锅炉给水控制系统分析.docx

大型电站锅炉给水限制系统分析摘要锅炉是典型的困难限制系统，汽包水位是锅炉平安、稳定运行的重要指标，是一个特别重要的被控变量。影响汽包水位的因素主要有锅炉蒸发量、给水量、炉膛负荷、汽包压力。给水调整的任务是使给水量适应锅炉蒸发量，维持汽包水位在允许的范围内。本文分析了汽包锅炉给水限制对象的动态系统分析和三冲量给水限制系统的整定分析，以300MW单元机组全程给水系统为例，全面系统的介绍了全程给水限制系统的原理，限制过程分析以及各种信号的测量，还有各种阀之间的相互切换。关键词：给水限制系统虚假水位汽包水位三冲量给水限制摘要IAbstractII1绪论11.1 课题背景11.2 电站锅炉给水限制发展状况11.3本文探讨的主要内容2给水系统的概况2汽包锅炉水的动态特性2汽包锅炉给水限制系统32汽包锅炉水位的动态特性42.1 给水热力系统简介42.2 给水限制的任务52.3 3给水限制对象的动态特性5给水量扰动下水位变更的动态特性5蒸汽流量D扰动下水位的动态特性6炉膛热负荷扰动下水位限制对象的动态特性73给水自动限制系统的介绍与分析92.4 1给水限制系统的基本要求93.2 给水自动限制系统的基本结构及分析9单级三冲量给水限制系统9串级三冲量给水限制系统分析134300MW单元机组给水全程限制系统分析174.1给水全程限制系统原理17热工信号的测量17限制过程分析204.2限制过程中的跟踪与切换22系统间的无扰切换22阀门和泵的运行及切换22电动泵与汽动泵的切换22执行机构的手自动切换23结论24参考文献25致谢271绪论1. 1课题背景锅炉朝大容量、高参数发展，给水系统采纳自动限制系统是必不行少的，它可以减轻运行人员的劳动强度，保证锅炉的平安运行。对于大容量高参数锅炉，其给水系统是特别困难和比较完善的。大型电站锅炉将是国家将来的发展方向，给水系统是其中的重要环节。随着火电机组容量的提高及参数的增加，机组在启停过程中须要监视的参数及限制的项目越来越多，大型电站锅炉给水限制系统是机组限制系统中的重点和难点。近些年来，探讨大型电站锅炉给水的文献相应增多，火电机组越大，其设备结构就越困难，自动化程度也要求越高。在现代科学技术的众多领域中，自动限制技术起着越来越重要的作用。所谓自动限制，是指在没有人干脆参与的状况下，利用外加的设备或装置（称限制装置或限制器），使机器、设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动地依据预定的规律运行。目前己广泛应用于工农业生产、交通运输和国防建设。生产过程自动化是保证生产稳定、降低成本、改善劳动条件、促进文明生产、保证生产平安和提高劳动生产率的重要手段，是21世纪科学与技术进步的特征，是工业现代化的标记之一。可以说，自动化水平是衡量一个国家的生产技术和科学水平先进与否的一项重要标记。1.2电站锅炉给水限制发展状况随着科学技术的进步和电力工业的飞速发展，在燃用矿物燃料的大型发电厂中，普遍采纳大容量、高参数、单元制机组。单元制机组是指由一台锅炉和一台汽轮发电机组构成的电力生产设备整体。在电网中作为相对独立的单元，具有运行调度敏捷，热效率高，又便于电站设计和扩建等优点。一台大容量单元机组的主辅机设备是特别困难的。机组运行过程中须要监视和限制的项目和参数很多。特殊是在机组启停以及故障处理中，须要监视和限制的项目，须要进行的操作步骤就更为繁多。稍有不慎，就可能造成严峻的事故，带来巨大的损失。在正常运行过程中，对运行参数限制的好坏，也干脆影响到机组的经济指标以及设备寿命。因而，现代大容量单元机组的平安经济运行，必须要有与之相适应的自动限制系统来保证。目前，单元机组的自动化系统与设备已成为与机、炉、电气主设备不行分割、同等重要的组成部分随着我国电力市场的实际状况和国民经济发展的须要，电站项目朝着高参数、大容量的方向发展已成为大势所趋,近年来大型电站发电机组在国内得到快速发展和应用。我国在已驾驭制造亚临界300600MW机组的基础上,正在加快开发、研制大型电站机组的步伐,通过引进技术或合作制造,逐步实现国产化和批量化,渐渐提高大型电站机组在火电装机中的比重。目前，国产大型电站机组已完成试制并投入运行,即将具有商品化生产实力。由于大型电站机组各子系统间的耦合性强,机组的蓄热实力差，常规的限制方案往往难以取得满足的限制品质，为使大型电站机组具有良好的调整品质并能确保长期稳定及经济的运行,必需采纳先进的自动限制策略。1.3本文探讨的主要内容大型电站汽包锅炉给水限制系统的任务是通过调整进入汽包的给水流量，在保证汽包水位在肯定范围内相对稳定的同时，产生汽轮发电机组所需的蒸汽流量，使机组输出的电功率与电网负荷变更相适应。给水限制系统对保证汽包锅炉运行过程的平安性和稳定性具有重要意义。论文探讨的主要内容如下：给水系统的概况汽包锅炉给水限制系统的作用是产生用户所要求的蒸汽流量，同时保证汽包水位在肯定范围内变更。由于设计有汽包，使锅炉的蒸发段与过热段明确分开，锅炉的蒸发量主要取决于燃烧率（燃料量与相应的空气量）。所以汽包锅炉由燃烧率调整负荷，实现燃料热量与蒸汽热量之间的能量平衡。汽包锅炉的给水限制系统、汽温限制系统及燃烧限制系统相对独立。直流锅炉没有汽包，给水变成过热蒸汽是一次完成的，加热段、蒸发段与过热段之间没有明确的界限。汽包锅炉水的动态特性影响水位变更的缘由很多，主要有四个方面的扰动：给水流量的扰动（包括给水压力变更和调整阀开度变更引起的给水流量变更）；蒸汽负荷D的扰动（包括蒸汽管道阻力变更和主蒸汽调整阀开度变更引起的蒸汽负荷变更）；燃料量B的扰动（包括引起燃料发热量变更的各种因素）；汽包压力P的变更对汽包水位的影响是通过汽包内部汽水系统在压力增高时“自凝聚”过程和压力降低时的“自蒸发”过程起作用的。其中：给水流量扰动、蒸汽负荷扰动、锅炉热负荷扰动（即燃料量）对汽包水位的影响较为严峻。下面分析汽包水位在不同扰动作用下的动态特性。（D给水流量W扰动下汽包水位的动态特性给水流量W扰动是给水自动调整系统中影响汽包水位的主要扰动之一。（2）蒸汽流量D扰动下汽包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荷变更，这是一种常常发生的扰动。从图2中可以看出，当锅炉负荷变更时，汽包水位的动态特性具有特殊的形式：即当负荷增加时,虽然锅炉的给水流量小于蒸汽流量，但在扰动一起先汽包水位不仅不下降反而快速上升，反之，汽包水位下降。这种现象称之为“虚假水位”现象。虽然虚假水位持续时间不长,但对调整效果的影响很大。（3）炉膛热负荷扰动下水位限制对象的动态特性当燃料量扰动时，例如燃料量增加使炉膛热负荷增加，从而使锅炉蒸发强度增大。若此时汽轮机负荷未增加，则汽轮机侧调整阀开度不变。随着炉膛热负荷的增大，锅炉出口压力提高，蒸汽量也相应增加，这样蒸汽量大于给水流量，水位应当下降。但是蒸汽强度增大同样也使水面下汽泡容积增大，而且这种现象必定先于蒸发量增加之前发生，从而使汽包水位先上升，因此也会出现虚假水位现象。13.3汽包锅炉给水限制系统以300MW汽包锅炉给水限制系统为例，对给水全程限制的组胜利能、限制方案、限制工程以及各测量、限制单元的工作原理进行分析。给水全程自动调整系统设计两套限制系统：单冲量给水限制和三冲量给水限制。机组正常运行时，锅炉给水限制一般采纳三冲量给水调整系统；在启停炉过程中，当负荷低于满负荷的30%时，蒸汽流量信号很小，测量误差相对增大，此时由三冲量给水调整系统改为单冲量给水调整系统。2汽包锅炉水位的动态特性汽包水位是锅炉平安、稳定运行的重要指标，是锅炉蒸汽负荷与给水间物质是否平衡的重要标记,维持汽包水位正常是保证锅炉和汽轮机平安运行的必要条件。汽包锅炉给水限制系统的作用是使锅炉的给水量自动适应锅炉的蒸发量,维持汽包水位在规定范围内波动。其中给水流量和蒸汽流量是影响汽包水位的两种主要扰动,前者来自调整器,称为内扰,后者来自负荷侧,称为外扰。2.1给水热力系统简介图2-1为给水热力系统示意图。从除氧器出来的给水，由给水泵送入高压加热器,在高压加热器内加热后到给水站,给水站出来的水经省煤器送入汽包。给水泵包括两台电动泵和一台汽动泵,每台电动泵容量为50%MCR（最大额定流量），汽动泵容量为IoO%MCR.在启动和低压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功能是作为汽动泵的备用。每台泵都有再循环管道，当系统工作在低负荷时再循环管路的阀门能自动打开,保证泵出口有足够流量,防止汽蚀。低负荷运行时旁路阀工作,调整锅炉给水量,限制水位，同时电动泵维持在最低转速运行,保证泵的平安特性,此时为两段调整。高负荷时,阀门开到最大，为减小阻力主水电动门也打开,通过调整给水泵转速限制给水流量,为一段调整。图2T给水热力系统示意图2.2给水限制的任务汽包锅炉给水限制的任务是使给水量适应锅炉蒸发量，并使汽包的水位保持在肯定的范围内，详细要求有以下两个方面：(1)维持汽包水位在肯定范围内。汽包水位是影响锅炉平安运行的重要因素。水位过高，会破坏汽水分别装置的正常工作，严峻时会导致蒸汽带水增多，从而增加在过热器管壁上和汽轮机叶片上的结垢，甚至使汽轮机发生水冲击而损坏叶片；水位过低，则会破坏水循环，引起水冷壁的裂开。正常运行时的水位波动范围：士3050mm异样状况：±200mm事故状况：±350mm(2)保持稳定的给水量。稳定工况下，给水量不应当时大时小地猛烈波动，否则，将对省煤器和给水管道的平安运行不利。2. 3给水限制对象的动态特性2. 3.1给水量扰动下水位变更的动态特性图2-2给水量扰动时水位阶跃响应曲线图2-2中曲线1为沸腾式省煤器情形下水位的动态特性，曲线2为非沸腾式省煤器情形下水位的动态特性。从物质平衡的观点来看，加大了给水量G,水位应马上上升,但事实上并不是这样,而是经过一段拖延,甚至先下降后升这是因为给水温度远低于省煤器的温度，即给水有肯定的过冷度,水进入省煤器后,使一部分汽变成了水,特殊是沸腾式器给水减轻了省煤器内的沸腾度,省煤器内的汽泡总容积削减,因此,进入省煤器内的水首先用来填补省煤器中因汽泡破削减而降低的水位，经过一段拖延甚至水位下降后，才能因给水量不断从省煤器进入汽包而使水位上升。在此过程中，负荷还未发生变更,汽包中水仍旧在蒸发,因此水位也有下降趋势。沸腾式省煤器的延迟时间T为100200s0非沸腾式省煤器的延迟时间T为30100s.水位在给水扰动下的传递函数可表示为：(2-1)当T=:时，上式可变为:(2-2)水位对象可近似认为是一个积分环节和一个惯性环节并联形式。用一阶近似表示时:(2-3)HG)IG(三)=JEc蒸汽流量D扰动下水位的动态特性图2-3蒸汽量D扰动下的水位阶跃响应曲线假如只从物质平衡的角度来看，蒸发量突然增加口时，蒸发量高于给水量,汽包水位是无自平衡实力的，所以水位应当直线下降,如图2-3中Hi(t)所示那样,但实际水位是先上升,后下降,这种现象称为“虚假水位”现象,如图2-3中H(t)所示。其缘由是由于负荷增加时,在汽水循环回路中的蒸发强度也将成比例增加，水面下汽泡的容积增加得也很快，此时燃料量M还来不及增加,汽包中汽压Pb下降,汽包膨胀,使汽泡体积增大而水位上升。如图2-3中H(t)所示。在起先的一段时间H(t)的作用大与H“t)。当过了一段时间后，当汽泡容积和负荷相适应而达到稳定后，水位就要反映出物质平衡关系而下降。因此，水位的变更应是上述两者之和，即(2-4)H(t)=Hi(t)+H2(I)传递函数也为两者的代数和：H(s)K2O(三)i+T2ss式中此的时间常数，约为1020s;K2也的放大系数；£飞升速度。一般100230th的中高压炉，负荷突然变更10%时，虚假水位化现象可使水位变更达3040mm02. 3.3炉膛热负荷扰动下水位限制对象的动态特性图2-4燃料量扰动下水位的阶跃反应曲线当燃料量扰动时，例如燃料量增加使炉膛热负荷增加，从而使锅炉蒸发强度增大。若此时汽轮机负荷未增加，则汽轮机侧调整阀开度不变。随着炉膛热负荷的增大，锅炉出口压力提高，蒸汽量也相应增加，这样蒸汽量大于给水流量，水位应当下降。但是蒸汽强度增大同样也使水面下汽泡容积增大，而且这种现象必定先于蒸发量增加之前发生，从而使汽包水位先上升，因此也会出现虚假水位现象。当蒸发量与燃烧量相适应时，水位便会快速下降，这种“虚假水位”现象比蒸汽量扰动时要小一些，但其持续时间长。燃料量扰动下的水位阶跃响应曲线如图2-4所示，它和图2-3有些相像。只是在这种状况下，蒸汽流量增加的同时汽压也增大了，因而使汽泡体积的增加比蒸汽流量扰动时要小，从而使水位上升较少。但锅炉负荷变更受到检测反馈时间长、燃料的不稳定的局限和反应时间较慢，不便参与自动限制的调整。以上三种扰动在锅炉运行中都可能常常发生。但是由于限制通道在给水侧，因此蒸汽流量D和燃料量M习惯上称为外部扰动，它们只影响水位波动的幅度。而给水量G扰动在限制系统的闭合回路里产生，一般称为内部扰动。因此，汽包水位对于给水扰动的动态参数是给水限制系统调整器参数整定的依据，此外，由于蒸汽流量D和燃料量M的变更也是常常发生的外部扰动。所以常引入D、M信号作为给水限制系统里的前馈信号，以改善外部扰动时的限制品质。影响水位的因素除上述之外，还有给水压力、汽包压力、汽轮机调整汽门开度、二次风安排等。不过这些因素几乎都可以有D、M、W的变更体现出来。为了保证汽压的稳定，燃料量和蒸发量必需保持平衡，所以这两者往往是一起变更的，只是先后的差别。给水扰动是内扰，其它事外扰。3给水自动限制系统的介绍与分析实现给水全程限制可以采纳变更调整门开度，即变更给水管路阻力的方法来变更给水量，也可以采纳变更给水泵转速，即变更给水压力的方法来变更给水量。前一种方法节流损失大，给水泵的消耗功率多，不经济，故在一般单元机组的大型锅炉中都采纳变更给水泵转速来实现给水限制，在给水限制系统中不仅要满足给水量调整的要求，同时还要保证给水泵工作在平安工作区内。3.1 给水限制系统的基本要求依据我们对给水限制系统对象动态特性的分析，给水限制系统应符合以下基本要求：首先，由于被控对象在给水量G扰动下的水位阶跃反应曲线表现为无自平衡实力，且有较大的拖延，因此必需采纳带比例作用的调整器以保证系统的稳定性。其次，由于对象在蒸发量D的扰动下，水位阶跃反应曲线表现有“虚假水位”现象，这种现象的反应速度比内扰快，为了克服“虚假水位”现象对限制的不利影响，应考虑引入蒸汽流量的补偿信号。第三，给水压力是有波动的，为了稳定给水量，应考虑将给水量信号作为反馈信号，用于刚好消退内扰。总之，由于电厂锅炉水位限制对象的特点，确定了采纳单回路反馈限制系统不能满足生产对限制品质的要求，所以电站汽包锅炉的给水自动限制普遍采纳三冲量给水自动限制系统方案。3.2 给水自动限制系统的基本结构及分析3.2.1 单级三冲量给水限制系统.1系统结构与工作原理图3-1为常用的单级三冲量给水限制系统图。给水调整器接受汽包水位H、蒸汽流量D和给水流量W三个信号（所以称三冲量限制系统）。其输出信号去限制给水流量，其中汽包水位是被调量，所以水位信号称主信号。为了改善限制品质，系统中引入了蒸汽流量是前馈限制和给水流量的反馈限制，这样组成的三冲量给水限制系统是一个前馈-反馈限制系统，当蒸汽流量增加时，调整器马上动作，相应地增加给水流量，能有效地克服或减小虚假水位所引起的调整器误动作。因为调整器输出的限制信号与蒸汽流量信号的变更方向相同，所以调整器入口处，主蒸汽流量信号VD为正极性的。当给水流量发生自发性扰动时（例如给水压力波动引起给水流量的波动），调整器也能马上动作，限制给水流量使给水流量快速复原到原来的数值，从而使汽包水位基本不变。可见给水流量信号作为反馈信号，其主要作用是快速消退来自给水侧的内部扰动，因此在调整器入口处，给水流量信号VW为负极性的。当汽包水位H增加时，为了维持水位，调整器的正确操作应使给水流量减小，反之亦然，即调整器操作给水流量的方向与水位信号的变更的方向相反，因此调整器入口处水位信号VH应定义为负极性。但由于汽包锅炉的水位测量装置一平衡容器本身已具有反号的静态性，所以进入调整器的水位变送器信号VH应为正极性，如图4-1所示。过热器在图3-1可以看出，在单级三冲量给水限制系统中，水位、蒸汽量和给水流量对应的三个信号Vh、Vd.VW都送到Pl调整器，静态时，这三个输入信号与代表水位给定值的信号Vo相平衡,即Vd-Vw÷Vh-Vo或Vo-Vh-Vd-Vw假如在静态时使送入调整器的蒸汽流量信号VD与给定水流量信号VW相等，则水位信号VH就等于给定值信号Vo,即汽包中的水位将稳定在某以给定值。假如在静态时VD不等于Vw,即汽包中水位稳定值将不等于给定值。一般状况下选择静态时VD=Vw,因而使限制过程结束后汽包水位保持给定的数值。.2单级三冲量给水限制系统的分析单级三冲量给水限制系统的原理框图如图3-2所示，从方框图的结构中可以看出，这个系统由两个闭合的反馈回来及前馈部分组成：图3-2单级三冲量给水限制系统原理方框图1.由调整器WT（s）、执行机构Kz、调整阀K、给水流量变送器YW和给水流量反馈装置W组成的内回路（或称副回路）。2,由水位限制对象WoW（s）、水位变送器力和内回路组成的外回路（或称主回路）。3.由蒸汽流量信号D及蒸汽流量测量装置YD、蒸汽流量前馈装置QD构成的前馈限制部分。.3对两个闭合回路进行分析内回路（副回路）分析可以把内回路作为一般的单回路系统进行分析。假如把调整器以外的环节等效地看作被控对象,那么被控对象动态特性近似为比例环节(因为执行器、调整阀、变送设备和给水流量反馈装置都可以近似认为是比例环节)。以给定值-Vg为基值，考虑增量状况，V=%+%,这时可把它当作一单回路来分析。假如把调整器、分压系数以外的环节看作是调整对象，那么广义调整对象是一个近似比例环节，因此调整器的比例带和积分时间都可以取得很小，它们的详细值可以通过摸索法来确定，以保证内回路不振荡为目的。一般取积分时间7摸索过程中，可以随意设置“G值，得到一个满足的比例带S值后，再次变更G值，变更时须使保持不变，即保证内回路的开环放大倍数不变。在摸索时可将外回路开路，切除水位信号，使Vi0,设置Ti和8/%的值，手动操作给水阀门，使给水量产生一个阶跃变更后马上投入自动，视察给水量过渡过程曲线形态，能快速稳定即可。(2)主回路分析在内回路经过正确整定以后,其限制过程是特别快的.这是因为调整器为比例积分特性,b和Ti又设置的较小,故它能快速动作.当外来限制信号变更时,调整器几乎马上成比例地变更给水流量W,使AV=Vw,即WYwW图中1/%几为快速副回路的等效环节，把WM(三)和九看作一个等效调整器所限制的对象，则：而卬内=l(%)则是一个常数，这是一个等效比例调整器，其比例带夕外=nGYG图3-4主回路等效图另外，w1,1(s)的对象特性可用试验方法测得，它事实上就是在水位G扰动下，VH的变更曲线，从曲线上可求出飞升速度£,拖延时间在拖延时间。较大的状况下，可按下列近似公式整定：5外=C（3-1）又因为%卜二夕外=%九，故有：nG=一-G（3-2）从内、外回路的比例带来看，给水流量的分压系数也对内外回路影响正好是相反的，%若增大，主回路稳定性增加，副回路则减弱，反之则状况相反。因此在整定外回路时若要变更心,应相应变更Pl调整器的比例带5,使两者的比值不变，以保证内回路稳定性。3.2.2串级三冲量给水限制系统分析对于给水限制通道延迟和惯性较大的锅炉，实行用串级限制系统将具有较好的限制质量，调试整定也比较便利，因此，在大型汽包锅炉上可采纳串级三冲量给水限制系统。另外,限制对象在蒸汽负荷扰动（外扰）时存在“虚假水位”现象,因此在扰动的初始阶段调整器将使给水流量向与负荷变更相反的方向变更,加剧了锅炉进、出流量的不平衡。因此应采纳以蒸汽流量D为前馈信号的前馈限制,从而能够依据对象在外扰下虚假水位的严峻程度来适当加强蒸汽流量信号的作用强度，以改善蒸汽负荷扰动下的水位限制品质。.1系统结构和工作原理串级三冲量给水限制系统图如图3-5所示。与单级三冲量给水限制系统相比，其给水限制的任务由两个调整器来完成，主调整器Pn采纳比例积分限制规律，以保证水位无静态偏差。主调整器的输出信号和给水流量、蒸汽流量信号都作用到副调整器Pl2。一般串级限制系统的副调整器可采纳比例调整器，以保证副回路的快速性。三冲量汽包水位限制以串级方式为基础。水位调整器接收实测水位和水位给定值的差值，经过PI作用之后，其输出作为给水流量调整器的流量给定值重量，该值和蒸汽流量之和（相加）作为总的给水流量的给定值。给水流量调整器接受实测流量和给水流量给定值之和（相减），经过Pl作用之后，其输出限制100%给水调整阀。串级系统主、副调整器的任务不同，副调整器的任务是用以消退给水压力波动等因素引起的给水流量的自发性扰动以及当蒸发负荷变更时快速调整给水流量，以保证给水流量和蒸汽流量平衡；主调整器的任务是校正水位偏差。这样，当负荷变更时，水位稳定值是靠主调整器Pll来维持的，并不要求进入副调整器的蒸汽流量信号的作用强度按所谓“静态配比”来进行整定。恰恰相反，在这里可以依据对象在外扰下虚假水位的严峻程度来适当加强蒸汽流量信号的作用强度，从而变更负荷扰动下的水位限制品质。串级三冲量系统比单级三冲量系统的工作更合理，限制品质要好一些。图3-5串级三冲量给水限制系统.2串级三冲量给水限制系统的分析图3-6是串级三冲量给水系统的方框图。这个系统也是由两个闭合回路和前馈部分组成的。系统组成如下：图3-6串极三冲量给水限制系统原理方框1 .由给水流量M给水流量变送器YW和给水流量反馈装置w、副调整器PI2、执行器KZ和调整阀K组成副回路。2 .由被控对象WOI(s)、水位测量变送器加、主调整器Pn和副回路组成主回路。3 .由蒸汽流量信号D,以及蒸汽流量测量变送器YD及蒸汽流量前馈装置D构成前馈限制部分。.3对两个闭合回路进行分析(1)副回路分析依据串级限制系统的分析方法,应将副回路处理为具有近似比例特性的快速随动系统,以使副回路具有快速消退内扰及快速跟踪蒸汽流量的实力。即用摸索的方法选择副调整器的比例带52,以保证内回路不振荡原则，在摸索时,给水流量反馈装置的传递函数W可随意设置一个数值,得到满足的52值,假如W以后有必要变更,则相应地变更52值,使aW/S2保持摸索时的值，以保证内回路的稳定性。图3-7副回路等效图(2)主回路分析在主回路中,假如把副回路近似看作比例环节,则主回路的等效方框图如4-8所示。这是,主回路等效为一个单回路限制系统。假如以给水流量W作为被控对象的输入信号,水位变送单元的输出VH为输出信号,则可以把PIl调整器与副回路两者看作为等效主调整器，它的传递函数为%*G)=黑=叫G)(3-3)HG)nGrG若：WrI(三)=三+(34)叫:=上葭。+4)(3-5)“gg"iTAS可见,等效主调整器仍旧是比例积分调整器,但等效的比例带为*l=lWW(3-6)式中51主调整器Pn的比例带图3-8主回路等效图4300MW单元机组给水全程限制系统分析目前.，大型火电单元机组都采纳机、炉联合启动的方式，锅炉、汽轮机依据启动曲线要求进行滑参数启动。随着机组容量的增大和参数的提高，机组在启停过程中须要监视和限制的项目也就越来多，因此人工操作、监视的方式已远远不能满足运行的要求，而必需在启停过程中实现自动限制。所谓全程限制系统是指机组在启停过程和正常运行时均能实现自动限制的系统。全程限制包括启停限制和正常运行工况下限制两方面的内容。常规限制系统一般只适用于机组带大负荷工况下运行，在启停过程中和低负荷工况下，一般要由手动进行限制，而全程限制系统能使机组在启动、停机、不同负荷工况下自动运行。单元机组全程限制系统由机炉全程限制子系统组成。主要包括锅炉给水全程限制系统、主蒸汽温度全程限制系统、机炉全程协调限制系统等。其中给水全程限制系统的应用最为广泛。下面就300MW单元机组给水全程限制系统为实例，介绍一下全程给水限制系统。4.1给水全程限制系统原理4.1.1热工信号的测量.1水位信号水位测量的原理是利用简洁平衡容器内水柱重量产生的压力与汽包高度产生的液柱压力相比较，从而获得一个与汽包水位有肯定关系的差压值，以此来间接测量汽包水位。影响汽包水位测量精度的主要缘由是汽包压力的变更，实际运用中采纳对差压信号进行压力校正来补偿汽包压力变更的影响。图4-1为水位信号测量线路图。在图4-1中增加了压力补偿环节,依据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HJ(PfP"WPb)(4-1)式中Pb-汽包压力，PaP-汽包水位差压变送器两侧压差，Pa汽包水位测取了左、中、右三个测点。正常状况下通过切换开关T的NC点,对三个信号(Hi,i=l,2,3)求平均值作为汽包水位的测量信号H。当任一差压变送器故障时Hi与H相差很大,可发出声光报警。同时在逻辑信号作用下T切换至N0,将故障前的H作为本路测量值Hi,短暂维持H变更不大，限制系统切手动,待值班人员切除故障变送器后,系统再正常运行I/Vf()图41水位压力自动校正线路图2给水流量信号给水流量的测量方法为测量给水管道流量孔板差压，经过开平方运算后变换为给水流量信号。图4-2为给水流量测量线路。给水流量的测量采纳双变送器,正常状况下切换开关T的NC点通,选A、B两个测量信号中较大的一个（以便使实际给水流量不会过大）经过给水温度的补偿和惯性阻尼环节,作为给水流量信号。当任一变送器故障时,通过逻辑线路使T切向NO,将该路变送器输出置0,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。总的给水流量中还包括了一、二、三级减温水量。给水流量图4-2给水流量测量线路图.3主蒸汽流量信号蒸汽流量的测量方法为高压环管压力，经过F(X)发生器后变换为蒸汽流量信号。图4-3为主蒸汽流量测量线路。主蒸汽流量D的测量可采纳两种方法：(1)测得汽轮机速级压力Pl,一级抽汽压力P2和一级抽汽温度,采纳下述公式求取：D-IPR2一a+02b(4-2)式中a、b为设定值,当高压加热器关闭时,b值要重新设定。(2)用汽轮机调速级压力Pl,经主蒸汽温度校正来代替D。当高压旁路阀开启时所测的I）还要加上旁路蒸汽流量。在温度、压力的测量中均采纳了双变送器冗余设置,牢靠性高。旁路蒸汽流量1级抽气压力1级抽气温度图4-3主蒸汽流量测量线路图41.2限制过程分析表4-1限制过程给水限制系统单冲量三冲量单冲量限制手段启动给水旁路阀电动泵电动泵电汽并列汽动泵电汽并列电动泵电动泵旁路阀回.1启动冲转及带25%负荷此阶段采纳单冲量系统通过限制给水旁路阀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,汽动给水泵手自动操作器IAM强迫为手动状态,T5切换至NO使汽动泵超驰全关,主给水电动门也关闭,给水旁路阀从OTO0%限制。单冲量调整器PI4的输入为水位测量值H和给定值Ho的偏差，其输出经3M手自动操作器去限制给水旁路阀，同时可进行阀位显示.三冲量电动泵的副调整器也处于自动跟踪状态,通过切换开关T2的Ne点式PI3的输出跟踪函数发生器fl(x)的输出，再通过2AM手自动操作器使电动泵维持在最低转速运行。4.1.2.2升负荷25%-30%此阶段采纳单冲量系统限制电动给水泵转速。此时三冲量系统尚不能运用，给水旁路们已全开，只能提高给水泵转速来满足给水量的增加,T2仍接NC点，fl(x)的输出值随限制信号(PI4的输出)变更。通过PI3的自动跟踪去限制电动泵转速,实现由阀门限制到电动泵转速限制给水量的无扰过渡。由于单冲量调阀系统与单冲量调泵系统对像特性不同，且调整器整定参数不同,所以PI4为变参数调整器。4.1.2.330%700%负荷阶段此阶段采纳三冲量系统限制给水泵转速方案,这是限制系统的正常工况。给水旁路阀锁定在全开位置不再关闭，以削减系统不必要的扰动。(1)负荷达%,电动泵转速为nx时打开主给水电动门。此时泵的转速己提高,当主给水电动门打开以后，管道阻力突然削减，限制系统使泵转速自动下降一些时，泵转速已有可能下降。另外,在三冲量系统投运状况下开给水电动门，由于三冲量系统抗内扰的实力比单冲量系统强得多,所以限制质量能得到保证。(2) 30MA%负荷阶段采纳电动泵限制给水量。T3切至N0(100%),3AM跟踪T3的输出从而使给水旁路阀超驰全开。此时系统为三冲量电动泵限制,PI3(电动泵副调整器)不再跟踪PI4的输出,而是处于自动限制状态,通过2AM手自动操作器限制电动泵转速。三冲量主调整器Pll接受水位及其给定值的偏差,其输出和蒸汽流量D的前馈信号求和作为副调整器PI3的给定信号，同时PI3还接受给水流量W的反馈信号。(3) D>A%负荷时,起先启动汽动泵,完成汽动泵和电动泵的转换之后,汽动泵取代电动泵运行，电动泵处于超驰全关状态,直到满负荷运行。此时,PI2(汽动泵副调整器)处于自动限制系统,通过IAM手自动操作器限制汽动泵转速,同时可进行转速显示。若执行机构发生故障可发出逻辑信号使泵切手动。减负荷过程在减负荷过程中限制依次与上述相反，同时各负荷的切换点考虑了2%的不灵敏区，避开由于负荷波动系统在切换点处来回切换。4.2限制过程中的跟踪与切换4.2.1 系统间的无扰切换当负荷低于30%MCR时采纳单冲量限制系统。此时三冲量主调整器PIl的输出跟踪(DT)信号，同时电动泵三冲量副调整器PI3的输出通过函数组件fl(x)以及切换开关T2始终跟踪单冲量调整器PI4的输此所以系统由单冲量切换到三冲量是无扰动的。D>30%时采纳三冲量系统。单冲量调整器PI4通过Tl的常闭点NC跟踪三冲量电动泵副调整器PI3的输此所以由三冲量切换到单冲量也是无扰动。4.2.2阀门和泵的运行及切换低负荷时采纳旁路阀限制给水流量，高负荷时采纳变更泵的转速来限制，两者的无扰切换时通过函数组件f1(x)切换开关T2及PI3的跟踪实现的。因为fl(x)产生连续函数,而PI3通过T2的NC点跟踪fl(x)的输出，且当阀门开足时才起先调泵的转速,所以从调阀到调泵的切换是无扰的.4.2.3电动泵与汽动泵的切换以电动泵运行,汽动泵取代电动泵为例。(1)正常切换,即电动泵操作器处在自动位置,汽动泵操作器在手动位置时进行泵的切换。把汽动泵的操作器最低转速时启动汽动泵,然后再渐渐升速。电动泵会由于限制系统的限制作用而自动降速,待两泵出口流量相同时,把汽动泵操作器投自动，电动泵操作器切手动,并渐渐把电动泵降至最低转速后停泵.这样切换扰动量最小。(2)两泵操作器均处于手动状态进行泵的切换时,两泵转速及给水量完全由运行人员限制。4.2.4执行机构的手自动切换旁路阀门手动是Tl切至NO,单冲量调整器PI4通过f4(x)跟踪小阀操作器3AM的输出，保证切回自动时无扰的。汽动泵手动时,汽动泵三冲量副调整器PI2的输出跟踪汽动泵操作器IAM的输出。假如此时电动泵也手动,则三冲量主调PIl的输出跟踪(DTV)信号,所以汽动泵限制切回自动时是无扰的。电动泵手动时分两种状况：(1) D<30%时电动泵手动状态,T2切至N0,电动泵副调整器PI3的输出跟踪电动泵操作器2AM的输此同时Tl的NC点接通,单冲量调整器PI4通过f3(x)跟踪PI3的输出而切回自动时PI3接着通过fl(x)和T2的NC点跟踪PI4的输出，所以是无扰的。(2) D>30%时，采纳三冲量系统，电动泵手动时T2切至No点，电动泵副调整器PI3的输出跟踪2AM的输出，假如此时汽泵也手动，则PIl跟踪(DTV)信号，保证电动泵由手动切回自动时是无扰动的。由以上分析可以看出，此300MW单元机组给水全程限制系统能满足从启动到额定负荷和从额定负荷到停炉全过程的给水限制。系统的总体方案是低负荷时限制阀门开度变更给水流量，同时保证泵的最低转速，此时为两段调整。高负荷时通过变更泵的转速来变更给水量，限制水位，是一段调整的方案，能削减节流损失，充分发挥给水调整泵的经济效益。同时该系统测量信号补偿，系统无扰动切换及逻辑报警线路设计合理全面，并用N-90网络实现，具有较高的牢靠性。本文通过对汽包锅炉给水限制系统的结构和动态特性的分析，提出采纳三冲量给水限制系统，三冲量给水限制系统结构较困难，但调整质量比较高。通过无扰切换可以实现给水水位自动限制的要求，在高负荷时采纳串级三冲量给水限制系统限制汽包水位。通过对系统结构的分析，我们知道了给水水位限制在汽包锅炉中的重要性，实现给水水位自动限制，对电厂具有特别重要的意义。在对系统进行整定的时候，重点是在于对调整器的选取，比例积分调整作用具有比例作用刚好、快速和积分作用能够消退稳态偏差的优点。在系统的无扰切换过程中，低负荷时，蒸汽参数低，负荷变更小，虚假水位现象不严峻，采纳单冲量给水限制系统，高负荷时则采纳串级三冲量给水限制系统。参考文献1边立秀，周俊霞，赵劲松，杨建蒙.热工限制系统M.北京：中国电力出版社,2002.2潘维加，鲁峰.大容量汽包锅炉给米全程分层递阶限制系统设计与分析J.湖南电力，2007.3张栾英.国产300MW机组给水全程限制系统J.北京.华北电力学院报.1994：4容銮恩，袁镇福等合编.电站锅炉原理M.北京：中国电力出版社，19975牛培峰，褚东升.带冲击负荷的锅炉汽包给水过程的智能限制J.动力工程,2000.6胡菊芳.锅炉给水自动限制系统分析J.自动化与仪器仪表,2008.7刘吉臻.协调限制与给水全程限制M.北京.中国电力出版社.1998：108-2138冯伟.600MW机组锅炉给米自动限制系统分析与改进J.华中电力,2007.9韩康.600MW超临界机组给水限制系统的探讨D.华北电力高校硕士学位论文.200710孙德友,等.锅炉给水泵汽轮机限制系统探讨与应用J.汽轮机技术，200011李继峰，曾汉才.国内外600MW机组锅炉的技术特点J.华中电力.200112潘维加,等.汽包锅炉给水全程限制系统分析的几个关键问题J.长沙理工高校学报(自然科学版),2005(2).13马开中.超临界锅炉给水流量调整J.热力发电.200714庄建华,等.600MW机组全程给水自动调整系统的最新限制策略J.黑龙江电力，2004(1).15 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