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协调控制系统 2 协调控制方式的分类 基本方式BASE 锅炉主控手动 汽机主控手动 锅炉跟随方式 锅炉主控自动 汽机手动 此时锅炉控制主汽压力 汽机跟随方式 锅炉主控手动 汽机主控自动 此时汽机控制主汽压力 协调方式 锅炉 汽机均在自动 此时锅炉主控 汽机主控均参与控制主汽压力和负荷 单元机组协调控制系统把锅炉和汽轮发电机组作为一个整体进行控制 采用了递阶控制系统结构 把自动调节 逻辑控制 联锁保护等功能有机地结合在一起 构成一种具有多种控制功能 满足不同运行方式和不同工况下控制要求的综合控制系统 单元机组协调控制系统的设计充分利用了机炉对象特性方面的特点 采用了前馈 补偿 多变量解耦等控制策略 使控制系统具有合理 可靠 易于维护调整等优点 建立在现代控制理论和方法基础上的单元机组协调控制系统也处于研究和发展之中 3 相比汽包锅炉 汽机跟随为基础的协调系统更适应于直流锅炉的蓄热与汽水流动特性传统的锅炉跟随为基础的协调系统也同样适用于直流锅炉对于直流机组的协调控制系统 热量平衡仍是机炉协调的关键锅炉吸热量与耗汽量的平衡关系将转变为吸热量与给水量的平衡保持好变负荷过程中的热量平衡关系 则分离器出口比焓或过热度将始终保持平稳焓水控制与过热度控制仅仅是平稳工况下的缓变控制 在机炉热量失配的非协调状态下无法完成正常参数调节 直流机组协调控制特性 4 图某发电厂协凋控制系统与其他控制子系统的相互关系 5 负荷指令产生回路 负荷指令产生回路可接受操作员的手动设定指令和AGC过来的远方指令 当将负荷指令回路投入自动后 将接受远方调度过来的指令 负荷指令将通过LCD上设置的速率 10MW min 限制后分别送到锅炉主控和汽机主控回路 此速度限制由操作员手动设置 6 压力定值回路 主汽压力定值由操作员手动设置的压力方式和由负荷指令形成的滑压定值组成 操作员可选择定压方式或滑压方式运行 在定压方式下 操作员设定压力设定值时 有上下限的限制值 定压压力变化时变化速率为0 3MPa min和操作员设定取小值 在RB工况时 定压设定的压力定值由RB回路决定 在滑压方式下滑压的定值由负荷指令决定 压力曲线为负荷指令经真空修正后对应曲线 0 8 73 199 391 8 73 580 24 2 0 8 73 158 8 73 525 6 24 2 负荷指令经真空修正是 负荷指令除以 94 5 真空A B平均值 0 00725 1 其中修正系数有0 97 1 03的限制值 最终的压力设定值上值经过一阶惯性环节 惯性环节时间 RB时为500s 其他为450s 7 锅炉主控回路 锅炉主控回路可自动接受负荷指令的信号或手动方式下由操作员站人工设定 它送出的指令分别送到燃料主控和送风机去控制风量 同时送至给水生成回路 锅炉主控由两部分组成 即协调方式下的指令和锅炉跟随方式下的指令 锅炉主控在协调方式下的指令主要有两部分组成 主汽压力与设定值的偏差和机组有功与设定值的偏差经PID作用后的指令 负荷指令回路送来的负荷指令前馈回路 此前馈回路包括负荷指令和负荷指令的微分 主汽压力控制偏差的微分三部分 8 负荷指令的前馈回路是锅炉主控中的粗调部分 主要的作用是煤量的定值 负荷指令对应曲线 0 0 198 37 7 300 53 450 75 65 600 100 720 116 高低限为 高限 0 8 198 45 7 300 61 450 84 5 600 108 720 118 低限 0 0 198 32 7 300 46 450 70 5 600 93 720 109 进入PID控制器的主汽压力与设定值的偏差死区0 05MPa 机组有功与设定值的偏差死区2MW 当RB发生时 锅炉主控的回路自动被切至RB控制回路 其目标值由RB回路根据不同辅机的RB决定 当燃料主控或所有给煤机在手动方式时 锅炉主控这时无法去控制燃料量 它的指令是跟踪实际总的燃料量 包括所有的煤量和燃油量 但此时的锅炉主控仍然对送风机控制起作用 即送风机的总风量控制 仍是由锅炉主控的指令决定 当汽机主控在手动方式而锅炉主控在自动方式时 锅炉主控回路被切至锅炉跟随方式 此时的被控量仅仅是主汽压力 这种方式在实际运行中几乎很少采用 9 锅炉主控切手动条件 任一满足 1 燃料量主控不在自动 2 汽轮机主控在手动时 汽轮机调节级压力信号故障 3 主汽压力信号故障 4 机组负荷信号故障且机组在协调控制方式 5 给水流量控制在手动 6 在无RB工况下 高旁压力调节阀 低旁压力调节阀1 低旁压力调节阀2任一关信号消失 7 分离器出口压力均故障 10 锅炉主控闭锁增条件 在锅炉主控在自动方式下任一满足 1 燃料量受到风量的交叉限制 2 一次风母管压力小于设定值4kPa延时5s 3 燃料量小于指令6 4 燃料量主控 FUELMASTER 在最大 所有给煤机自动时转速在最大 5 任一台送风机的动叶开度大于90 6 引风机静叶开度在最大 锅炉闭锁机组负荷指令减少 在无RUNBACK情况下 1 一次风母管压力大于设定值4kPa 延时5s 2 燃料量大于指令6 3 燃料量主控 FUELMASTER 在最小 所有给煤机自动时转速在最小 4 风量受到燃料量的交叉限制 11 汽机主控回路 汽机主控回路由两部分组成 一部分为协调方式下的汽机主控指令 它的任务是控制机组的负荷和主汽压力 以主汽压力为主 另一部分为汽机跟随方式下的汽机主控指令 它的任务是控制主汽压力 这两种方式的切换取决于以下条件 任一条件成立 汽机主控在自动 锅炉主控在手动 协调方式下发生RB工况 要投入汽机主控自动 必须将DEH切至遥控位 汽机主控在协调方式下的指令形成 机组负荷指令经一阶惯性环节延迟后 减去主汽压力的压力偏差回路 此压力偏差是主汽设定值和实际压力值的偏差 经过正负0 05MPa的死区后送来的 以上的值和实际负荷偏差 死区为 2MW 送入PID运算后产生一个指令 12 汽机主控在协调方式下的前馈的形成为了提高机组对外界负荷变化的适应性和准确性 汽机主控设计有前馈 采用机组负荷指令对应值 0 0 660 30 经主汽压力设定值修正 除以0 0 71 14 6 0 91 21 1 乘以0 9 汽机主控在汽机跟随方式下的指令形成 在此方式下的输入信号为主汽压力和压力设定值的偏差信号 经过正负0 01MPa的死区 汽机主控切手动条件 任一满足 1 汽机调门指令和反馈偏差超过15 持续10S 2 主汽压力两两偏差超过1 6MPa持续5S 3 当锅炉主控在自动时 机组负荷信号坏值 4 汽机主控指令送DEH三个信号中两个及以上回路故障 5 汽机调门控制不在遥控方式下 6 在无RB工况下 高旁压力调节阀 低旁压力调节阀1 低旁压力调节阀2任一关信号消失 13 汽机主控闭锁增条件 在汽机主控在自动方式下任一满足 1 实际给水量小于指令800t h 持续5s 2 汽轮机调阀开度达102 3 汽轮机调阀开度大于指令5 持续5s 汽机主控闭锁减条件 在汽机主控在自动方式下任一满足 1 实际给水量大于指令800t h 延时5s 2 汽轮机调阀开度小于3 3 汽轮机调阀开度小于指令5 延时5s 注意 在协调方式下 汽机主控闭锁减已取消 14 一次调频回路 我厂一次调频采用CCS DEH联合方式 在这种方式下 DEH CCS投入 CCS和DEH同时响应频差信号 一方面 DEH在快速响应频差信号 通过修改流量指令直接改变调门开度 另一方面CCS的锅炉主控利用一个前馈通道快速改变燃料量以改变锅炉负荷和补充锅炉的蓄热损失 CCS的汽机主控经过短时的延迟后去维持机组负荷直至频差信号回到死区 这种方式下 机组的一次调频功能既具备快速性的特点 还具备持续性 稳定性的特点 是一次调频的最佳运行方式 15 16 一次调频功能投入 DEH侧一次调频功能投入是由操作员在LCD上投入按钮投入 CCS侧一次调频功能投入是LCD上投入一次调频后 当以下情况均满足时投入 1 机组处于协调控制方式下 2 机组无RB动作 3 机组负荷大于180MW 4 DEH送来的频差信号非坏值 当以上任一条件满足 将自动撤出CCS侧一次调频功能 17 BTU热值修正回路 当进入锅炉的煤种发生变化时 煤的热值也将变化 此时相同的锅炉指令将产生不同的锅炉热负荷值 此时机组的负荷和主蒸汽压力都将出现变化 为了解决这一问题 必须在系统中对煤的热值进行自动或手动修正 BTU校正回路的原理如下 当前机组负荷对应标煤值经过给水温度修正值和实际燃料量存在着偏差时 系统便开始修正热值信号 同时将修正后的热值信号对锅炉主控指令进行修正 在发生以下条件中的任一条件时的BTU校正回路将停止工作 燃料主控不在自动 已取消 调节级压力两两偏差超过1 6MPa持续5S 改为坏质量 热值修正还可以通过运行人员CRT上手动设置 BTU输出值为0 8 1 2 18 燃料主控 燃料主控的任务是接受锅炉来的指令 并通过运算后送出给煤机的转速指令 燃料主控指令的形成锅炉主控送来的锅炉指令并通过给水温度修正 修正系数为调节级压力对应设计温度 0 209 7 238 11 262 15 8 282 17 94 289 减实际给水温度之差对应曲线 50 0 985 5 1 5 1 50 1 015 经过修正后的指令和实际的总燃料量 包括所有的煤量和燃油量 的差值作为燃料主控的PID调节器的输入信号 其中燃煤量和燃油量折算比例为2 237 按照220t h燃煤量折算成百份比经过BTU修正 投入自动后 调节器的输出同时作用于每台运行的给煤机 燃料主控的投入条件是必须至少有一台给煤机转速控制已经投入自动模式 19 燃料主控撤手动 任一满足 给煤机转速均不在自动 送风机动叶不在自动持续2S 给水流量主控不在自动 任一给煤机转速信号故障 当该给煤机运行时 当给煤机转速控制均不在自动的情况下 燃料主控输出跟踪给煤机指令最大值 20 给煤机转速自动本系统的给煤机转速自动回路中没有PID调节器 仅仅是一个M A 手自动切换站 它接受的是燃料主控中来的燃料指令 由于燃料主控的指令是平均分配该每台投入自动的运行给煤机 因此为了能够人为的干预每台给煤机的煤量 在每台给煤机的M A站上均可设置一定的煤量偏置 偏置为 10t h 速率为0 5 s 100 对应65t h 从而实现每台给煤机所带煤量的差异 调节器输出是通过4 20ma的电流信号送到给煤机以控制给煤机的转速 调节器输出经过高低限限制 高限为86 15 56t h 低限为20 13t h 给煤机转速自动撤手动 任一满足 给煤机称重在容积方式下 对应磨煤机温度控制在手动 对应磨煤机风量控制在手动持续2S 给煤机给煤量两两偏差超过3 25t h 给煤机转速指令回路故障 超驰回路 给煤机启动后 脉冲5S给煤机指令跟踪到25 21 锅炉给水流量控制系统负责向锅炉给水泵发出流量需求信号 使进入锅炉的给水量与离开锅炉的蒸汽量相匹配 当与锅炉启动系统配合时 给水流量控制系统也负责维持炉膛水冷壁管中的流量不低于最小流量值 给水控制由给水焓控 煤水比控制 给水流量控制 小机转速控制 电泵勺管控制 电泵出口门控制 电泵再循环控制 汽泵再循环控制组成 在直流机组中 汽温控制是协调控制的一部分 协调控制系统的三个输入分别为负荷 压力和汽温 它们之间是相互耦合的 协调控制系统对负荷 压力的控制必将影响到汽温的控制 因此必须处理好它们之间的关系 在汽温控制中分为两段控制 分别为水燃比控制和减温水控制 水燃比控制对汽温进行粗调并保证最终汽温在一定的范围内波动 减温水控制对汽温进行动态细调 协调控制系统在控制负荷和压力时会输出一定的煤量和水量 它们构成了水燃比 通过焓值控制器的修正保证了分离器出口焓值 对汽温进行了粗调 给水流量控制 22 煤水比控制锅炉负荷指令经过速率高低限制程序 经F X 换算后叠加上一个手动设定给水偏置值得到最后的FeedwaterDemand 23 焓控制炉膛给水流量目标值等于该负荷对应的主蒸汽流量设计值减去减温水量设计值 炉膛工质的焓增目标值等于该负荷对应的分离器出口设计焓值减去省煤器出口设计焓值 这些值经多重延迟补偿以考虑燃料量变化和锅炉金属储能的时间常数对锅炉参数的影响 将炉膛给水流量目标值 Kg s 与焓增目标值 KJ kg 相乘就得到炉膛吸热量目标值 KJ s 将炉膛吸热量目标值经过锅炉金属储能的瞬态修正 锅炉金属储能是基于炉膛出口饱和温度变化率 再除以来自焓控制器的炉膛焓增需求值 就得出了实际的炉膛给水流量需求值 相应于锅炉负荷的分离器出口目标焓值经过温度控制器的修正就产生了分离器出口的整定焓值 而炉膛出口焓控制正是分离器出口整定焓值与实际焓值之差的一个比例加积分控制