Настройка отдельных регуляторов

Пароводяной тракт прямоточного котла и пароперегреватель барабанного котла представляют собой объекты с распределенными параметрами, обладающие большой инерцией и значительным запаздыванием. Вследствие этого запас устойчивости основных контуров АСР котла значительно меньше, чем у турбины, что создает определенные трудности при настройке котельных регуляторов. Так, например, при использовании ПИ-регулятора топлива или питания, поддерживающих в типовых схемах регулирования котлов (см. п. 6.1) температуру пара в промежуточной точке пароводяного тракта, устойчивое регулирование температуры пара на номинальном режиме котла обеспечивается лишь в ограниченной области значений параметров настройки регулятора — коэффициента усиления k и времени интегрального сигнала Ц§, ограниченной кривой 1 на рис. 6.8 (в соответствии с правилами Д-разбиения [58] кривая заштрихована со стороны области устойчивого регулирования). Еще более узкой оказывается область значений k и Щ в которой обеспечивается заданное значение степени затухания колебаний а, ограниченная кривой 6. Если в качестве одного из критериев оптимальности АСР принято заранее заданное значение ос, то точка оптимальной настройки регулятора должна находиться внутри области, ограниченной кривой 6.
В процессе эксплуатации котла вследствие загрязнения поверхностей нагрева значительно изменяются его динамические постоянные, в отдельных случаях более чем в три раза (см. гл. 3), особенно при работе на низкосортных топливах. Это предопределяет существенный разброс динамических характеристик находящихся в эксплуатации котлов, в результате чего в каждый момент времени эксплуатационный персонал имеет дело с объектом регулирования, динамические свойства которого, по сути дела, неизвестны. В таких условиях возникает необходимость периодической идентификации объекта — определения адекватной ему математической модели, методы которой были изложены в гл. 1, с тем чтобы на ее основе определить, остаются ли приемлемыми ранее выбранные параметры настройки регуляторов, и в случае необходимости провести их перенастройку.
Динамические характеристики котла значительно изменяются также в зависимости от режима его работы. Вследствие этого каждому режиму соответствует свое положение границы устойчивости и линии равного затухания. Как следует из приведенных графиков, параметры настройки, оптимальные для номинального режима, не только не оптимальны на пониженных нагрузках, но даже могут не обеспечить устойчивого регулирования. При настройке регуляторов обычно стремятся выбирать компромиссные параметры настройки, обеспечивающие устойчивость во всем регулировочном диапазоне. При этом на режимах больших и малых нагрузок качество переходных процессов оказывается ухудшенным. Динамические характеристики котла как объекта регулирования температуры в промежуточной точке пароводяного тракта при работе на скользящем давлении изменяются в зависимости от режима в большей мере, чем на постоянном давлении. Вследствие этого оказывается невозможным обеспечить устойчивое регулирование при всех режимах путем компромиссной настройки регуляторов, поэтому при переходе к скользящему давлению возникает необходимость применения регуляторов топлива или питания с автоматическим изменением параметров настройки. Обычно ту или иную настройку сохраняют в пределах определенного диапазона режимов и ступенчато изменяют при выходе за этот диапазон. В современной регулирующей аппаратуре типов «Каскад» и АКЭСР предусмотрены устройства автоматического изменения параметров настройки.
АСР котла представляет совокупность взаимосвязанных между собой локальных контуров регулирования отдельных технологических процессов. Вследствие взаимной связи между контурами оптимальные параметры настройки каждого регулятора зависят от динамических характеристик смежных контуров и параметров настройки их регуляторов. При этом настройка какого-либо регулятора, выполненная на изолированном контуре, в общем случае окажется неоптимальной после подключения регуляторов смежных контуров. Это обстоятельство чрезвычайно затрудняет настройку котельных регуляторов. Особо большие затруднения, как показывает практика, вызывает взаимное влияние регуляторов топлива и воздуха. В связи с этим возникает задача: с целью упрощения наладки регуляторов и их перенастройки в процессе эксплуатации ввести между локальными контурами регулирования котла такие кинематические или динамические связи, которые компенсировали бы взаимное влияние этих контуров, сделав их независимыми (автономными) друг от друга. Впервые идея выполнения автономными многосвязных АСР котельных агрегатов была выдвинута еще в 30-е гг. И. Н. Вознесенским. Для достижения полной независимости обоих контуров друг от друга необходимо введение двухсторонних компенсирующих связей между ними. Передаточные функции компенсирующих связей могут быть найдены на основе общей теории автономного регулирования. Задача упрощается, если ограничиться односторонней автономностью, при которой процессы в одном (ведущем) контуре не влияют на процессы в другом (ведомом), а обратное влияние не устранено. При этом ведущий контур регулирования можно настраивать изолированно. Для достижения односторонней автономности достаточно ввести лишь одну компенсирующую связь между контурами.
Обычно при регулировании основных контуров котла для улучшения динамических свойств в каждом из них поддерживают не только основной технологический параметр контура (выходную величину объекта), но также вспомогательный параметр в промежуточной точке объекта. Систему регулирования контура выполняют либо по каскадному (иерархическому) принципу, либо по схеме с опережающим скоростным сигналом. В первом случае задание регулятору промежуточного (опережающего) параметра устанавливает корректирующий ПИ-регулятор основной регулируемой величины. Во втором случае регулятор основной регулируемой величины получает дополнительный сигнал по производной от вспомогательного параметра. Методы выбора типа и параметров компенсирующих связей для обеспечения односторонней автономности в АСР такого типа разработаны в ВТИ [4]. Однако получаемые из условий автономности передаточные функции оказываются сложными для практической реализации. Поэтому ВТИ рекомендовано приближенное выполнение условий односторонней автономности, минимизирующее влияние регулирующего органа ведомой АСР на опережающий сигнал ведущей АСР. Заслуживает также внимания введение таких корректирующих связей, которые позволили бы, не выполняя условий автономности, получать многосвязные системы, эквивалентные по запасу устойчивости изолированным контурам.
Следует иметь в виду, что большое влияние на процесс регулирования и даже на устойчивость основных контуров регулирования котла могут оказывать те или иные изменения в АСР турбины. Так, например, при первичном управлении турбиной оснащение ее АСР регулятором мощности существенно ухудшает динамические характеристики регулирования котла, а при скользящем давлении может без применения специальных мер вообще нарушить его устойчивость [83, 129 J. Определенные проблемы могут возникнуть при регулировании котлов, работающих в блоке с теплофикационными турбинами, из-за близости (при тех или иных режимах собственных частот) контуров регулирования котла и тепловой нагрузки, Чтобы избежать этого, целесообразно применить специальные корректирующие связи между АСР котла и турбины.