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第四讲：模拟量控制系统（MCS）1、概述模拟量控制系统将锅炉、汽轮机视为一个整体，使整个机组的实发功率能迅速跟踪给定功率的变化，同时又能维持锅炉输出蒸汽量与汽机输入蒸汽量的平衡，以便迅速、准确和稳定地响应中调系统(ADS)或操作员负荷指令。同时，模拟量控制系统(MCS)还担负生产过程中各子控制系统的自动控制任务。当发生主要附机故障或主要参数越限等影响负荷或危及机组安全运行的情况时，对机组的负荷指令进行及时的处理和限制，同时各子控制系统进行必要的调整，保证机组安全经济运行。在机组启、停、正常运行和事故处理中，MCS和SCS、DEH配合，完成各种控制调节任务。MCS对一些过程变量可以实现全程控制,减少人员的中间干扰，减轻了运行人员的劳动强度。2、MCS控制逻辑MCS系统可以分为两大部分：负荷管理级和基础控制级。2.1负荷管理级：分为机组指令管理和机炉主控系统。2.1.1机组指令：对外部负荷指令或目标负荷指令进行选择，经处理后，转换成机组可接受的负荷指令，作为机组的实际负荷指令。其主要功能有：·AGC或操作员负荷指令选择·频率控制·最大、最小负荷限制及负荷速率限制·闭锁增减·快速减负荷2.1.2机炉主控系统：根据机组运行条件及要求，选择合适的控制方式，按照实际负荷指令，分别输出汽机指令和锅炉指令至基础控制级。机炉主控系统可以实现三种控制方式：（１）基本方式(BASE)在此方式下，机组的功率和汽压控制回路均被切除，机炉主控制器由操作员手动控制。在炉侧，手动改变锅炉负荷指令，达到调节主汽压力的目的。在机侧手动改变汽机指令，通过DEH控制机组功率。在下列任一条件满足时,机组切至基础控制方式：MFT动作操作员选中基本方式锅炉主控制器和汽机主控制器同时手动（２）协调控制方式(CCS)在此方式下，汽机主控器在自动位置，根据机组的实际负荷指令对功率进行自动调节。锅炉主控器也在自动位置，热量信号与能量平衡（DEB）指令比较并经运算后作为锅炉主控指令。负荷改变时,先由汽机发出控制指令，利用锅炉的蓄热能力快速适应负荷的需要。此时主汽压力逐渐降低，当主汽压力与给定值的偏差大于f(x)模块的死区范围时，f(x)的输出与机组功率指令累加后送至汽机侧,限制主汽压力的进一步变化。与此同时，炉侧迅速改变燃烧率，使主汽压力恢复到给定值范围。这种控制方式既利用了锅炉的蓄热能力，又保证了汽压的稳定，是一般单元机组常用的运行方式。协调控制方式要求锅炉主控和汽机主控都在自动位置，否则协调控制不成立。当下列任一条件成立时，汽机主控切手动：·DEH自动不允许·机组功率信号坏·汽机同步器位置偏差大·DEH参考负荷信号坏·操作员选择基本方式·功率偏差大·MFT当下列任一条件成立时，锅炉主控切手动：·MFT·调速级压力信号坏·汽包压力信号坏·给粉机全部手动·主汽压力与设定值偏差大·主汽压力高·主汽压力信号坏（３）锅炉跟随方式（BF）在这种方式下，汽机主控在手动位置，机组功率控制回路被切除，机组负荷由操作员手动控制，控制指令直接送至DEH。锅炉主控在自动位置，主汽压力调节回路投入，自动调节给粉机转速。当负荷变化时，先由汽机发出控制指令，直至主汽压力发生变化后，再由锅炉跟随发出控制指令。锅炉跟随控制方式充分利用了锅炉的蓄热能力，使机组功率有迅速的响应。因此，这种方式具有较好的初期负荷响应特性，对带变动负荷及进行电网调频的机组有利。但由于锅炉的热惯性很大，如果实际负荷指令（UD）变化过于剧烈，很容易造成锅炉蓄热的过分利用，从而导致主汽压力波动大，对机组的安全和稳定运行不利。2.2基础控制级组成MCS中由XDPS组态的控制系统共有37套,各系统如下:A侧一级过热器温度B侧一级过热器温度A侧二级过热器温度B侧二级过热器温度A侧再热器微量喷水B侧再热器微量喷水A侧再热器事故喷水B侧再热器事故喷水连排水位调节暖风器用汽调节暖风器疏水调节A引风机控制B引风机控制A送风机控制B送风机控制A二次风机控制B二次风机控制燃油压力调节主汽压力调节轴封温度调节补水箱水位调节凝汽器水位调节协调控制系统除氧器水位调节除氧器压力调节旁路给水A泵耦合器B泵耦合器燃烧器摆角调节3基础控制级总体方案ADS或操作员给定的负荷指令经过负荷指令管理系统和机炉主控系统处理后，输出汽机指令和锅炉指令，分别送往DEH和锅炉侧。假如负荷指令增加，DEH控制调门开大，主汽流量增大，调速级压力和主蒸汽压力必然降低。此时，锅炉主控指令增加，送风机、二次风机先开大，增加送风量。开大送风机、二次风机的同时，给引风机一个前馈指令，开大引风机，维持炉膛负压。然后增加给煤机的转速，加大煤量。汽包水位三冲量和单冲量交替全程控制。正常运行时是三冲量调节，克服汽包水位的滞后和虚假水位的影响。当锅炉处于启动或低负荷时，蒸汽流量与给水流量的测量误差较大，而且锅炉启动时汽、水流量差值大，所以无法引用蒸汽流量和给水流量这两个信号。另外，此时虚假水位现象不严重，完全可以只根据汽包水位进行单冲量调节。影响蒸汽温度的因素很多，而且喷水减温调节的延迟很大。因此，过热蒸汽设置了两级减温控制，每一级都是串级调节。代表负荷的调节级压力经函数修正后，与操作员指令迭加后作为汽温的给定值。再热器减温调节的给定值也是这样处理。再热汽温调节以摆脱燃烧器角度为主，微量喷水作为细调，危机情况下，打开事故喷水阀。因为采用钢球式中间储仓式制粉系统，所以磨煤机和排粉机控制相对独立。磨煤机的出口温度和入口负压由磨入口冷、热风挡板及磨煤机再循环门调节，分别满足磨煤机的干燥出力和通风出力。排粉机的出口温度和出口压力，由排粉机入口冷、热风挡板控制，其作用分别是保证一次风温和建立制粉系统的负压。MCS系统中除了控制回路外，还采用了信号品质检测技术和逻辑判断方法，对一些重要的过程变量或参数的信号进行在线质量监控，一旦偏离正常状态，自动采取相应措施。或切换为手动方式，同时发出报警信号。基础控制级的各控制系统下面再做分步介绍。4过热汽减温控制系统(以A侧一级减温水控制为例)由于不同负荷与汽温具有一定的函数关系，所以用代表负荷的调节级压力经函数变化后，再加上操作员的手动给定，作为汽温的给定值。该系统以A侧一级减温器出口汽温为被控量，取A侧一级减温器入口温度为导前信号，A侧一级减温器出口汽温与给定值比较，经主调节器运算后，其输出作为副调节器的给定值，再与A侧一级减温器入口温度比较运算后，发出控制指令动作喷水调阀。只要A侧一级减温器入口汽温发生变化，副调节器就去改变减温水流量，初步维持入口温度在一定范围内，起粗调作用。A侧一级减温器出口温度的控制是通过主调节器来校正副调节器工作的，只要出口温度未达到给定值，主调节器的输出信号就不断变化，使副调节器不断去调整减温水量，直至出口汽温恢复到给定值。稳态时，入口汽温可能稳定在与原来不同的数值上，但出口气温一定等于给定值。在串级汽温控制系统中，由于两个回路的任务及动态特性不同，调节器的参数可以整定为不同数值。副调的任务是快速消除内扰，要求控制过程的持续时间较短，但不要求无差，故一般可整定为纯比例调节器。当出口汽温惯性较大时，也可整定为比例微分调节器，主调节器的任务是维持出口汽温恒定，一般整定为比例积分调节器。在异常工况下，系统由逻辑控制回路自动切至手动方式。下列任一条件成立时，回路切至手动方式：·调节级压力品质坏·A侧一级减温器出口汽温品质坏·A侧一级减温器入口汽温品质坏·负荷＜25%·A侧一级减温水调门反馈偏差大·A侧一级减温器出口汽温与给定值偏差大·MFT当负荷小于25%或者MFT动作后，除将系统切为操作员自动外，还将发出一个指令，超弛关闭减温水调节阀。当减温水调阀开至99%时，对主调节器输出信号进行上限闭锁。B侧一级减温水控制和A、B侧二级减温水控制的原理及实现方法与A侧一级减温水控制相同。在二级减温控制中，为了提高系统的快速性，调节级压力经f(x)后作为前馈信号，加入副调节器的给定值。5再热器温度控制采用中间再热可以降低汽机末端叶片的蒸汽湿度、降低汽耗、提高整个机组的效率。机组的再热汽温对上述各项影响很大，因而再热汽温的控制与调整对整个机组的安全、经济运行具有重要意义。再热器由高温再热器和低温再热器组成。在低温再热器进口集箱前设有事故喷水减温器，以保护再热器；在低温再热器出口至高温再热器入口之间设置了微量喷水减温器，用作再热汽温的细调。再热器由于结构特殊，所以影响其变化的因素很多。汽机工况的变化直接影响再热汽温。在其它工况不变的情况下，高压缸排汽温度升高，则再热器温必然上升，高压缸排汽温度随机组负荷的增加而上升，过热汽温的升高也将导致高压缸排汽温度的上升。锅炉工况的变化也将影响再热器温。再热器吸热越多，汽温越高，影响再热汽温的因素有燃料量、风量、受热面积灰等。再热蒸汽温度正常情况下由喷燃器火嘴倾角的摆动来控制火焰中心的高度，使炉膛出口烟气温度得到改变，以达到调节再热汽温的目的。但是燃烧器摆角有一定限制，向上倾角过大会增加机械不完全燃烧损失并易造成炉膛结渣；向下倾角过大时，可能造成冷灰斗结渣。另外，由于炉膛内的温度很高，喷燃器受热膨胀，易出现卡涩现象，因此另外设置了旁路烟气档板。喷水减温由于结构简单，调节方便，调节效果好而用作再热汽温的细调，但由于会降低机组的热效率，所以一般只用作再热汽温辅助调节手段或者事故喷水调节。再热器喷水减温又分微量喷水和事故喷水两种。再热器微量喷水通过控制喷水量的多少，调节再热器出口温度在规定范围内，是再热器温的细调。当锅炉燃烧恶化引起烟道中二次燃烧或再热器前受热面积灰结焦引起再热器进口烟温严重升高时，或者高旁减温减压装置失灵，高温过热器的蒸汽直接进入再热器时，都可用事故喷水进行紧急降温，保护再热器。5.1再热器微量喷水控制微量喷水控制属于串级调节系统，同过热器减温很相似。再热汽温的给定值用代表负荷的调节级压力经f（x）修正后,再加上操作员手动指令而形成。被调量是高温再热器出口温度，导前信号取高温再热器入口温度。如下列任一条件成立时，由逻辑控制回路产生一个切手动信号：高温再热器出口温度品质坏高温再热器进口温度品质坏负荷小于25%MFT再热器微量喷水调门反馈偏差大高温再热器出口汽温与给定值偏差大调节级压力偏差大当MFT动作或负荷小于25%时，除将系统切至手动外，还将喷水阀超弛全关。3.5.2再热器事故喷水调节再热器事故喷水同其它喷水减温控制系统一样，属于串级调节系统，被调量是高温再热器出口温度，导前信号取低温再热器入口温度。当下列任一条件成立时，将系统切至手动：高温再热器出口温度与设定值偏差大事故喷水阀位反馈偏差大调节级压力品质坏高温再热器出口温度品质坏负荷小于25%MFT再热器微量喷水和事故喷水A、B侧原理相同3.6给水系统自动调节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。汽包水位是表征锅炉安全运行的重要参数之一。如果锅炉汽包水位过高，会降低汽水分离装置的分离效果，造成蒸汽带水，使含盐浓度增大，影响蒸汽品质。造成过热器受热面结垢而导致过热器烧坏，同时还会引起过热汽温急剧变化。过热蒸汽中含盐量增多会使汽轮机叶片结垢，降低汽轮机出力。汽包水位过低，可能破坏某些水冷壁管束中的水循环，使上升管因温度过高而爆破。所以水位过高或过低都会造成重大事故。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。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