引起调节滞后的原因有很多种,最主要的是积分时间过小和死区过大。要注意二者之间的区别。
六、偏差报警与偏差切除
我们搞自动调节系统,目的就是为了让系统能够安全稳定运行。可是如果一旦出现意外,我们必须要有一个偏差报警和保护功能。
现在的调节系统已经比较完善,在调节器内往往都有偏差保护功能。
所谓的偏差保护,就是当调节器的输入偏差大到一定值的时候,要把自动切换到手动状态的功能。
如果调节器内没有这个功能,就需要我们在控制策略中添加该功能。
除了被调量与设定值的偏差保护外,还有个输出与反馈的偏差保护功能:当调节器的输出与执行机构的反馈大到一定值的时候,说明执行机构出现了故障,要么执行机构误动,要么拒动,或者反馈故障。发生这样的异常,也必须要把系统切除到手动状态。
切除到手动状态,一方面是保护系统不致出更大的问题;另一方面是提醒运行操作员,系统出现故障,需要手动干预;同时需要检查系统,消除缺陷。
七、阀门线性
调节阀的流量特性,是指介质流过阀门的流量,与阀门的开度之间的对应关系,也称调节阀的静态特性。对于调节阀门的线性,是自动调节的一个不可忽视的问题。一般来说,阀门的线性可以包括四种:直线型、等百分比型、抛物线型、快开型。
这四种阀门特性在阀门设备方面的实现,完全与阀芯的形状有关。下图是四种流量特性的阀门形状:
图中,1、直线型。2、快开型。3、等百分比型。4、抛物线型。
上面的右图是理想状况下其流量特性。考虑到阀门有漏流,所以其零点上移。在实际应用中,工况复杂,流量特性变化很大。下面详细说说。
1、 直线型
阀门的开度h与阀门的质量流量G成正比关系。即:
G=Ch+Gm
C——常数
Gm——阀门的最小流量。调节系统中,一般Gm=0.
直线型调节阀不管阀门在多大开度,当阀门开度改变的时候,引起的流量变化的绝对值基本不变。
假如行程为10mm的阀门,最大流量是10t/h,阀门最小流量为0 t/h。直线型的阀门在开10%的时候,阀门位置是1mm,流量是:
10*10%=1t/h;
阀门开度为50%的时候,阀门位置是5mm,流量为
10*50%=5t/h。
直线型阀门的好处是,不管阀门开度为多少,流量变化比较固定。
直线型的适用场合一般有以下几个条件:
a、管道压力变化小,几乎恒定;
b、工艺系统的主要参数变化呈线性,也就是说有多大的流量就会对被调量有多大比例的影响;
c、改变开度的时候,阀前后的差压变化较小。小的差压变化可以保证阀门保持直线型;
d、外部干扰较小,可调范围较小。
直线型的阀门线性如下图A所示:
2、 等百分比型
阀门质量流量G与开度h始终呈固定的百分比关系。即:
dG / dh = CG
积分后得到:
H=1/C ln (G / Gm)
同样的,假如行程为10mm的阀门,最大流量是10t/h最小流量为0t/h。当阀门开到10%的时候,其流量为:
10*10%*10*=0.1t/h
当阀门开到50%的时候,其流量为:
10*50*50%=2.5t/h
等百分比型阀门的相对开度与流量呈对数关系,故也有的地方称等百分比型阀门为对数特性阀门。
等百分比型阀门的适用的场合为:
a、 实际可调范围大;
b、 开度变化,阀前后的差压变化相对较大;
c、 管道系统压力损失大;
d、 工艺系统负荷大幅度波动;
e、 调节阀经常在小开度下运行。
等百分比型的阀门线性如图B所示。
3、 抛物线型
流量G与开度h的平方按比例关系变化。在坐标图上呈现出抛物线形状。即:
G= Ch2 +Gm
抛物线型的阀门线性如图C所示。
在调节系统中,阀门的调节需要近似线性,或者在某一段开度内近似线性,以方便调节,所以,直线型和等百分比型较为常见。而抛物线型因为阀门在较小的开度内流量变化剧烈,较大的开度内阀门几乎又不变化,所以比较少用。
上面所说的选择阀门线性的方法仅仅为经验描述。为了让大家完全领会,我们有必要列出教科书中的阀门线型选择方法(本节以下内容参见《锅炉设备及其系统》,华东六省一市电机工程(电力)学会编,中国电力出版社,第378~379页)。首先我们要搞明白三个概念:
内特性曲线:调节阀本身的特性曲线称为内特性曲线。
外特性曲线:除了该调节阀外,这个阀门所在管道系统的工作特性曲线。
可以看出:整个管道的阀门特性曲线是内特性曲线和外特性曲线的综合。
S值:调节阀在全开时候的压降△pv于整个管道系统(包括调节阀)压降△p的比值。即:
S = △pv / △p
S是选择阀门线性的一个重要指标。
当S≥0.8的时候,说明加在调节阀上面的压降比较大,压降可以有效保证阀门近似为直线特性。
当S<0.8的时候,阀门前后的压差与整个管道的压差显得比重较小,阀门在一定开度下,流量要比线性开度的流量大。如果没有阀门自身的线型的约束,节流处的内特性曲线近似于抛物线。
当S≤0.4的时候,流量更近似抛物线,流量上升的更快,所以,我们需要阀门线型来约束,使得流量更加线性。这时候等百分比曲线与抛物线的叠加,结果是的流量线型基本上近似于直线。
调节系统中,调节系统的波动的剧烈幅度大致可以分为三种:a、被调量与设定值的偏差大小;b、被调量波动的速度;c、干扰的大小和速度。在这三种情况下,我们需要针对波动的剧烈幅度进行可控制的调节,所以对于调节系统来说,我们希望在阀门的实际开度下,流量变化是均匀的,连续可调的。所以,我们选取阀门线形的依据,就是如何能够使得实际流量与阀门实际开度更成固定的比例关系,在坐标图上更像直线。这就是我们对阀门选型的基本思想和依据。
3-5 汽包水位调节系统
现在,大容量高参数的机组多采用直流炉。直流炉没有汽包,所以不用考虑汽包水位调节。但是国内低参数机组还大量存在。300MW机组中,也还有一些汽包炉。对于汽包炉,最重要的自动调节系统之一,就是汽包水位三冲量调节系统。
一、任务与重要性
任务:
1、维持汽包水位在允许范围内。正常水位一般是汽包中心线以下100~200mm处。
2、 保持给水流量稳定。给水流量要剧烈波动,不光影响执行机构,还影响省煤器和给水管道的安全运行。
重要性:
这个似乎不用多说,都知道它非常重要。上世纪八十年代末期,河南新乡某电厂汽包水位自动失灵,监盘不得力没有发现。水位一直上升到满水,导致过热蒸汽中含水量增加。湿度较大的蒸汽进入汽轮机后冲刷汽轮机叶片,导致应力不均。最终汽轮机飞车,汽轮机大轴飞出汽缸外壳,飞离汽轮机几十米。整个机组彻底报废。该操作员住进监狱,厂长被废为庶人。惨痛!
有时候想想搞自动的也挺可怕的,一不小心竟然跟机组的安全联系到一起了。
我曾经亲身经历过一件操作失误,现拿出来跟大家分享(心有余悸的分享!):
当时我所整定的机组是200MW级中间仓储式锅炉。640t/h定速泵。依靠给水调节门调节给水流量,从而调节汽包水位。那时候还没有DCS操作系统。用的是国电智深的EDPF-3000集中控制系统。运行操作盘还保留有操作器。
我当时正在整定参数,一边思考问题。设置参数的时候,把比例增益少写入了一个小数点!不是少写,而是国电智深的操作键盘很不灵敏,那个小数点按下去后,没有反应。结果比例增益本来是1.5,确认后变成了15!马上造成系统震荡。
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