串級三沖量給水控制系統

許燕永/內蒙古烏海熱電廠

串級三沖量給水控制系統

許燕永/內蒙古烏海熱電廠

汽包鍋爐給水及水位自動控制系統是鍋爐安全運行中十分重要的組成部分，汽包水位的變化反映了鍋爐負荷和給水量的關系。維持汽包水位是保持機組安全運行的重要條件，給水調節的任務是使給水量適應鍋爐蒸發量，并使汽包水位波動在允許的范圍內。為了保證給水系統的安全可靠，設計串級三沖量給水控制系統。串級三沖量給水控制系統兩個調節器任務不同，參數整定相對獨立。副調節器的作用是當給水擾動時，迅速動作使給水量保持不變，當蒸汽流量擾動時，副調節器迅速改變給水量，保持給水和蒸汽平衡。主調節器的任務是校正水位，這比單級三沖量控制系統的工作更為合理。故串級系統比單級系統要好一些。工業鍋爐的汽包水位是正常運行的重要指標之一，水位過高，產生蒸汽帶水現象，影響用汽單位的正常生產。汽包水位過低，會影響鍋爐的汽水自然循環，如不及時調節，就會使汽包里的水全部汽化，可能導致鍋爐燒塌和爆炸事故。因此，鍋爐運行中，保持汽包水位在一定范圍是十分重要的自動控制問題。

為了保證給水系統的安全可靠，我們常用的方法有以下三種基本結構：單沖量調節系統結構、單級三沖量調節系統結構、串級三沖量調節系統結構。由于大型汽包鍋爐的控制對象具有給水內擾動態特性延遲和慣性大的特點，且無自平衡能力，給水控制系統若采用以水位為被調量的單回路系統，控制過程中水位將出現較大的動態偏差，給水流量波動較大，應此，應考慮采用三沖量給水控制系統方案。采用串級控制系統將具有更好的控制品質，調試整定也比較方便，故在大型汽包爐上可采用串級三沖量給水控制系統。串級三沖量給水控制系統的原理如下圖所示。串級三沖量給水控制系統原理方框圖

這個系統中使用了兩個調節器，構成串級控制系統。為保證被調量無靜差，主調節器采用PI控制規律，副調節器采用PI或P控制規律，副調節器接受三個輸入信號，信號之間有靜態配合問題，但系統的靜態特性由主調節器決定，因此蒸汽流量信號并不要求與給水流量信號相等。

副回路的作用主要為快速消除內擾，主回路用于校正水位偏差，而前饋通路則用于補償外擾，主要用于克服虛假水位現象。

除此之外，我們再分析一下調節器的選擇，調節規律是指調節器輸出信號與其輸入信號之間的動態關系，從理論上說可有各種形式的函數關系，然而在實踐中總結出三種基本調節關系，廣為采用。這三種基本調節規律就是比例調節規律、積分調節規律、微分調節規律。三種調節規律的組合可設計出多種調節規律的調節器，如比例調節器、比例積分調節器、比例積分微分調節器等。調節器作為控制系統組成部分之一，其動態特性對控制過程有著很大的影響，因為對象的特性是不容易改變的。

比例調節規律的特點是控制及時，控制作用貫穿整個調節過程，因此它是基本的調節作用。然而比例調節不能保證系統無差。積分作用可以實現無差調節，只要偏差存在，積分控制作用一直增加。但是，具有積分調節規律的調節器不能完全消除偏差。比例積分調節規律要比純積分調節規律優越得多。微分調節規律是調節器輸出的控制作用與其偏差輸入信號的變化速度成正比。微分調節作用的大小僅與偏差信號的變化速度有關，而與偏差值大小無關。因此對象在受到較小的擾動后，被調量變化量及變化速度都將很小，微分作用調節器同時由于自身動作的不靈敏區的存在而始終不動作；這樣經過一段時間后，偏差將積累成一個較大的值。就是說純微分作用的調節器是不能單獨使用的，微分作用要與比例作用或比例積分作用相結合，形成比例微分調節規律或比例微分積分調節規律。微分作用的引入使系統控制過程的穩定性和準確性都得以提高，但它不能像積分作用那樣消除穩態偏差。

比例調節作用是最基本的調節作用，而積分和微分作用為輔助調節作用。比例作用貫徹于整個調節過程之中，積分作用則體現在調節過程的后期，用于消除靜態偏差，微分調節作用則體現在調節過程的初期。

調節器選擇好了，我們再進行主、副調節器的參數整定，在串級三沖量給水控制系統中，副回路是pl一個調節器，一般用試探法整定副回路的和。主回路參數整定是把副回路等效成一個比例環節，然后用經驗公式進行整定；前饋通路的 n選擇是基于“虛假水位”而定的。它主要是為了補償“虛假水位”現象。下面分別對它們進行參數整定。

副回路可看作一個隨動系統，把調節閥和普通管道系統作為被調對象，則作為K以外的環節都作為等效調節器。

環節，所以調節器的比例帶和積分時間都可以整定得很小，實際應用中，、可通過試驗獲得；因此副回路也是整定δ/n和的問題，一般也用試探法求得。

主回路等效圖

所以

由此可得量的關系：

總之，三沖量控制系統是在雙沖量控制系統的基礎上引入給水流量信號，利用水位、蒸汽流量和給水流量三個參數進行液面控制。在這個控制系統中，汽包水位是被控量，是主沖量信號；蒸汽流量、給水流量是兩個輔助沖量信號。該控制系統經過給水流量和蒸汽流量擾動下的仿真實驗，能有效地克服虛假水位和給水干擾對控制系統的影響。極大地提高了控制系統的性能，改善了高壓汽包的運行狀況，使高壓汽包的液位波動很小，液位控制非常平穩。

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[2]胡壽松：自動控制原理，北京：科技出版社，2001:214-266.

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