电厂中的汽包水位控制
汽包具有接纳省煤器来水，进行汽水分离和循环回路供水，向过热器输送饱和蒸汽，储能和缓冲，保证蒸汽品质，保证锅炉安全运行的作用，今天我们就来聊一聊电厂中汽包水位的控制策略。
1、过程描述：
本机组配了三台给水泵：A和B为汽动泵（TDBFP），C为电动泵（MDBFP），电动给水泵作为汽动给水泵的备用泵，也作为启动给水泵。三台给水泵的转速都是可调的。每台泵的容量可维持机组50％负荷运行。
（给水系统流程图）
电泵转速通过液力耦合器调整，汽泵通过BFPT控制器控制小机进汽，从而调节转速。
给水泵打出的水进入给水母管，一部分被用作过热器的减温水，另外的部分经过3、2、1号高加进入锅炉省煤器、汽包，在高加的出口，安装有流量测量元件，可测出进入汽包的给水量。在高加出口、省煤器的入口处，设计了一组阀门。
（1）主给水门，正常运行时全开。
（2）启动阀1、2，正常运行中一般不用
（3）小流量调节门及前后的电动门，又可称为启动旁路门。
2、系统的任务，影响水位的因素及调节手段：
（1）任务：汽包水位过高会影响汽水分离效果，使蒸汽带水；汽包水位过低，会影响汽水循环，甚至干锅。汽包水位控制系统的任务就是维持锅炉汽包水位为设定值，实现全程水位自动控制。
（2）影响因素与调节手段
影响水位的因素主要有：
（1） 流出汽包的蒸汽流量
（2） 放水或排污量
（3）进入汽包的给水流量
从质量平衡角度看，当流出汽包的蒸汽流量、排污、放水量和进入汽包的给水量不平衡时，汽包水位将发生变化。
（4）汽包压力的变化。汽包压力的变化可能会导致“虚假”水位现象。例如：当汽包压力Pd下降时，汽包中的饱和水就会大量汽化，产生大量汽泡，使得水位升高，往往是由于汽轮机用汽量D增加导致Pd 下降，即D ↑ 导致H↑ 。而从质量平衡角度看，流出汽包的质量增加，应使水位下降，所以这种水位上升现象是一种“虚假”水位现象。同样由于用汽量D减少，Pd升高，将导致水位暂时下降（也是虚假水位现象）。
上述几种主要因素中，蒸汽量取决于外界负荷的要求，汽压的变化则是燃料量、蒸汽量等综合影响的结果，而只有给水量是一个可控制的量，可以用作汽包水位调节手段。
（汽包对象特性）
由于这样一种特性，当只用一种简单的PI调节，即只根据水位调节时，就会导致错误的动作。例如：D ↑ 导致H ↑，而H ↑ 要求给水W ↓ ，这将使得D与W严重不平衡，所以接下来的是水位快速回落，系统很难稳定。所以汽包水位控制系统一般都设计成三冲量串级控制方案。
现已经确定，给水流量是调节手段，那么，如何调节给水量呢？
可用两种方法：一是节流（阀门）调节。可通过启动旁路阀调节给水量，二是转速调节。
当给水泵定速运行时，其P－Q线不动，假定原工作点在A（流量为QA），若关小阀门，管道阻力特性线则上移，工作点将上移至B，流量变为QB，从而实现了流量的调节。
节流调节的缺点是节流造成节流损失，会降低机组的效率。所以，大容量机组在正常运行时，都采用转速调节，即通过调整给水泵转速调节给水量。
当机组正常运行时，主给水门将全开，旁路门全关，管道阻力特性不变。假定原工作点为A，流量显QA，转速为nA ，若升高转速到nB ，则泵的P－Q线将上移，工作点移到B，此时流量变为QB，所以也实现了流量控制。
3、控制原理：
1． 主要信号的获取
（1） 水位信号：
（平衡容器结构）
汽包水位测量采用上图平衡容器。图中△P为差压，γa为平衡容器中饱和水的比重，可近似认为不变，近似为50度时水的比重，γ’和γ"分别为汽包中的饱和水和饱和蒸汽的比重，h为汽包水位。因此根据流体力学原理有
△P= L×γa-[hγ’ + (L-h)×γ"]
= L(γa-γ")-h(γ’-γ")
∴ h=[-△P+L(γa-γ")] / (γ’-γ")
γ’和γ"都是汽包压力的函数，
记
L(γa-γ") =f1(P)
(γ’-γ")=f2(P)
则， h=[-△P+f1(P)]/f2(P)
我们在取汽包零水位的时候，需要去就地测量，准备透明软管，注满水，找到汽包的几何中心位置，对照汽包说明书看下零水位距汽包几何中心的下方多少mm，进而找到平衡容器侧对应的零水位在哪，拿卷尺测出到下取样管的距离，再根据公式，输入到DCS组态计算公式中，得到水位信号。
（汽包水位的求取）
（2） 主蒸汽流量信号：
流出锅炉的主蒸汽流量，包括进入汽轮机的蒸汽和进入高压旁路的蒸汽流量。根据费留格尔公式，流经汽轮机汽流量是汽机一级压力函数，因此不再需要在主蒸汽管道上加装流量测量元件，从而可以避免用测量孔板而产生的节流损失。主蒸汽流量计算原理如图7－6所示。
（主汽流量的计算）
（3） 给水流量：
(总给水流量的计算)
计算总的给水流量的目的，是为了与前述主蒸汽流量相比较，因为蒸汽流量中不但包括流出汽包的蒸汽量还包括减温水转换成的蒸汽量，所以，为了反映进、出汽包的水、汽质量的平衡，这里总的给水流量不仅包括从主给水管道测出的进入锅炉汽包的给水流量，还应包括减温水量，每一只减温水阀的流量都由测量元件测出。
减温水量＝1级＋2级左＋2级右＋3级左＋3级右。
2．汽包水位设定值SP由运行人员从启动控制阀（或称为启动旁路阀）的M/A站上给定。
3．单冲量控制方案
启动之初，主给水门关闭，启动阀1、2也关闭，启动控制阀前后的电动门打开，此时，电泵定速运行，通过启动控制阀的节流作用，调节给水流量控制水位。
（给水控制系统原理图）
此时，启动控制阀控制器PID①对设定值和水位值之间的偏差进行PID运算，自动控制指令经启动控制阀M/A站输出，去控制启动控制阀的开度，改变进入汽包的给水，最终使水位等于定值。
随着负荷的开高，要求的给水量增加，该启动控制阀逐渐开大，到了一定开度以后，调节性能变差，这时应该手动逐渐打开主给水门（通过SCS），或者，当负荷增加，控制阀开大以后，当发现控制阀已无法再对给水进行调节时，手动升高电泵转速，提高压头，增加给水，此时，启动控制阀仍然可以自动地将水位维持在设定值上。
随着负荷继续升高，给水压力已升得较高，阀门承受的节流压差也越来越大，当启动控制阀门已开到90％以后，可以将电动给水泵转速控制投自动。给水控制由阀门节流调节方式变成了给水泵转速调节方式。
此时单冲量控制器PID②将对水位与定值之间的偏差进行计算，PID②的输出经电泵M/A站，输出到电动给水泵勺管控制机构，自动调整电泵转速，PID②最终使水位等于定值。
在电泵转速控制投自动的同时，启动控制阀M/A站,自动地切成手动,以防止责任不分,互相干扰.
如前所述,随负荷升高,节流加强,所以此时 应手动打开主给水门,作为调节型阀门,不能长期处于一个高温高压环境中，所以当主给水门全开后，则发出一个脉冲,超驰关闭启动控制阀。
4．三冲量控制方案
负荷继续升高后，仅用PID②这个单冲量调节器，已难以保证调节品质，当负荷（蒸汽流量）大于30％以后，将自动采用三冲量控制方案。PID调节器③（又称为给水流量调节器）接受给水流量反馈信号，当给水流量由于扰动而发生波动时，该调节器会快速地调节泵的转速，有效克服给水波动。用蒸汽流量信号作为给水流量调节器PID③的设定值的一部分，是为了使进入锅炉的给水量与流出锅炉的蒸汽量随时保持平衡。（不严格地讲，只要能保持两者平衡，就能保持水位不变），这样可以有效地克服虚假水位对调节品质的影响。
为了最终使水位能保持在定值上，PI调节器④（称为三冲量水位调节器）将对水位与其定值的偏差进行PI运算，其输出成为给水量设定值的另一部分。PI调节器④最终将水位维持在设定值（细调）。
5．小机的投运
（1）随着负荷进一步升高，则需启小机。逐步升高小机转速，升高泵的出口压头，当转速大于3000 RPM时，小机可投入遥控方式，此后，可在小机的M/A站上控制转速。小机的运行及控制可参见本套讲义的BFPT控制部分。当泵的出口压头略大于给水母管压头时，打开汽泵出口门，并继续手动调节汽泵转速，使汽泵转速与电泵转速逐步接近。此时水位仍将由电泵自动维持。
当汽泵和电泵流量相近时，可将汽泵投自动，此时汽动给水泵将按三冲量方案自动调节。
此后建议再启动第二台汽动泵。
将电动泵转速控制M/A站切手动，逐渐降低电泵转速，当其流量较低时，关闭其出口门，停电泵（若要将其作为备用泵，出口门可以不关）。为了使两汽泵的负荷均衡，所以用了MASTER算法。
当电泵跳闸时，勺管指令超驰至0，同样，当小机跳闸时，到小机去的指令超驰至0（PLW）。
4、M/A站方式：
1．在启动控制阀M/A站
当下列任一条件出现时切手动
a. MFT
b. 水位测量BQ
c. 主阀全开
d. 指令到与实际阀位偏差大
e. 电泵M/A站投入自动
f. 汽泵A或汽泵B投入自动
2． 电泵M/A站
当下列任一条件出现时，切手动：
a. MFT
b. 水位测量BQ
c. 电泵跳闸
d. 指令与勺管实际位置偏差较大
e. A 、B汽泵都投入了自动
f. 启动控制阀在自动，且开度小于90％
3．汽动给水泵（A）
a. A泵跳闸
b. BFPT控制器的速度信号BQ
c. 速度指令与实际速度偏差大
d. 启动控制阀在自动
e. 不可能投三冲量（蒸汽流量BQ、给水流量BQ）
f. MFT
g. 水位BQ
*h. BFPT控制器不在遥控方式。
5、M/A站指示：
1．启动控制阀M/A站
SP：水位设定值
PV：汽包水位
CO：阀的开度指令。
2．电泵M/A站
PV：显示电泵转速
CO：为勺管指令
3．汽泵M/A站
PV：显示汽泵转速
CO：为送往BFPT控制器的遥控转速指令。
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