逻辑图报告

1 火电厂协制系统分析 1.1 协制对象特性 1.1.1 协制任务

（1）接受电网中心调度所的负荷自动调度指令ADS、运行操作人员的负荷给定指令和电网频差信号，及时响应负荷请求，使机组具有一定的电网峰值、调频能力，适应电网负荷变化的需要。

（2）协调锅炉、汽轮发电机组的运行，在负荷变化率较大时，能维持两者之间的能量平衡，保证主蒸汽压力稳定。

（3）协调机组内部各子控制系统（燃料、送风、炉膛压力、给水、气温等控制系统）的控制作用，在负荷变化过程中使机组的主要运行参数在允许的工作范围内，以确保机组有较高的效率和可靠的安全性。

（4）协调外部负荷请求与主、辅设备实际能力的关系。使机组主、辅设备能力受到的异常情况下，能根据实际情况，或强迫改变机组负荷。

（5）具有多种可供运行人员选择的控制系统与运行方式。协制系统必须满足机组各种工况运行方式的要求，提供可供运行人员选择或联锁自动切换的相应控制方式，具有在各种工况（正常运行、启动、低负荷或局部故障）条件下，都能投入自动的适应能力。

（6）消除各种工况扰动的影响，稳定机组运行。协制系统能消除机组运行中各种内、外扰动的影响。通过闭环系统输入端引入的扰动，如燃料扰动，称为内部扰动；通过开环系统的其他环节影响到系统输出的扰动，如负荷扰动，称为外部扰动。

1.1.2 单元机组负荷控制方式 1.1.2.1基本控制方式

在某些特殊条件下，机炉主控制器全部解除自动控制，转为手动控制，主控指令由操作员手动改变，各自维持各子系统的运行参数稳定，而不参与机组输出功率和汽压的自动控制，负荷自动控制系统相当于被切除，这种方式称为基本控制方式（或手动方式）。 1.1.2.2锅炉跟随方式

（1）机炉控制分工：锅炉自动控制主汽压力，汽轮机手动控制机组负荷。 （2）特点：在扰动初期能较快适应负荷，但汽压变动较大。

（3）适用情况：①当单元机组中的锅炉设备正常运行，机组的输出功率受到汽轮机时；②承担变动负荷的机组，锅炉蓄热能力较大时。

1.1.2.3汽轮机跟随方式

（1）机炉控制分工：锅炉手动控制主汽压力，汽轮机自动控制机组负荷。 （2）特点：主汽压力变化小，这对锅炉运行的稳定有利。但机组输出功率响应有较大的滞后。

（3）适用情况：①承担基本负荷的单元机组；②当新机组刚投入运行，经验还不足时，采用这种方式可使机组运行比较稳定；③当单元机组中汽轮机运行正常、机组输出功率受到锅炉时。 1.1.2.4机炉协调方式

（1）机炉控制分工：锅炉与汽轮机的调节控制器同时接受机组功率偏差与压力偏差信号。

（2）特点：锅炉蓄热的合理利用与及时补偿的协调方式，使单元机组实际输出功率既能迅速响应给定功率的变化，又能保持主汽压的相对稳定 。

（3）适用情况：当单元机组正常运行需要参加电网调频时，应采用机炉联合的协制方式。 1.2 协制方案 1.2.1 协制系统

（1）机组负荷管理控制中心又称机组负荷指令处理装置。主要功能：①接受外部的负荷需求指令，根据机组主辅机运行情况，将其处理成与机、炉当前运行状态相适应的机组实际负荷指令负荷。②在正常工况时，按“需要”控制，实

际指令跟踪（就等于）目标指令 。③在异常工况（能力受）时，按“可能”控制，目标指令跟踪实发功率，或者跟踪实际指令。

（2）机炉主控器协调的是汽机与锅炉的内部矛盾。

（3）负荷管理控制中心和机炉主控制器是机组的协调级，是机组负荷控制系统的核心，决定着机组变负荷的数量和变化速度，故直接将其称为协制系统。

1.2.2 逻辑图分析 1.2.2.1 负荷管理控制中心

（1）电网调度指令AGC001MCS经过限速模块RATELIMIT经过控制器006-00096，切换运行人员负荷指令，当锅炉主控在手动、汽机主控在手动、电网调度指令信号质量不好时、电网调频指令信号质量不好时，切换操作员手动控制；

（2）当电网调度指令信号质量不好时，切换器T006-00097，切换SELGENMW信号作为主控信号进行控制；

（3）电网调频，DEH来的汽轮机转速DEHSPEED作为频率测量值和给定值3000求偏差，偏差经过带有死区的函数进行函数计算，计算出的值经过切换器T006-00124，由操作员选择是否进行频差校正，如果进行频差校正，和切换器T006-00097输出值一同送入加法器006-00098，进行计算；

（4）当加法器输出值小于负荷最小值LDCMIN是，切换器T006-00084切换到原来的负荷进行负荷跟踪；

（5）当加法器输出值大于负荷最大值LDCMAX是，切换器T006-00083切换到原来的负荷进行负荷跟踪； （6）负荷变化率

运行人员负荷变化率设定值LDCRATE，当负荷输出值和负荷测量值偏差过大切换器T006-00129切换相反的速率，送入控制器PID006-00118进行控制运算，当运行方式为CSS时，切换器切换实际负荷输出。 1.2.2.2 锅炉主控制器（BM）

主蒸汽压力又PT2601、PT2602、PT2603三个压力变送器测量，三个压力信号送入去中值模块MEDIANSEL006-00236，作为压力的测量值P，主汽压力的设定值S，送入ＢＦ ＰＩＤ006-02461和ＣＣＳ ＰＩＤ006-00209经过ＰＩＤ运算，第一压力级压力Ｐ１和主蒸汽压力Ｐｔ相除，然后和主汽压力设定值Pts相乘，作为能“量平衡信号”，送入加法器006-00230，经过计算后进行修正，切换器T006-04478切换锅炉跟随还是协制进行切换，切换条件如图第五页；

轮机在自动方式下选择锅炉跟随，锅炉和汽轮机都在自动方式下是选择协制，切换器T006-00203进行手自动切换。

TER IN AUT（能量主控信号）在手动情况下、MAIN PRESSURE TROUBLE(主汽压力故障）、主汽压力测量值Pt和主汽压力给定值Po之间偏差、RBACK信号，这信号送入或门006-00221，之后经过MAMODE模块送入切换器T006-00203切换手动和自动信号，进行锅炉主控。

STER IN AUT（能量主控信号）在手动情况下，切换器T006-00204切换TOTUEL(总燃料信号)进行锅炉控制。在送入控制器T006-00205切换ＲＢＴＡＲＧＥＴ（ＲＢ目标值），进行锅炉主控。 1.2.2.3 汽轮机主控 （TM）

电量测量有三个DEH来的DENLOAD1、DENLOAD2、DENLOAD3三个电量测量信号，送入中值模块MEDIANSEL006-00293，作为测量值P，汽机压力给定值Ｐｏ和测量值Ｐｔ经过差值运算，在经过函数运算，然后和目标负荷给定值LDCOUT求和作为给定值S，送入协制器CCSPID，进行偏差运算。

主汽压力给定值Po,主汽压力测量值Pt，分别作为测量值和给定值送入汽机跟随TDPID进行偏差运算，ＰＩＤ运算出的值去控制汽机。

如图，当锅炉主控为自动、汽机主控为手动时，经切换器Ｔ００６-０２４７７选择ＴＦ汽机跟随进行控制，当锅炉主控和汽机主控均为自动时，切换器Ｔ００６-０２４７７选择ＣＣＳ协制方式。

主汽压力给定值和测量值偏差信号在给范围内时、当发电机负荷实发功率和目标负荷在给定范围内时、当ＤＥＨ过程信号为０且一定时间、当ＲＢＡＣＫ信号存在时，切换器Ｔ００６-００２７９切换操作员手动进行控制。当ＤＥＨ过程控制信号为０，且持续一定时间，切换器Ｔ００６-００２８０选择ＤＥＨ参考值进行控制。

1.2.2.4 通常工况下的负荷处理指令

当机组的主机、主要辅机或设备发生故障，影响到机组的带负荷能力或危机到机组的安全运行时，就要对机组的实际负荷指令进行必要的处理，以防止局部

故障扩大到机组其他处，以保证机组能够继续安全、稳定的运行。单元机组的主机、主要辅机或设备的故障有两类：

(1)跳闸或切除。这类故障来源是明确的，课根据投切状况加以确定。 (2)工作异常。这类工况来源是不明的，无法直接确定，只能通过测量有关运行参数的偏差间接确定。 1.2.2.5 负荷返回（RB）

负荷返回是针对由于辅机故障减负荷或甩负荷，其主要辅机的投切状况直接有关，主要辅机跳闸或切除，最大可能出力值就会减小。因此机组的最大可能出力由投入运行的主要辅机的台数确定。应随时计算最大可能出力值，并将它作为机组实际负荷指令的上限。

如图所示，当两台空预器APH A RUN、AH B RUN都运行时可以带满负荷，每台带50%的负荷，当减负荷时减到50%，两台引风机DNE IDF TRIP RB各带50%的负荷，送风机DNE FDF TRIP RB当减负荷时，健50%的负荷，一次风机DNE PAF TRIP RB信号存在时减负荷，每台减50%的负荷，当两台汽动给水泵BFP RUNBACK信号存在时，各减50%的负荷。 2 汽包炉给水控制系统分析 2.1 给水控制对象特性 2.1.1 给水控制任务

汽包锅炉给水控制的任务是使给水量与锅炉的蒸发量相适应，并维持汽包水位在规定的范围内。

（1）控制系统正常工作时，给水流量应随蒸汽流量迅速变化；在汽包水位正常时，给水流量与蒸汽流量应基本相等。

（2）稳态品质指标：300MW等级以下机组±20mm，300MW等级及以上机组±25mm；控制系统的执行机构不应频繁动作。

（3）水位定值扰动（扰动量：300MW等级以下机组40mm，300MW等级及以上机组60mm）时：过渡过程衰减率=0.7-0.8，稳定时间为：300MW等级以下机组小于3min，300MW等级及以上机组小于5min。

（4）机组启停过程中，汽包水位控制的动态品质指标：在30%负荷以下单冲量方式运行时，汽包水位允许动态偏差为±80mm；在30%-70%负荷范围三冲量给水控制运行时，汽包水位允许动态偏差为±60mm。 2.1.2 给水控制对象动态特性 2.1.2.1汽包锅炉给水系统结构示意图

图2-1汽包锅炉给水系统结构示意图

给水控制对象的动态特性是指汽包水位的变化与引起水位变化的各种 因素之间的动态关系。

（1）给水流量扰动下水位的动态特性 特征：有惯性、无自平衡能力。 （2）蒸汽流量扰动下水位的动态特性

“虚假水位”现象：当负荷增加时，虽然锅炉的给水量小于蒸发量，但水位不仅不下降，反而迅速上升；反之，当负荷减少时，水位反而先下降，这种现象常称为“虚假水位”。

特征：有惯性、无自平衡能力。 （3）燃料量扰动下水位的动态特性

燃料量扰动也会导致 “虚假水位”现象，只是由于汽压同时增加使汽泡容积增加比蒸汽流量扰动下要小，因而虚假水位变化的幅度和速度相对较小 。

特征：有迟延、有惯性、无自平衡能力。 2.1.3 给水流量控制方式 （1）节流控制

优点：控制方法简单、可靠 。

缺点：节流损失大，增加了泵的消耗功率，并且调节阀门处在很高的压力下工作，容易造成阀门的磨损和损坏，使用制造质量不高的调节阀时就难于保证良好的控制特性 。

（2）变速控制电厂锅炉中使用的调速水泵有两种类型： ①电动调速泵 ②汽动调速泵

（3）组合方式

300MW及以上发电机组采用节流控制方式和给水泵调速方式相组合的方式控制给水量，即由汽动给水泵、电动调速给水泵及调节阀三者相结合的方法来控制给水量。 2.2 给水控制方案

2.2.1 单冲量给水控制系统

该系统符合单回路反馈控制系统的基本结构形式。被控量为汽包水位，控制手段为调整给水旁路阀开度。

优点：结构简单、运行可靠，适用于水容量大、飞升速度小、带基本负荷的小容量机组。

缺点：抗内扰（给水侧）和外扰（蒸汽侧）的能力较差，对虚假水位无识别能力，系统的动态控制品质较低。 2.2.2 串级三冲量给水控制系统

三冲量：水位、给水流量和主蒸汽流量。

串级：主副控制器相互串联构成内外两个回路，给水反馈内回路的设计提高了系统抗内扰能力。主蒸汽流量前馈信号的设计，一是提高系统抗外扰的能力，二是克服虚假水位可能造成的反向控制现象，明显提高了控制系统的动态控制品质。

特点：系统结构较复杂，但各控制器的任务比较单纯，且该系统不要求稳态时给水流量与蒸汽流量测量信号严格相等，并可保证稳态时汽包水位无静态偏差。

2.2.3 前馈—反馈控制系统 （1）前馈控制

前馈控制是根据扰动的大小和方向产生相应的控制作用。

特点：①前馈控制系统是直接根据扰动进行控制的，因此可及时消除扰动对被控量的影响，减小被控量的动态偏差，而且不像反馈控制系统那样根据被控量的偏差反复控制，因此前馈控制系统的控制过程时间ts较小。 ②前馈控制系统为开环控制系统，不存在系统的稳定性问题。但是，由于系统中不存在被控量的反馈信号，因而控制过程结束后不易得到静态偏差的具体数值。③前馈控制系统只能用来克服生产过程中主要的、可测的扰动。④前馈控制系统一般只能实现局部补偿而不能保证被控量完全不变。 （2）反馈控制

反馈控制是根据被控量偏差大小和方向产生相应的控制作用。 前馈控制与反馈控制的主要区别：

（1）控制的依据不同； （2）控制的效果不同； （3）系统的结构不同；

（4）实现的经济性和可能性不同。 （3）前馈—反馈控制

在前馈—反馈控制系统中，前馈装置的控制规律不仅与对象控制通道和干扰通道的传递函数有关，还与前馈控制器的输出进入反馈控制系统的位置有关 。

前馈—反馈控制系统可按前馈系统和反馈系统分别整定原则进行系统整定。整定反馈控制系统时，只考虑闭合回路具有适当的稳定性，不考虑前馈控制部分；整定前馈控制系统时，不考虑反馈控制所引起的稳定性问题，按完全补偿原则来整定前馈控制系统。 2.2.4 逻辑图分析 图给水系统

2-5控制

该系统是一个单冲量和三冲量配合应用的给水全程控制系统。010-00169和010-00077控制器所在回路为单冲量控制回路，010-00061和010-00062控制器在回路为串级三冲量控制回路。给水全程控制系统中，包含着多种给水控制方式，这些控制方式是根据机组不同的运行负荷，通过连锁逻辑及其切换器010-00065、010-00023来选取。

图2-6 控制系统原理逻辑图分析

各个负荷阶段的给水控制方式如下所示:

0～14%负荷阶段。此阶段复合低，给水流量小，只有通过旁路调节阀才能有效控制汽包水位。在此负荷阶段范围内，主给水电动阀截止阀关闭，联锁逻辑通过切换器T1先通过PI1控制器的输出，此时由电动给水泵控制给水旁路调节阀前后差压，一保证调节阀的的线性度以及给水泵出口与汽包之间差压，是汽包上水水自如。而汽包水位的控制则是采用单冲量控制方式通过PI2控制器控制给水调节阀开度。

14%～125%负荷阶段。当机组负荷升至14%时，顺序控制系统（SCS）自动开启主给水电动截止阀，联锁逻辑自动地将给水旁路调节阀前后差压控制切为手动，并通过切换器T1、T2将汽包水位控制转换到PI3控制器控制的单冲量方式，

通过控制电动给水泵来控制给水流量，进而控制汽包水位。

25%～35%负荷阶段。当机组负荷升至25%时，联锁逻辑通过切换器T1将汽包水位控制转换到由PI4和PI5控制器控制，即实现电动给水泵的串级三冲量控制方式。

35%～50%负荷阶段。当机组负荷升至35%附近时，启动一台给水泵。

50%负荷以上阶段。当机组负荷升至50%附近时，另一台汽动给水泵启动。 3 汽包炉汽温控制系统分析 3.1 汽温控制对象特性 3.1.1 汽温控制任务

过热汽温控制系统的任务是维持过热汽温在允许的范围内波动。

再热蒸汽温度控制的任务是保持再热器出口蒸汽温度在动态过程中处于允许的范围内。

3.1.2 汽温控制对象动态特性 3.1.2.1 过热汽温控制对象特性 （1）减温水流量扰动下汽温的动态特性

特征：对象导前区和对象控制通道的动态特性都有惯性，且是有自平衡能力的对象。导前区的惯性较小，而控制通道的惯性较大。 （2）蒸汽负荷扰动下汽温的动态特性

特征：有惯性、有自平衡能力的特性，且迟延时间较小（相对于减温水量扰动）。

（3）烟气侧扰动时汽温的动态特性

特征：有惯性、有自平衡能力的特性，惯性也较小。 3.1.2.2 再热汽温控制对象特性 （1）烟气挡板控制

特征：有迟延、有惯性和有自平衡能力。 （2）摆动喷燃器角度

特征：有迟延、有惯性和有自平衡能力。

3-1 烟气挡板控制 3-2 摆动喷燃器角度

（3）事故喷水

事故喷水减温对象特性与过热蒸汽喷水减温特性相似。

3.2 汽温控制方案 3.2.1 过热汽温控制方案 （1）串级汽温控制

副控制器的任务是快速消除落在内回路内的扰动影响，故可选用P控制器，也可用PID控制器。主控制器的任务是维持过热汽温为设定值，一般选用PID控制器。

（2）导前微分汽温控制

在动态过程中，控制器根据导前信号的微分信号和主蒸汽温度信号动作，但在稳态时，导前信号稳定不变，微分器的输出为零，因此过热器出口主蒸汽温度一定等于设定值。 （3）过热汽温分段控制

①分别设置的定值控制系统。②按温差控制的分段控制系统 3.2.2 再热汽温控制方案

（1）采用烟气挡板控制再热汽温的控制系统 优点：设备结构简单、操作方便；

缺点：调温的灵敏度较差、调温幅度也较小。 （2）采用摆动燃烧器控制再热汽温的控制系统 （3）采用微量喷水和事故喷水减温

微量喷水和事故喷水减温方法是烟气挡板控制或燃烧器摆角控制的辅助控制手段。

在正常情况下，再热蒸汽温度不宜采用喷水调温方式。 3.2.3 逻辑图分析

该系统

属于串级控制系统，其中006-01186PID为主控制器它接受来自TE0212和TE0213经均值选择器传来的过热后的蒸汽实际温度与给定值相比较经过运算在与来自空气流量、主蒸汽流量、燃烧器倾角的信号（如下图所示）做加法运算，传递到006-01192副控制器，与该副控制器接收的来自TE0210A和TE0211A 测得的经喷水减温后的蒸汽温度，运算后将信号送往调节机构调节喷水减温阀门的开度。

输出的信号要和出口变送器006-01240反馈信号在加法器066-01215，在用偏差监视器进行监视，主要目的是看阀门是否动作，是否损坏。

给系统同样属于串级控制系统。006-01110控制器为主控制器，而006-01141控制器为副控制器。其原理与过热蒸汽温度控制相同。

机组负荷管理控制中心又称机组负荷指令处理装置，其主要作用是用来协调机组内、外矛盾。

机炉主控器协调的是汽机与锅炉的内部矛盾。

负荷管理控制中心和机炉主控制器是机组的协调级，是机组负荷控制系统的核心，决定着机组变负荷的数量和变化速度，故直接将其称为协制系统。 4 闭锁增 （BI）

单元机组第二类故障有：燃烧器喷嘴堵塞、风机挡板卡涩、执行器连杆折断、给水调节机构故障等，这类故障属设备工作异常情况，出现这类故障时会造成诸如燃料量、空气量、给水流量等运行参数的偏差增加，逻辑图如下图。

引起机组实际负荷指令闭锁增的原因有：

（1）负荷BI:机组实际负荷指令达到运行人员手动设定最大负荷值，或机组输出电功率小雨机组实际负荷指令，且二者偏差大于允许值；

（2）主汽压力ＢＩ：汽轮机负荷达到最大值，或在锅炉跟随方式下，机前主蒸汽压力小于给定值，且二者偏差大于允许值；

（3）燃料BI：燃料指令达到高限，（给煤机工作在极限状态），或燃料小于燃料指令，且二者偏差大于允许值；

（4）给水泵BI：给水泵输出指令达到高限，或给水量小于给水指令，且二者偏差大于允许值；

（5）送风机BI：送风机输出指令达到高限，或风量小于风量指令，且二者偏差大于允许值；

（6）引风机BI、引风机输出指令达到高限，或炉膛压力高于给定值，且二者偏差大于允许值。 5 闭锁减（BD） 闭锁减逻辑图，如图

引起机组实际负荷指令闭锁减的原因有：

（1）负荷BD：机组负荷指令达到运行人员手动设定的最小负荷限定值；或机组输出电功率大于机组的实际负荷指令，且二者偏差大于允许值；

（2）主汽压力BD:在锅炉跟随方式下，机前主蒸汽压力大于给定值，且二者偏差大于允许值；

（3）给水泵BD：给水泵输出指令达到底限，或给水量大于给水指令，且二者偏差大于允许值；

（4）引风机BD：引风机输出指令达到底限，或炉膛压力低于给定值，且二者偏差大于允许值。 6 负荷迫降RD/迫升RU

对于第二类故障，采取BI/BD措施是机组安全运行的第一道防线。当采用BI/BD措施后，监测的燃料量、空气量、给水量等运行参数种的任一参数依然偏差偏大，这样需要采取进一步措施，使实际负荷指令减小/增大，直到偏差回到允许范围内，从而达到缩小故障危害的目的。这就是实际负荷指令的迫升/迫降RU/RD。负荷迫升/迫降是机组安全运行的第二道防线。

（1）送风机RD：送风机输出指令达到高限（送风机工作在最大极限状态），同时总风量小于风量指令，且二者偏差大于允许值；

（2）引风机RD：引风机输出指令达到高限（引风机工作在最大极限状态），同时炉膛压力高于给定值，且二者偏差大于允许值；

（3）一次风机RD：一次风机输出指令达到高限（一次风机工作在最大极限状态），同时二者偏差大于允许值；

（4）给水RD：电动给水泵、汽动给水泵都工作在在最大极限状态，同时给水流量小于给水指令，且二者偏差大于给定值。