汽包水位自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的原理及參數(shù)整定

1、汽包水位 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的原理及參數(shù)整定 王海琴 ( 匯流河發(fā) 電廠 內(nèi)蒙古 · 牙克石 0 2 2 1 5 0 )摘 要 本文分析 了匯流河發(fā) 電廠的群 3 、 撐 4爐上所采用 的三沖量汽包 水位 控制 系統(tǒng) 的構(gòu)成方案和特點(diǎn) ， 應(yīng)用 線性系統(tǒng)的方框 圖變換法分析 了參數(shù)整定方法， 對(duì)系統(tǒng)參數(shù)整定 給 出了 指 導(dǎo)意見。摘 要 汽包水位 自 動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 原理 參數(shù)。中圖分類號(hào) ： T K 3 2 3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ： A熱工

2、自動(dòng)控制系統(tǒng)是現(xiàn)代火 電廠 的控制 中樞 ， 它包括機(jī) 爐協(xié)調(diào)控制、 鍋爐燃料量、 汽包水位、 過熱蒸汽溫度 、 再熱蒸汽溫度 、 送風(fēng)控制 、 引風(fēng)控制等 調(diào)節(jié) 系統(tǒng) 。調(diào)節(jié)系統(tǒng) 的自動(dòng)投入 率是火 電廠 自 動(dòng)化程度 的一個(gè)重要標(biāo)志， 各 電廠都 比較重視 。匯流河發(fā) 電廠的群 3 、爐汽包水位 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是投入狀 態(tài)比較穩(wěn)定的 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)之 一， 該系統(tǒng)是 串級(jí)三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)， 受汽包水位、 主汽流量、 給水流量影響， 自動(dòng)給

3、水系統(tǒng)又分 為主給水和旁路給水 ， 當(dāng)主給水系統(tǒng)故障而不能投入 自 動(dòng)時(shí) ，改為旁路給水 自 動(dòng) 系統(tǒng)。汽包水位 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的維護(hù)、參 數(shù)整定及 調(diào)節(jié) 品質(zhì)優(yōu)化是 自 動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定投入，提高經(jīng)濟(jì) 效益的關(guān)鍵。1 串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 的構(gòu)成及整定 串級(jí)調(diào)節(jié) 系統(tǒng)有兩個(gè) 閉合 回路 。由副調(diào)節(jié)器 T ： 、對(duì)象導(dǎo) 前區(qū)及副參數(shù)仃 ： 形成的 閉環(huán)， 稱為“ 副環(huán)” 。由主調(diào)節(jié)器 、 對(duì) 象 惰性區(qū)及 整個(gè) 副環(huán)形成 的閉環(huán) ， 稱為 “ 主環(huán)

4、” 。 在 串級(jí)調(diào)節(jié) 系統(tǒng)中 ， 對(duì)副調(diào)節(jié)器 的要求是動(dòng)作迅速， 能及 時(shí)消 除內(nèi)擾 ， 穩(wěn) 定副參數(shù)， 起粗調(diào)作用 。調(diào)節(jié)器參數(shù) 的選擇要根據(jù)導(dǎo)前區(qū)特 性整定。在 串級(jí)調(diào)節(jié) 系統(tǒng) 中， 對(duì)主參數(shù)一般要求 比較嚴(yán)格 ， 主調(diào) 節(jié)器起細(xì)調(diào)作 用。由上述可知 ， 在串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 中有兩個(gè)閉合 回路 ， 有兩個(gè) 調(diào)節(jié)器的參數(shù)要整 定。由于兩個(gè) 閉合 回路互有影響 ，整定時(shí) 要考慮到這些影 響。一 般 整定 方法 ：在串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 中， 由于內(nèi)

5、回路 的快速作用， 進(jìn)入 內(nèi)回路 的干擾使 中間變量 能很快反應(yīng) 出來(lái) ， 并很快被副調(diào)節(jié)器的作 用所抵消 。又由于 串級(jí) 系統(tǒng) 中的主調(diào)節(jié)器的6 和 T都 比單回路的小， 這對(duì)于 內(nèi)回路 以外 的干擾作用也有較好的抑制作用 。與單 回路系統(tǒng)相 比，串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 中被調(diào)量的動(dòng)態(tài)偏差可減 小 1 0～ 1 0 0倍 。由于 內(nèi)回路 的快速作用 ， 相 當(dāng)于改善 了對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性 ，因而使系統(tǒng)的工作頻率提高 ， 調(diào)節(jié)過程的時(shí)間縮短 ， 動(dòng)態(tài)

6、偏 差 減小 。因此， 串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 的應(yīng)用較廣。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)投入 方法 ：( 1 ) 整定副調(diào)節(jié)器 在外回路閉環(huán) 的情 況下整定 內(nèi)回路 ，副調(diào)節(jié)器只用 比例 作用 。 逐漸 改變 副調(diào)節(jié)器 的比例帶 ， 使內(nèi)回路產(chǎn)生衰減震蕩 ，記下此時(shí)副調(diào)節(jié)器 的比例帶和過渡過程 的波動(dòng)周期 。( 2 ) 整定主調(diào)節(jié)器 主調(diào)節(jié)器為純比例作用， 逐步改變主調(diào)節(jié)器比例帶 ， 使外 回路產(chǎn)生衰減震蕩， 記下主調(diào)節(jié)器參數(shù)和過渡過程的波動(dòng)周期 。( 3 ) 參數(shù)

7、計(jì)算 ( 4 ) 設(shè)置副、 主調(diào)節(jié)器參數(shù)并進(jìn)行修正 ( 5 ) 防止和消除共振效應(yīng) 在調(diào)試投運(yùn)過程 中， 要特別注意防止 串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的共 振效應(yīng) 。 外回路的操作周期必須大于內(nèi)回路操作周期的三倍 ，否則 內(nèi)、 外 回路的波動(dòng)會(huì)互相促進(jìn) ， 使系統(tǒng)產(chǎn) 生共振現(xiàn) 象。 嚴(yán) 重時(shí)， 還會(huì)破壞正常運(yùn) 行。2 群 3 、 樣 4 爐汽包水位自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理 變送器輸 出電流信號(hào)， 經(jīng)配 電 器轉(zhuǎn)換成 電壓信號(hào)， 進(jìn)入調(diào) 節(jié)器輸入通道 ， 調(diào)節(jié)器

8、顯示的水位值就是汽包水位測(cè)量值 ， 測(cè) 量值和調(diào)節(jié)器給定值比較， 當(dāng)測(cè)量值低于給定值時(shí) ， 調(diào)節(jié)器通 過比例積分微分運(yùn)算， 調(diào)節(jié)器輸出信 號(hào)送到伺服放大器， 與執(zhí) 行器 閥位反饋信號(hào)進(jìn)行 比較 ， 當(dāng)二者偏 差大于伺服放大器不 靈敏 區(qū)電流值時(shí) ， 伺服放大器導(dǎo)通 ， 伺服 電機(jī)接通交流 2 2 0 V電源 ， 使執(zhí)行器動(dòng)作 ， 調(diào)節(jié) 門打開 ， 給水流量增大， 汽包水位升 高。反之 ， 當(dāng)測(cè)量值高于給定值 時(shí)， 通過一系列調(diào)節(jié) ， 調(diào)

9、節(jié) 門關(guān)， 給 水流量減小 ， 汽包水位 降低 。自動(dòng)控制調(diào)節(jié)門開或關(guān) ，控制汽包水位在規(guī)定范 圍內(nèi)變動(dòng)。3 群 3 、 j f j } 4 爐汽包水位 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)整定 在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行整定一般 要用到臨界 比例帶法、 經(jīng)驗(yàn)法、 衰減 曲線 法， 其整定過程如下：( 1 ) 臨界 比例帶法： 先把積分時(shí)間放到最大， 微分時(shí)間放 到最小 ， 比 例 帶放到較大的數(shù)值， 調(diào)整 比例帶， 由大Nd , 變化 ，觀察調(diào)節(jié)器輸 出和被調(diào)量 ( 汽

10、包 水位 ) 的變化情況， 若為衰減 振 蕩， 比例帶減小， 若為增幅振蕩 ， 則比例帶增大至調(diào)節(jié)過程 為等 幅振蕩為止 。( 2 ) 經(jīng)驗(yàn)法： 該方法通過試湊來(lái)實(shí)現(xiàn) ， 根據(jù)汽包水位 的變 化曲線反 復(fù)調(diào)整參數(shù) ， 直至滿 意。( 3 ) 衰減 曲線法 ： 與臨界 比例帶法 的操作相 同， 即先用單 純比例作用將系統(tǒng)投入調(diào)整， 但不是使調(diào)整過程為等幅振蕩，而是使 系統(tǒng)達(dá) 到最佳衰減 比。4現(xiàn)場(chǎng) 的投運(yùn) ( 1 ) 給水 自動(dòng)的穩(wěn)定程度

11、不僅與調(diào)節(jié)器參數(shù) 的整定有關(guān)，同時(shí)也與閥門特性， 伺服放大器不靈敏區(qū)、 執(zhí)行器死行程有關(guān)。( 2 ) 現(xiàn)場(chǎng)投入時(shí)要隨時(shí)觀察汽包水位記錄與給水流量記錄 的變化情況。( 3 ) 水位 自動(dòng)投入 的好壞程度 ， 不僅僅是保持汽包水位在 規(guī)定的范圍內(nèi)變化 ， 還要看 給水流量 的變化范 圍。( 4 ) 當(dāng)自動(dòng)調(diào)節(jié) 系統(tǒng) 中所有設(shè)備均能正常投入時(shí) ， 汽包水 位控 制的好壞 ， 基本上取決于調(diào)節(jié)器的參 數(shù)。 ( 下轉(zhuǎn)第 1 5 0 頁(yè) )一 科教

12、導(dǎo)刊r 電子版j·2 0 1 4年第 9 期 r 下． ) 一 1 4 5( 2 ) 對(duì)煙 囪的避雷地線進(jìn) 行切割 ； 對(duì)煙 囪爆破位置的內(nèi)隔 熱層進(jìn)行預(yù)拆除 ， 隔熱層預(yù)拆除面積不少于爆破面積 。5 安全校核與安全防護(hù) 5 ． 1 爆破 震動(dòng)校核 根據(jù)爆 區(qū)周 圍情況可見， 爆破震動(dòng)對(duì)周邊的影 響比較復(fù) 雜 。 周邊廠房距爆區(qū)最近 為 1 5 米 ， 參照《 爆破規(guī)程》 的觀 定允 許震速為 ≤3 ． 0 c m ／ s

13、． 根據(jù)爆破震動(dòng)計(jì)算公式 ：V = K K1( Q1 ／ 3 ／ R ) Q式中 V 為質(zhì) 點(diǎn)震動(dòng)速度 c r r d s ；K 為與傳播 介質(zhì)系數(shù) K= 2 0 0 ~ K1 為修正系數(shù)取 0 ． 5 ； Q為單次起爆裝 藥量 k g ． R為爆 破 中心到測(cè)點(diǎn)的距離 m； a 為衰減系數(shù)取 1 ． 5 ； 得 V= I ． 1 c m ／ s 。所 以本次爆破不會(huì)對(duì)周圍建筑物造成危害 。5 ． 2塌落震動(dòng) 防護(hù) 為防止塌落震動(dòng) 的

14、危害， 在煙 囪傾倒方向地面鋪設(shè)黃土，厚度為 1 ． 5 m； 長(zhǎng)度 為 3 0 m； 寬度為 7 — 1 O 米。5 ． 3 爆 破 飛石 防護(hù) 爆破飛石的飛散距離是劃定爆破 安全警戒范圍的主要依 據(jù) ， 所 以對(duì)爆破飛石必須進(jìn)行加強(qiáng)防護(hù) 。具體措施為： 在布置 炮孔 的位置使用 3 ～ 4 層濕草簾進(jìn)行一次包裹； 再用廢 舊的膠皮帶進(jìn)行二次包裹； 最后加 2 層草簾外用塑料篷布包裹 。( 做飛石防護(hù)要注意保護(hù)起爆網(wǎng)絡(luò) ， 并固定牢固

15、)6爆破效 果分析 煙 囪在預(yù)定方向倒塌 ，黃土墊層對(duì)爆 破倒塌減震作 用明 顯 ， 由于較強(qiáng) 的防護(hù) ， 2 0 m 內(nèi)基本沒有飛散的碎石 ， 對(duì)周邊廠 房 、 地下管網(wǎng)無(wú)損壞 。爆破結(jié)果與設(shè)計(jì)要求基本一致 ， 取得較 為滿意 的效果。( 上接 第 1 4 5頁(yè) )5調(diào)節(jié)品質(zhì)的計(jì)算 自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì) 的優(yōu)劣 ， 表征了控制系統(tǒng)克服外 界干擾能力 的大小，因此討論 自動(dòng)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié) 品質(zhì)指標(biāo) 就顯得尤其重要 。 控 制系統(tǒng) 的調(diào)節(jié)

16、品質(zhì)好壞在 系統(tǒng) 處于穩(wěn)態(tài) 的條件 下是難 以判斷的， 只有在過渡過程 中才能鑒別出來(lái) 。調(diào)節(jié)品質(zhì)指標(biāo)一般包括衰減率 、 調(diào)節(jié)時(shí)間、 超調(diào)量和穩(wěn)態(tài) 偏差等 。 在控制 系統(tǒng) 的過渡過程中系統(tǒng)的穩(wěn)定程度一般用衰 減率來(lái)衡量， 快速性用調(diào)節(jié)時(shí) 間來(lái)衡量， 準(zhǔn)確性用超調(diào)量和穩(wěn) 態(tài)偏差來(lái)衡量。在實(shí)際生產(chǎn)過程 中， 計(jì)算控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié) 品質(zhì)參數(shù)要通 過做定值擾動(dòng)試驗(yàn)來(lái)實(shí)現(xiàn) 。 在試驗(yàn)過程 中記錄控制系統(tǒng)的輸 入輸 出曲線， 并按照調(diào)節(jié)品質(zhì)指標(biāo) 的

17、定義來(lái)進(jìn)行計(jì)算 。6 汽包水位 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的維護(hù) 汽包水位 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)故障率不是很高 ，調(diào)節(jié)品質(zhì) 不好 時(shí)調(diào)整好執(zhí) 行機(jī)構(gòu) ， 重新整定調(diào)節(jié)器參數(shù)， 以改善調(diào)節(jié)質(zhì)量。最近一次故障是調(diào)節(jié)器沒有輸 出， 用萬(wàn)用表直接測(cè)量端 子間電流， 萬(wàn)用表有指示， 這就說 明輸出回路斷開 ， 由于汽包水位 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 由兩套給水 自動(dòng) 系統(tǒng)構(gòu)成 ，即主給水系統(tǒng)和旁 路給水 系統(tǒng) ， 可以互相切換使用 。從 調(diào)節(jié)器輸 出 端 子排查起 ， 到主給水伺

18、服， 查到旁路伺服 處 ， 發(fā)現(xiàn)插 頭有 一根導(dǎo)線開焊 ， 焊好插頭 ， 故 障排除 。7撐 4爐給水 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 的改進(jìn) 上述 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 自投入運(yùn)行 以來(lái) ，因調(diào)節(jié) 門流量特性 差 、 調(diào)節(jié)器反應(yīng)慢以及負(fù)荷波動(dòng)大等原因， 自 動(dòng)投入率 比較低 ，后來(lái)因設(shè)備老化等原 因， 幾乎處于癱瘓狀態(tài) ， 利用機(jī)組大修機(jī) 會(huì) ， 對(duì)j f j } 4 爐給 水 自 動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn) 。1 5 0匯流河 發(fā)電廠樣 4 爐給 水 自 動(dòng)調(diào)節(jié)系

19、統(tǒng)調(diào)試過程： 觀察在 手動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí) ， 負(fù)荷( 蒸汽流量) 值， 以及給水流量 的值， 一般情況 下， 常用蒸汽流量值作為一個(gè)參照數(shù) ； 此時(shí)將手操器打到手動(dòng)，回路 2 打到 自動(dòng)， 回路 1 打到手動(dòng)， 并將 回路 1 的手動(dòng)輸 出調(diào) 到 8 0 ％( 對(duì)應(yīng) 0— 2 5 0 T的量程 ， 即為常用流量 2 0 0 T )此時(shí)調(diào)整 回路 2的 P I D參數(shù)， 將手操器打到 自動(dòng) ， 觀察調(diào) 節(jié)效果。為觀察調(diào)節(jié)效果而進(jìn)行 的人為給 定

20、( 即回路 1的輸 出) 的擾動(dòng)最好在 2 0 ％范圍內(nèi)， 以免造成劇烈振蕩 ； 同時(shí)還應(yīng)該 注意兼顧此時(shí)的液位值應(yīng)該在允許范 圍內(nèi)， 若液位值偏 高， 則 將給水流量的給定值( 即回路 1 的輸出) 調(diào)到小于蒸汽流量值 。若回路 2 的 P I D參數(shù)能作到振蕩幅度較 小， 并在 2 分鐘 內(nèi)趨 于穩(wěn)定則認(rèn)為參數(shù)基本適合。在調(diào)整回路 2的P I D參數(shù)時(shí)還要注 意： 若輸 出值變化過快 會(huì)導(dǎo)致執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作頻繁， 發(fā)熱， 導(dǎo)致執(zhí)行機(jī)構(gòu)觸

21、發(fā) 自 保護(hù)， 不 動(dòng) 作了。出現(xiàn)這種情況 ， 可暫停調(diào)試 ， 將手操器打到手動(dòng) 。此 時(shí)， 給水用旁通 閥， 加大流量 ， 用停給水泵下調(diào)液位 ， 以保證生 產(chǎn) 正常運(yùn)行。8結(jié)束語(yǔ) 我廠j f j } 4 爐汽包水位 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)在 改進(jìn)后 ， 運(yùn)行比較穩(wěn) 定 。 但是隨著世界高科技的飛速發(fā)展和我 國(guó)機(jī)組容量的快速 提 高，電廠熱工 自動(dòng)化技術(shù) 不斷地從相關(guān)學(xué)科 中吸取最新成 果而迅速發(fā)展和完善 ， 近 幾年更是 日新月異， 一方面作