斜坡升ramp up（或斜坡降ramp down）負(fù)荷的操作。斜坡升（降）速率可以在高、中、慢速三檔之間選擇，按鈕松開時，負(fù)荷處于保持狀態(tài)（hold）。負(fù)荷設(shè)定也可以由ads設(shè)定，這時須在面板上按負(fù)荷控制的ads按鈕，當(dāng)ads燈亮后，表示處于ads方式，再按一次按鈕則可以解除ads作用。是速率限制模塊，它能將階躍變化的負(fù)荷指令信號變成一個斜坡信號，一般斜坡速率整定在3%-5%。機組還設(shè)有負(fù)荷返回回路（rb），當(dāng)送風(fēng)機、引風(fēng)機、給水泵、發(fā)電機失磁、備用等項目其中之一

8、發(fā)生故障，就使機組甩負(fù)荷，直到負(fù)荷降到?jīng)]有這些停運設(shè)備也能保持機組繼續(xù)運行的水平。對于不同的輔機故障，甩負(fù)荷的目標(biāo)值和速率是不同的，須分別設(shè)置。甩負(fù)荷操作由相應(yīng)的邏輯線路控制。2.3機前壓力定值的形成機前設(shè)有滑壓運行和定壓運行兩種工況，因此具有不同的壓力定制，壓力定制曲線如圖2-2所示。圖2-2 聯(lián)合運行方式特性曲線2.3.1負(fù)荷報警如圖2-3.，實際負(fù)荷指令在加入機前壓力設(shè)定系統(tǒng)的同時加入到負(fù)荷報警系統(tǒng)。圖2-3 復(fù)合報警方框圖2.3.2機前壓力定值的形成機前設(shè)有滑壓運行和定壓運行兩種工況，因此具有不同的壓力定值，壓力定值曲線如圖2-4所示。24當(dāng) 邏輯條件為“真”時，機組處于定壓運行方式，

9、此時，機前壓力定值器給出的設(shè)定值通過速率限制器后作為壓力定值。設(shè)置速率限制器的目的在于防止在壓力定值變化時，輸出壓力定值信號發(fā)生突變，實際上是一個斜坡處理過程。這對控制系統(tǒng)的工作是有利的。同樣道理，對于由定壓到滑壓之間切換過程來說，速率限制器也將信號突變轉(zhuǎn)換為一個漸變過程。24當(dāng) 邏輯條件為“假”時，機組處于滑壓運行方式。圖2-2中所示滑壓運行曲線由調(diào)節(jié)器，函數(shù)發(fā)生器及高、低值限幅器實現(xiàn)。先暫不考慮pi作用調(diào)節(jié)器，則由負(fù)荷指令通過函數(shù)發(fā)生器f(x)可建立一定的斜率曲線（圖2-2中斜線部分），此線斜率按給定的負(fù)荷壓力關(guān)系確定。圖2-2中兩段水平部分分別由高、低值限幅器實現(xiàn)，函數(shù)發(fā)生器來的信號大于

10、高值限幅器設(shè)定信號時，信號以高值限幅設(shè)定值為輸出；函數(shù)發(fā)生器來的信號小于低值限幅器設(shè)定信號時，信號受到限制以低值限幅器設(shè)定值為輸出。因此，在不考慮調(diào)節(jié)器條件下，利用上述原理可實現(xiàn)事先設(shè)定的滑壓曲線。實際情況是，由于種種原因，在給定負(fù)荷時，按滑壓曲線上壓力運行的話，調(diào)節(jié)=閥開度并不一定能保證所要求的數(shù)值。為此，設(shè)置一個比例積分調(diào)節(jié)器，其入口信號為調(diào)節(jié)閥門開度和滑壓運行時的調(diào)節(jié)閥給定值。當(dāng)調(diào)節(jié)閥門開度偏離其給定值時，通過調(diào)節(jié)器輸出信號與函數(shù)發(fā)生器來的信號相加，改變滑壓曲線斜率，以保證調(diào)節(jié)閥開度為定值。圖2-4機前壓力定值的形成2.3.3機前壓力形成如圖2-5機前設(shè)有滑壓運行和定壓運行兩種工況，因此

11、具有不同的壓力定值。圖2-5機前壓力形成2.4機爐負(fù)荷控制部分圖2-6是機爐負(fù)荷協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)主控圖，可分為機、爐兩部分。2.4.1鍋爐主控制器鍋爐主控制調(diào)節(jié)器接收主汽壓力偏差信號和前饋信號，發(fā)出鍋爐主控指令，去控制燃料和送風(fēng)兩個子系統(tǒng)。鍋爐主控主要由以下幾部分組成：（1） 鍋爐熱量信號的形成此系統(tǒng)通過d/dt和連接形成熱量信號。（2） 前饋信號的形成此系統(tǒng)前饋信號采用ptp0/p1+d (ptp0/p1 )/dt，k為補償系數(shù)。圖2-3中是動態(tài)補償模塊，其傳遞函數(shù)是一個實際微分與一階慣性環(huán)節(jié)的疊加。微分作用保證前饋信號在機組負(fù)荷變化初始階段有一定的過調(diào)，對克服鍋爐對象慣性有利。f(x)是函數(shù)模

12、塊，其作用是將前饋信號轉(zhuǎn)化為數(shù)值上與鍋爐燃料量、風(fēng)量相匹配的信號。（3） 燃料風(fēng)量指令處理當(dāng)系統(tǒng)處于爐跟隨方式時，鍋爐根據(jù)前饋信號產(chǎn)生的來產(chǎn)生鍋爐指令即燃料風(fēng)量指令；當(dāng)系統(tǒng)t處于機跟隨狀態(tài)時， 根據(jù)邏輯電路產(chǎn)生的數(shù)字信號接如鍋爐負(fù)荷指令，由此產(chǎn)生鍋爐指令。2.4.2汽輪機主控制器汽輪機主控制器原理如圖2-3右側(cè)部分所示，它由三個調(diào)節(jié)器組成。（1） 汽輪機機前壓力調(diào)節(jié)器：它接受汽機調(diào)節(jié)閥前節(jié)流壓力偏差，在機跟爐工況時，繼電器接通，控制汽機調(diào)節(jié)閥，自動保持主蒸汽壓力為定值。（2） 電功率調(diào)節(jié)器和蒸汽流量調(diào)節(jié)器：在功率可變協(xié)調(diào)控制工況時，這兩個調(diào)節(jié)器構(gòu)成串級控制，目的是提高系統(tǒng)的品質(zhì)和可靠性。主信號

13、是實發(fā)功率，副信號是蒸汽流量（系統(tǒng)中用代替）。功率定值中加入頻差信號，這是為與汽機液壓系統(tǒng)中飛錘調(diào)頻信號平衡而設(shè)置的。為了提高調(diào)節(jié)速度，加入了負(fù)荷的前饋信號，在非電功率控制的其他四種工況下，這兩個調(diào)節(jié)器處于跟蹤狀態(tài)，電功率調(diào)節(jié)器輸出跟蹤值，蒸汽流量調(diào)節(jié)器輸出跟蹤實發(fā)功率。圖2-6 機爐負(fù)荷協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)主控圖2.5控制方式從前饋角度來看，此系統(tǒng)為能量直接平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。從反饋角度看，是爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制基礎(chǔ)。2.5.1汽輪機跟隨方式此時，繼電器接通。這種方式的基本模式是汽輪機自動調(diào)壓（閉環(huán)），鍋爐手動調(diào)功（開環(huán)）。ccs的鍋爐主控操作器bm (boiler master)手動。按鍋爐側(cè)的工

14、作狀態(tài)，若鍋爐主控bm處于自動狀態(tài)（煤、風(fēng)、水等子回路均投入自動）接受運行人員在lmcc上給定的鍋爐指令定位，即是不帶功率控制的汽輪機跟隨自動方式。2.5.2鍋爐跟隨方式此時，繼電器接通，實際是一種以能量信號平衡的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。這種方式的基本模式是鍋爐自動調(diào)壓（閉環(huán)），汽輪機手動調(diào)功（開環(huán)）。汽輪機調(diào)門開度可以在deh的操作板上或ccs的汽輪機主控操作器(turbine master，tm)上手動操作。按汽輪機側(cè)的工作狀態(tài)，若汽輪機deh控制處于遙控方式或汽輪機tm為自動狀態(tài)，接受運行人員在負(fù)荷管理中心lmcc給定的汽輪機調(diào)門開度指令定位，即為不帶功率控制的鍋爐跟隨自動方式。此時的系統(tǒng)已不是一

15、般的機爐分別控制的爐跟隨控制方式（雖有負(fù)荷指令，但無實發(fā)功率反饋信號，故不能準(zhǔn)確保證電功率）。2.5.3協(xié)調(diào)控制前饋控制回路控制信號來源的形式為按負(fù)荷指令進行的前饋控制。此時，繼電器接通，鍋爐側(cè)閉環(huán)調(diào)節(jié)壓力，汽輪機側(cè)閉環(huán)調(diào)節(jié)負(fù)荷，但能準(zhǔn)確保證電功率并參加一次調(diào)頻。機組可通過邏輯線路來選擇定、滑壓運行方式。2.6邏輯功能為了保證協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的安全可靠運行，系統(tǒng)配置了一整套嚴(yán)密的邏輯控制系統(tǒng)，主要有機組局部故障處理邏輯、機組負(fù)荷給定值形成邏輯、控制方式切換邏輯三大類。2.6.1鍋爐基本控制方式選擇邏輯當(dāng)運行人員按下選擇鍋爐基本按鈕、或出現(xiàn)自動轉(zhuǎn)向鍋爐基本信號、或門1形成鍋爐基本自動指令，此指令送人

16、記憶復(fù)位元件mr1，在汽機基本自動指令作用于其復(fù)位端之前，此指令信號永遠保持，直到汽機基本自動指令將mr1元件復(fù)位端置零。當(dāng)mr1輸出為“1”時，可以看出它有以下幾方面作用。（1） 信號送去繼電器，使其帶電后切換為鍋爐基本方式。（2） 通過或門使鍋爐基本自動指示燈亮，該燈位于lmcc面板上。（3） 信號送到與門，與另一路輸入（鍋爐主控手動信號經(jīng)非門而形成的鍋爐主控自動信號）共同作用使與門輸出的信號為鍋爐基本已自動信息。該信號送到或門，使鍋爐基本已自動燈亮，向運行人員表明“鍋爐基本”的自動控制回路已真正接通，能進行“鍋爐基本”的自動控制了。因為當(dāng)鍋爐主控仍處于手動時，也即在該處有鍋爐基本所屬自動

17、控制信號的斷點，是不能實現(xiàn)鍋爐基本自動控制方式的。（4） 將“鍋爐基本已自動”的信號送至“控制方式自動切換邏輯”作為自動切換的條件。（5） 在或門中與鍋爐主控處于手動信號匯合作為鍋爐調(diào)節(jié)器跟蹤信號。（6） 在與門中與鍋爐主控處于手動信號匯合，表明鍋爐主控處于手動及選擇了鍋爐基本自動方式，此信號送到“實際負(fù)荷指令跟蹤邏輯”去跟蹤燃料量。（7） 在或門中與選擇電功率控制信號（來自mr3輸出）匯合，輸出作為汽機側(cè)跟蹤信號。2.6.2汽輪機基本控制方式選擇邏輯當(dāng)運行人員按下選擇汽機基本自動按鈕或出現(xiàn)自動轉(zhuǎn)向汽機基奉信號時，或門1形成鍋爐基本自動指令，此指令再送入記憶復(fù)位元件mr2，當(dāng)mr2輸出為“1”

18、時，可以看出它有以下幾方面作用：（1） 使繼電器失電，切換為汽輪機基本控制方式；（2） 通過或門使汽輪機基本控制方式指示燈亮，該燈位于lmcc面板上；（3） 信號送到與門，后者另一路為汽輪機處于遙控信號，故輸出處于汽輪機基本自動的信號，同時該信號送到或門，使汽輪機基本已自動燈亮，向運行人員表明汽輪機基本控制回路已真正接通；（4） 將“汽機基本已自動”的信號送至“控制方式自動切換邏輯”作為自動切換的條件；（5） 在或門中與汽輪機處于手動信號匯合作為圖2-3中汽機機前壓力調(diào)節(jié)器跟蹤信號；（6） 在與門中與汽輪機處于手動信號匯合，送到“實際負(fù)荷指令跟蹤邏輯”中作跟蹤于汽機基準(zhǔn)的信號。2.6.3功率控

19、制方式在汽輪機基本已自動和鍋爐主控自動兩條件同時具備時按下“電功率控制”按鈕，即選擇功率控制方式。當(dāng)記憶復(fù)位元件mr3輸出出現(xiàn)“1”狀態(tài)時，其作用如下：（1） 輸出“處于電功率控制”信號。再控制繼電器t3，形成電功率控制方式；（2） 通過或門7使電功率控制指示好亮；（3） 通過非門3輸出非電功率控制方式信號，去做蒸汽流量調(diào)節(jié)器跟蹤控制信號。以上工況的切換邏輯是相互閉鎖的，即不會同時出現(xiàn)兩種工況。一種工況實現(xiàn)時，即消除其他工況。2.7控制系統(tǒng)跟蹤出于在控制方式切換及手動自動切換過程中無擾動切換需要，系統(tǒng)設(shè)計了復(fù)雜的跟蹤項目。（1） 實際負(fù)荷指令跟蹤在鍋爐基本控制方式且鍋爐主控手動時，實際負(fù)荷指令跟蹤于燃料量。在汽機基本控制方式且汽機處于就地（手動）控制時，實際負(fù)荷指令跟蹤于deh的負(fù)荷基準(zhǔn)。（2） 鍋爐的主控指令在手動方式時跟蹤總?cè)剂狭?。?） 鍋爐節(jié)流壓力調(diào)節(jié)器輸出在鍋爐基本控制方式時跟