单级三冲量给水系统参数整定

单级三冲量给水系统参数整定

第一章 单级三冲量给水系统的分析和整定

单级三冲量给水控制系统的原理框图如图1-1所示，可以看出该系统由两个闭合的反馈回路及前馈部分组成：

图1-1 单级三冲量给水控制系统的原理框图

（1）由调节器()T W s 、执行机构z K 、调节阀μK 、给水流量变送器w γ和给水流量反馈装置w α组成的内回路。

（2）由水位控制对象)(01s W 、水位变送器H γ和内回路组成的外回路。

（3）由蒸汽流量信号D 及蒸汽流量测量装置D γ、蒸汽流量前馈装置D α构成的前馈控制部分。

下面对两个闭合回路及前馈控制部分进行分析和整定。

1.1 内回路参数的整定

调节器的参数可根据系统内回路来整定,内回路得等效方框图如图1-2所示: 在这个回路中除调节器外得其余部分近似为比例环节.试验时先设置好 W α 值,并令 i T =10s.然后设置一个较大得 δ 值观察内回路得动态过程,逐渐减小δ 值至内回路开始振荡 ,此时的 δ值即为调节器的整定参数。 图1-2 三冲量给水控制系统的内回路方框图

1.2 主回路的参数整定 单级三冲量给水控制系统方框图如图1-1所示，控制对象的特性参数为：

110.037(/)mm s t h ε--=??；30w s τ=；12 3.6(/)K mm t h -=?；215T s =

调节器的传递函数为：11()(1)T i W s T s

δ=+ 控制对象的传递函数为：0()0.037()()(1)(130)w w w H s W

s Q s s s s s ετ===++

202() 3.60.037()()1115d d K H s W s Q s T s s s s

ε==-=-++ 给水流量与蒸汽流量的测量变送器的传递函数为：10.075(/)w d mA t h γγ-==?

水位的测量变送器的传递函数为：10.033h mA mm γ-=?

给水流量反馈装置和蒸汽流量前馈装置都用比例环节，即：()w w

W s α=；D D s W α=)(

D α的整定值.根据图1-1可知主回路的等效方框图如图1-3所示:

列出主回路的特征方程为:

01)(=+s oW W W H W γαγ即0111=)

+(+H s s W W τεγγα

代入具体数值后得：0033

.0037.0075.025.22=?++W s s α

设 ξ 为相应的阻尼系数,则由二阶系统传递函数标准形式比较：

W

n αω25.2033.0037.02?= （1）；25.2075.02=n ξω （2） 比较两式消去 n ω 后得:295.1ξα=W 取整定指标9.0=ψ则344.0=ξ，23.0)344.0(95.12≈?=W α

图1-3 三冲量给水调节系统的主回路等效方框图

第二章 给水全程控制系统

2.1 信号校正

测量信号自动校正的基本方法时先推导出被测参数随温度,压力变化的模型,然后运用功能组件进行校正运算,便可实现信号自动校正。

2.1.1汽包水位的校正

对汽包锅炉通常利用压差原理来测量其水位,锅炉从启停到正常负荷的整个运行范围内,汽包压力变化很大,汽包内饱和蒸汽和饱和水密度的变化也很大,这样就不能直接用压差信号来代表水位,必须对压差信号进行压力修正.对于单室平衡容器取样装置,水位的表达式为: g

P g L H s W s a )()(ρρρρ-?--= 式中：P ?--输入差压变送器的压差（21P P P -=?）

W ρ--饱和水的密度

s ρ--饱和蒸汽的密度

a ρ--汽包外平衡容器内水的密度

g —重力加速度

由上式可见,水位H 是压差和汽、水密度的函数。密度a ρ 与环境温度有关.在锅炉启动过程中,水温略有升高,压力也同时升高,这两方面变化对 a ρ 的影响基本上可以抵消,即可以近似认为a ρ 是恒值。饱和水和饱和蒸汽的密度 s W ρρ, 均为汽包压力d P 的函数。据分析在

MPa P d 6.19< 范围内, )(s a ρρ-与 d P 的关系可近似为线性关系,可用下式表示: L(s a ρρ-)g=d P K K 21-

式中：d P ---汽包压力

21,K K ---常数

而（s W ρρ-）与d P 为非线性关系，即

)()(d s W p f g =-ρρ

这样，水位表达式可以写成： )

(21d d p f P p K K H ?--= 上式表明,汽包水位H 不仅与取样装置输出的压差 P ? 有关,而且还与汽包压力

d P 有关。只有当 d P 不变时,H 才完全取决于P ?。

；实现上式运算原理的框图如2-1所示：

图2-1 水位的压力自动校正原理框图

2.1.2 蒸汽流量的校正

大容量高参数锅炉的过热蒸汽流量通常采用标准节流装置进行测量,被测流量与装置输出差压间的关系如式: p

p p

K g p K D 61.516618572.10-+?=?=θρ 式中： D---过热蒸汽流量（kg/h ） p---过热蒸汽压力（MPa ） △

θ---过热蒸汽温度（℃）

---节流件压差（MPa）

p

ρ---过热蒸汽密度（kg/3

m）

K----流量系数。

当被测工质的压力,温度偏离设计值时,工质的密度变化会造成流量测量误差,所以需要进行压力,温度校正。根据设计的过热蒸汽的压力,温度自动校正回路如图2-2所示：

△

图2-2 过热蒸汽流量的压力、温度校正

2.1.3 给水流量的校正

计算结果表明:当给水温度为100 ,压力在0.196-19.6MPa范围内变化时,给水流量的测量误差为0.47﹪;压力为19.6MPa不变,给水温度在100-290℃范围内变化时,给水流量的测量误差为13﹪.这就说明,对给水流量的测量只需采取温度校正,其校正回路如图2-3所示。当然,若给水温度变化也不大的话,则可不必对给水流量进行校正。

图2-3 给水流量的温度校正

2.2 给水过程控制分析

1．启动，冲转及带30﹪负荷

（1）启动，冲转及带25﹪负荷，此阶段采用单冲量系统通过控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1AM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0～100%控制，如图2-4所示。

单冲量调节器PI4的输入为水位测量值H和给定值

H的偏差，其输出竟3AM手/

自动操作器去控制给水旁路阀，同时可进行阀位显示。三冲量电动泵的副调节器（PI3）

f（x）也处于自动跟踪状态，通过切换开关T2的NC点使PI3的输出跟踪函数发生器

1

n运行。

的输出，再通过2AM手/自动操作器使电动泵维持在最低转速

min

（2）升负荷25%～30%，此阶段采用单冲量系统控制电动给水泵转速。此时三冲量系统尚不能使用，给水旁路门已全开，只能提高给水泵转速来满足给水量的增加，

f (x)的输出值随控制信号（PI4的输出）变化。通过PI3的自动跟T2仍接NC点，

1

踪去控制电动泵转速，实现由阀门控制到电动泵转速控制给水量的无扰过渡。由于单冲量调阀系统对象特性不同，且调节器整定参数不同，所以PI4为变参数调节器。

2、30%～100%负荷阶段，此阶段采用三冲量系统控制给水泵转速方案，这是控制系统的正常工况。给水旁路阀锁定在全开位置不在关闭，以减少系统不必要的扰动。

（1）负荷达w%，电动泵转速为

n时打开主给水电动门。此时泵的转速已提高，

x

当主给水电动门打开以后，管道阻力突然减少，控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，在三冲量系统投运情况下开主给水电动门，由于三冲量系统抗内扰的能力比单冲量系统强的多，所以控制质量能得到保证。

（2）30%～A%负荷阶段采用电动泵控制给水量。T3切至NO（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控制，PI3（电动泵副调节器）不再跟踪PI4的输出，而是处于自动控制状态，通过2AM手/自动操作器控制电动泵转速。三冲量主调节器PI1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节器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，开始启动汽动泵，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（汽动泵副调节器）处于自动控制状态，通过1AM手/自动操作器控制汽动泵转速，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。

3．减负荷过程 在减负荷过程中控制顺序与上述相反，同时负荷的切换的切换点考虑了2%的不灵敏区，避免由于负荷波动系统在切换点处来回切换。

2.3 给水全程控制系统原理

该系统主要由输入信号处理、给水压差控制和给水旁路控制、给水量需求指令运算回路、电泵控制、汽泵控制组成。下面分别进行说明。

1．输入信号处理

根据给水全程控制的要求，需要引入汽包水位信号、蒸汽流量信号、给水流量信号、汽包压力信号及给水旁路调节阀前后压差信号等。因而该系统设计较多的输入信号，为了提高信号的可靠性，对其进行了补偿和分析处理：

（1）汽包水位信号。它由三个压差式水位变送器测量变送并经汽包压力补偿后送至“选择逻辑回路2”选择后获得。

（2）蒸汽流量信号。它由三个汽轮机调节级压力信号经温度修正和“选择逻辑回路3”处理后，再经函数器 f（x）转换，并加上旁路流量而形成。

（3）给水流量信号。

（4）给水旁路调节阀前后压差信号。它由电泵出口压力减去汽包压力信号获得。

系统中所用的汽包压力、汽包水位、汽轮机调节级压力等信号均采用三个测量变送通道进行检测，所测的三个信号由“选择逻辑回路”做出选择后，形成最终测量结果送到控制指令运算回路。所谓“选择逻辑回路”，是控制系统中的一个“三选一”信号处理通道。它可对三个测量信号中选择“其中一个”或者“三者的中值”作为该对象的测量值输出，作为控制系统的输入信号。例如由A、B、C三个变送器分别测量汽包压力，如果运行人员设定了选择“其中一个”，选择逻辑回路将按如下逻辑工作：当选定A时，以A变送器输出作为系统的输入信号，如果A故障，则自动选择B。当选定B时，以B变送器输出作为系统的输入信号，如果B故障，则自动选择C。当选定时C，以C变送器输出作为系统的输入信号，如果C故障，则自动选择A。当