火力发电厂给水自动控制系统

火力发电厂给水自动控制系统

季明彬

（烟台发电厂，山东烟台 264002）

[摘要] 本设计结合中小型火电机组母管制给水系统设备的实际情况，及动态特性，以自动控制理论与计算机技术为基础，利用新华控制公司ＸＤＰＳ软件组态设计而成的，具有稳定性，准确性和快速性的特点，能够在线，实时采集过程参数，实时对系统信息进行加工处理，结果能迅速反馈给系统，完成自动调节和控制，以及在不同工况下的无扰切换，使机组在安全经济运行，减少事故，提高设备可靠性及运行效率方面进一步得到保证。

[关键词] 母管制给水自动组态

1、给水控制系统总体方案的确定

为保证机组的安全运行，我们对给水控制系统提出了很高的要求：在控制设备正常的条件下，不需要操作人员干涉，就能保证汽包水位在允许范围内，这是一个比较复杂的过程，因此对给水控制系统提出以下要求：

l 在给水控制系统中，不仅要满足给水调节的要求，同时还要保证给水泵工作在安全区内，这往往需要有两套控制系统来完成，及所谓的两段调节。

l 由于机组在不同的负荷下呈现不同的对象特性，要求控制系统能适应这样的特性。随着负荷的增长或降低，系统要能从单冲量过度到三冲量，或从三冲量过度到单冲量系统，由

此产生了系统的切换问题，并且必须保证两套系统相互切换的控制线路。

l 由于给水自动控制范围较宽，对各个信号的准确测量提出了更高的，更严格的要求。

l 在多种调节机构的复杂切换过程中，给水控制系统都必须保证无扰。另外，点火后升温升压过程中，由于锅炉没有输出蒸汽流量，给水量及其变化量都很小，此时单冲量调节系

统也不十分理想，就需要开启阀门的方法（双位调节方式）进行水位调节。

l 给水自动控制还必须适应机组的定压运行和滑压运行工况，必须适应冷态启动和热态启动的情况。

在给水自动控制系统中，有一段控制和两段控制之分，所谓“段”，是指完成给水自动控制的系统的套数，因此所谓两段控制方式就是指给水控制系统用两套独立的系统，分别指挥自己的执行机构来完成给水全程控制的方式。

给水控制系统的控制方式很多，考虑到应用系统的实际设备情况和各方面因素，设计决定采用如图1所示的控制方案。

图1：两段控制方案

这是一个两段调节方案，用改变调节阀门的开度来控制给水流量，低负荷时，用单冲量控制系统（PI1），高负荷时，用三冲量控制系统（PI2），调节阀门根据运行情况，在1、5两个调节阀门中间进行主观选择，3调节阀门在紧急情况或其他阀门故障时，作为手动备用。在两种情况下，都采用PI3调节器，其输出经过一个逻辑判断回路来决定受控给水泵及其台数，PI3保证给水泵的出口压力为一定值（Pb+Hp+KD2，Pb为汽包压力，Pb为给水泵出口到汽包的压力损失，KD2为阻力），即在保证调速给水泵工作在安全区，同时又使给水泵在热态启动和冷态启动时有相应的转速。本文重点讨论前半部分，即汽包水位控制部分。

2、给水控制系统设计

2.1 汽包水位控制系统基本要求

汽包锅炉给水自动调节的主要任务是维持汽包水位在允许范围内变化。影响水位变化的主要因素有锅炉的蒸发量、给水流量和燃烧率等。

当蒸汽流量突然增大时，由于汽包水位对象是无自平衡能力的，这时水位应按积分规律下降。但是当锅炉蒸发量突然增加时，汽包水面下的汽泡容积也迅速增大，即锅炉的蒸发强度增加，从而使水位升高。因蒸发强度的增加是有一定限度的，故汽泡容积增大而引起的水位变化是惯性环节的特性。实际水位变化的趋势是两种特性的迭加。由此可以看出，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，虽然锅炉的给水流量小于蒸发量，但开始阶段的水位不仅不下降，反而迅速上升（反之，当负荷突然减小时，水位反而先下降），这种现象就是“虚假水位”现象。另外，给水流量和燃烧率扰动由于水面下汽泡的原因，也能产生虚假水位，因此给水控制系统不能单单以汽包水位为被调量，为了减少或抵消虚假水位现象，就必须采用三冲量调节系统。

所谓三冲量，就是指汽包水位、蒸汽流量和给水流量。蒸汽流量和给水流量是引起水位变化的原因，蒸汽流量作为水位调节的前馈信号，当蒸汽流量改变时，调节器立即动作，相应地改变给水流量，而当给水流量自发地变化时，调节器也立即动作，使给水流量恢复到原来数值，这样就有效控制了虚假水位的影响。给水控制是串级调节系统，主调节器接受水位信号，对水位起校正作用，是细调；其输出作为副调节器的给定值，副调节器的被调量是给水流量，目的是快速消除来自水侧的扰动。

为了提高给水控制系统的可靠性，汽包水位测量使用了三个变送器。三个经压力校正后的汽包

水位信号取中间值，作为控制系统的被调量，当水位测量信号平均值超过±300mm，而且任意两个水位测量信号越限±280mm时，发出汽包水位MFT信号。

当给水温度不变，而压力在某个范围变化时，给水流量的测量误差很小，若给水压力不变，给水温度在某个范围内变化时，给水流量的测量误差较大，所以对给水流量信号只采取温度校正。

蒸汽流量采用汽机调节级压力的测量来表示，调节级压力经过温度修正后，可近似代表蒸汽流量测量值。如果采用标准喷嘴测量蒸汽流量，一方面在高温高压下节流喷嘴容易磨损，检修维护也困难，测量误差较大，另一方面节流损失也大，一般不采用此种方法。当用蒸汽流量转换出负荷小于40%时，送至给水控制系统，切为三冲量调节汽包水位。

2.2 控制系统原理框图

l 串级三冲量控制系统

串级三冲量控制系统的原理框图如图2所示，这个系统有三个回路，即Ⅰ为副回路，Ⅱ为主回路，Ⅲ为前馈回路，副回路的作用主要为快速消除内扰，主回路用于校正水位偏差，而前馈通道则用于补偿外扰，主要用于克服“虚假水位”现象。

图2：串级三冲量控制系统的原理框图

l 单冲量控制系统

在低负荷时（主汽流量D<40%），系统设计为单冲量控制系统，其原理框图如图3所示。

图3：单冲量控制系统原理框图

在单冲量控制系统中对于内扰给水量的变化，系统调节能够消除内扰的影响，但调节不及时，迟延时间长。而对于克服外扰，由于“虚假水位”的存在，使系统调节超调量大，调门大幅变化，对系统的安全性不利。但是在起停机组过程中或在低负荷时（主汽流量D<40%），由于蒸汽参数低，负荷变化小，“虚假水位”现象不太严重，对于维持水位恒定的要求又不高，所以允许采用单冲量给水控制系统。在低负荷时，若采用各种自动校正措施，则会使系统结构复杂，整定困难，同时仍然存在误差。