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1、毕 业 设 计 论 文题 目：300MW火电机组汽包水位热工保护仿真系统的制作毕业设计（论文）任务书一、设计题目：1.题目名称： 300MW火电机组汽包水位热工保护仿真系统的制作 2.题目来源： 哈尔滨热电厂300MW火电机组运行项目 二、目的要求：1、掌握300MW火电机组给水自动控制系统的组成原则与系统构成，汽包水位保护系统的动作逻辑（汽包水位高保护和汽包水位低保护），热工信号系统的构成和显示状态。2、采用InTouch软件制作仿真操作界面，GISS软件制作仿真模型，完善点表和变量定义，能够顺利实现系统的整体运行，保证动作逻辑正确。 3、进一步巩固所学的专业知识，拓宽知识面，将所学理论和现
2、场实践紧密联系起来，为将来从事热工仪表检修，自动控制系统组态、调试、安装等方面的工作打下良好基础。三、设计资料：哈尔滨热电厂300MW火电机组设计图纸及相关技术资料，专业所学的所有相关专业书籍。四、设计资料应包括的内容300MW火电机组汽包水位热工保护仿真系统设计资料（论文）一份。五、进度要求：1、该部分的时间为四周。2、第一周：前期准备，学生选题，组织设计资料，熟习图纸等相关资料。学生按照自己选定的题目完成设计方案的初设，准备好所需的全部资料，提出系统的可行性方案，进行充分的论证并最终确定最终方案。3、第二三周：绘制仿真操作界面，完成仿真模型制作，完善点表和变量定义，能够顺利实现系统的整体运
3、行，保证动作逻辑正确，完成设计方案。同时完成论文（论文格式符合要求，电子稿录入）。 4、第四周：毕业论文答辩。六、其他要求：1、毕业设计期间学生应该保证出勤，认真、独立完成毕业设计论文。2、论文不应该有抄袭现象，绘制的图纸，编写的文稿应保持整洁、准确、规范。3、毕业论文应该有自己的特点，不能千篇一律。4、毕业论文格式按照学院要求设置。指 导 教 师 评 语 表评语：是否具备答辩资格 目 录1 机组的热工保护 61.1锅炉机组热工保护的任务 61.2 锅炉热工自动保护的保护方式 61.3 单元机组热工自动保护的动作条件61.4 单元机组热工保护的作用32 热工信号 42.1热工信号52.1 状态
4、信号 52.2 趋势报警信号（热工预告信号）62.3 跳闸报警信号52.4 越限报警信号（热工事故信号）53 汽包水位43.2 汽包水位变化的影响因素53.3 汽包锅炉水位保护的重要性53.4 汽包锅炉水位保护系统53.1 汽包的作用53.5锅炉汽包水位的控制与调整54 仿真54.1 In touch软件54.2利用INTOUCH软件仿真的制作过程4.3 GISS软件54.4利用GISS制作的过程55 结论5致谢5参考文献5300MW火电机组汽包水位热工保护仿真系统的制作摘 要： 汽包水位是汽包锅炉运行中一个重要的监控参数，它简接反映了锅炉蒸汽负荷与给水量之间的平衡关系，维持汽包水位正常是保护
5、锅炉和汽轮机安全运行的必要条件。汽包水位过高，会影响汽包内汽水分离装置的正常工作，造成出口蒸汽水分过多而使过热器管壁结垢，容易烧坏过热器。汽包出口蒸汽中水分过多，也会使过热汽温产生急剧变化，直接影响机组运行的安全性和经济性。汽包水位过低，则可能破坏锅炉水循环，造成水冷壁管烧坏而破裂。由于现场热工保护机组无法任意改变其工作参数或工作状态，因此，制作一个汽包水位热工保护的仿真系统来模拟现场运行工况以训练运行人员熟练操作是非常必要的。关键词： 热工保护；热工信号；仿真；汽包水位；引言汽包水位是使锅炉的给水量适应锅炉的蒸发量，以维持汽包在规定的范围内。来确保锅炉和汽轮机的安全. 热力系统中所有设备应该
6、运行在正常状态下，随着锅炉容量和参数的提高，汽包的容积相对减少，锅炉蒸发受热面的热负荷显著提高。水位过高将减小蒸汽重力分离行程，破坏汽水分离效果，使蒸汽带水造成过热器中盐类沉积，恶化过热器的工作条件，严重时还可能引起汽轮机水冲击，造成汽轮机转轴弯曲等恶性事故；水位过低就有可能破坏锅炉水循环，甚至出现水冷壁断水过热损坏。因此，为了安全生产，就必须确保锅炉的安全运行，而对锅炉的相应控制是达到这一目的的有效手段，在INTOUCH中绘制出汽水系统图和热工信号图，编写名称以及脚本。用GISS制作相应的模型，通过点表和一些逻辑完成整个仿真系统，进行联盘实验。本文就汽包水位的控制通过InTouch软件和GI
7、SS软件进行仿真试验。 1 机组的热工保护1.1 热工机组热工保护的任务当某台设备或系统运行工况不正常时，如主蒸汽压力过高，汽包水位过高或过低、再热汽温过高、直流锅炉断水和炉膛熄火等情况发生时，保护装置及时采取措施、防止事故的发生和扩大，使设备尽快恢复正常运行。1.2 锅炉热工自动保护的保护方式（1）限制保护。根据锅炉和辅机的运行工况对锅炉的最大出力和变负荷速度予以限制；对锅炉的各种调节阀门和挡板的最大、最小开度加以限位。（2）连锁保护。锅炉在启停或运行中，一旦出现误操作，连锁保护装置能自动加以制止；在锅炉运行中如果某些辅机发生故障时，与其相关的设备立即动作，以避免事故进一步扩大。如锅炉运行中
8、引风机因故障而停止运行时，送风机也应立即停止运行，避免造成炉膛正压喷火。（3）紧急停炉保护。当某些重要辅机发生故障时，应迅速降低锅炉的负荷或停止锅炉运行；当锅炉运行中某些重要参数超过允许值时，保护装置立即动作，采取紧急措施，直至紧急停炉保护，以免事故发生或扩大。 1.3 单元机组热工自动保护的动作条件（1）当保护动作紧急停机时，将自动投入旁路，开启凝汽器喷水门，跳发电机断路器，使锅炉出力降至点火负荷，同时启动备用电动泵。（2）当发生事故停炉时，将自动停机和停全部给水泵。（3）当发生事故停止全部给水泵时，将自动停炉、停机。（4）当辅机出力不足时，将自动减负荷至辅机所能承受的出力为止，目前，单元机
9、组保护在汽轮机事故停机时，作用于锅炉的保护有两种方案。当汽轮机事故停机时，立即停炉。当汽轮机事故停机时，立即开启旁路控制系统，同时将锅炉出力降至维持在点火负荷，该方案最大的优点是当误动作引起汽轮机停机时，能快速地将机组恢复运行。1.4单元机组热工保护的作用大型单元机组是一个有机的整体，当任何部分发生危及机组运行的事故时，热工保护系统必须发出各种指令送到有关控制系统和被控设备中，自动进行减负荷、投旁路控制系统、停机或停炉等处理，以确保机组的安全。单元机组热工自动保护的作用是，当单元机组某一部分发生事故时，根据事故的具体情况迅速、准确地将单元机组按预先拟定好的保护程序减负荷或停机。2 热工信号2.
10、1 热工信号当某些被监视的运行参数偏离规定范围，或者出现某些异常情况时，热工信号系统将发出灯光和音响信号，灯光信号是以光字牌显示信号的内容；音响信号是以电铃报警，引起运行值班人员的注意，以便及时采取相应的措施消除异常，保证机组的安全、经济运行。2.2 状态信号一般由信号指示灯来表示热烈系统中设备的当前状态。在由DCS构成的大机组热控系统上，由操作员站的CRT图形显示以下不同颜色来指示被监控设备的当前状态。例如，以红色表示设备的“运转”或“开启”，以绿色表示设备的“停运”或“关闭”。运行人员通过这些消息，可以随时了解当前机组设备的运行状况。2.3 趋势报警信号一些专门报警装置或DCS系统具有智能
11、化处理功能，它们能对有些热力系统中的参数变化速率和报警信息“恶化”方向予以比较处理，向运行人员提供报警变化趋势信息，指示参数变化速率，为运行人员提供操作指导。2.4 跳闸报警信号（热工事故信号）当设备运行工况恶化到危及机组运行安全或设备本身安全时，保护装置将发出跳闸指令，以保护设备和机组安全，同时报警系统发出声光报警信息，指示故障点或故障设备名称。2.5 越限报警信号（热工预告信号）热力系统中所有设备应该运行在正常状态下，热力系统中的介质参数必须保持在一定的安全范围内，参数安全规定值可以有I值，II值甚至III值，一旦设备状态发生变化，运行介质参数（例如汽温、汽压、液位等）超出规定范围，则及时
12、发生报警信号。如“主蒸汽压力高”，“除氧器水位低I”等，以提醒运行值班人员密切关注报警工况，采取有效措施。如图一所示，当被监视的运行参数超过规定的允许值时，信号装置发出的灯光和音响信号称为越限报警信号，通常为了保持现场安静，音响信号发出后应能人为地解除，但灯光信号回路较多时，音响信号宜能重复动作。即当某一参数发出了预告信号，运行值班人员得知后可按动解除按钮以解除音响信号，其灯光信号在该参数恢复正常之前是不会消失的，若此时又有另一人员的注意，这种信号系统称为重复音响信号系统，为了易于及时判断，还可将信号发出时的相应灯光信号以闪光方式显示，并在解除音响的同时，自动变换为平光显示。图1 热工信号 当
13、汽包水位50mm时，“汽包水位高值”红闪；当汽包水位150mm时，“汽包水位高值”红闪； 当汽包水位250mm时，“汽包水位高 值”红闪；当汽包水位50mm时，“汽包水位低值”红闪；当汽包水位150mm时，“汽包水位低值”红闪；当汽包水位250mm时，“汽包水位低 值”红闪。 3 汽包水位3.1 汽包水位变化的影响因素（1） 锅炉负荷变化的影响负荷变化缓慢，锅炉燃烧调整和给水调整也协调配合时，水位变化是不明显的。但当负荷突然变化时，水位会迅速大度变化。当负荷突然增加时，汽压将迅速下降，这时一方面使汽水混合的比容增大，另一方面使饱和温度降低，炉水和水冷壁金属放出部分热量，促使生成更多蒸汽，汽包水
14、空间汽泡数量剧增，汽水混合物体积迅速膨胀，促使水位上升，形成虚假水位；虚假水位是暂时的，因为负荷增加，炉水消耗增加，炉水中的汽泡逐渐逸出水面后，汽水混合物体积又将收缩，所以如果给水量未随负荷增加时，水位又将迅速下降。反之，当负荷突然下降时，水位波动过程相反。实际上虚假水位只有在锅炉工况变化较大，速度较快时才能明显察觉出来，在锅炉出现灭火和安全阀起座等情况下，虚假水位将达到很大程度，如果处理不当就会发生水位事故。（2） 燃烧工况变化的影响燃烧工况的变化对水位的影响也很大。如燃料量突然增加，燃烧加强，水冷壁吸热量增加，炉水体积膨胀，汽泡增多使水位暂时上升，同时产汽量增加又会使汽包压力升高，饱和温度
15、相应升高，炉水中汽泡数量将减少，水位又会下降；汽压升高又引起蒸汽流量增大，在汽机调速系统未动作之前，发电机有功负荷增大，如果不加以人为干预，水位进一步降低。所以正常情况下应尽量投入机组协调控制，保证机组负荷稳定。如果炉内燃烧减弱，对水位影响与上述过程相反。（我厂300MW机组汽包水容积为54m3，正常运行时水空间容积仅为23m3左右），容许变动的水量就更少，如果锅炉给水中断而继续运行，在几秒到十几秒内汽包水位计中的水位就会失。即使是给水量与蒸发量不衡，在几分钟内也可能出现锅炉满水或缺水事故，可见对于容量较大的锅炉，汽包水位在任何时候都是必须严密监视的重要参数。（3） 给水压力的变化如果给水系统
16、运行不正常使给水压力变化时将使送入锅炉的给水量发生变化，从而破坏了给水量和蒸发量的平衡，则必将引起汽包水位的波动，在其他条件不改变的情况下。给水压力高使给水量加大时，水位升高；给水压力低使给水量减少时，水位下降。3.2 汽包锅炉水位保护的重要性维持锅炉汽包水位是保证锅炉和汽机安全运行的重要条件之一。当汽包水位过高时，由于汽包蒸汽容积和空间高度减小，蒸汽携带锅水将增加，因而引起蒸汽品质恶化，容易造成过热器积盐垢，引起管子过热损坏；同时盐垢使传热热阻增大，引起传热恶化，过热汽温降低。汽包严重满水时，除引起汽温急剧下降外，还会造成蒸汽管道和汽轮机的水冲击，甚至打坏汽轮机叶片。汽包水位过低，则会破坏炉
17、水的正常循环，使水冷壁的安全受到威胁；如果出现严重缺水而又处理不当，则可能造成水冷壁爆管。300MW单元机组的锅炉，汽包的相对水容积变小（我厂300MW机组汽包水容积为54m3，正常运行时水空间容积仅为23m3左图2 汽包锅炉水位高保护右），容许变动的水量就更少，如果锅炉给水中断而继续运行，在几秒到十几秒内汽包水位计中的水位就会消失。即使是给水量与蒸发量不相平衡，在几分钟内也可能出现锅炉满水或缺水事故，可见对于容量较大的锅炉，汽包水位在任何时候都是必须严密监视的重要参数。3.3 汽包锅炉水位保护系统汽包水位保护系统的设计与锅炉的容量、结构和运行方式有关。一般来说，水位保护定值分为三个值，分别称
18、为高一、高二、高三值（例如：+50、+150、+250mm）和低一、低二、低三值（例如：-50、-150、-250mm）。高或低一、二值为报警值，高或低三值为停炉值。图2 汽包锅炉水位低保护由图2可见，水位升高到高一值时，保护系统发出水位高报警信号，以引起运行人员注意，此报警信号作为高二值的“与”条件。若运行人员采取措施后水位仍继续升高至高二值时，保护系统自动打开事故放水门。水位高二值信号同时作为水位高三值信号的“与”条件。若放水后水位仍继续升高到高三值时，则保护系统发出紧急停炉指令，强迫停止锅炉运行。当水位达到高二值放水后，若水位恢复到高一值以下，表面水位恢复正常，则保护系统立即关闭事故放水
19、门，以免汽包水位继续下降。汽包压力降低也会使水位升高，但这是虚假水位现象（如汽包安全门动作），这种水位升高即使高至高二值或高三值，保护系统也不应动作。因此，对安全动作需加延时，待虚假水位消失，禁止信号才解除，防止误动作。另外，计算机也可发出禁止命令，防止设备不必要的动作。由图3可见，当安全门动作（60S内）时，炉膛灭火、主蒸汽压力高或计算机指令均不存在的情况下，水位低二值信号存在，则关定期排污总门。当水位低一值和低二值相继出现时，开备用给水门。当水位低二值、低三值相继出现时，说明汽包严重缺水，保护系统立即发出紧急停炉指令。图3 DCS系统锅炉汽包水位保护逻辑当水位在低一值、低二值、低三值或高一
20、值、高二值、高三值时，保护系统均向信号系统发出报警信息，向运行人员明示异常部位。 在有些锅炉上，特别是采用DCS控制系统的锅炉上，汽包水位高限三值或低限三值紧急停炉保护，常采用“3取2”信号法，由计算机通过监视水位模拟量值来析出开关量，以形成保护系统所需要的跳闸信息，其动作原理如图所示。3.4汽包的作用。（1）工质加热、蒸发、过热三过程的连接枢纽，保证锅炉正常的水循环。（2）内部有汽水分离装置和连续排污装置，保证锅炉蒸汽品质。（3）有一定水量，具有一定蓄热能力，缓和汽压的变化速度。（4）汽包上有压力表、水位计、事故放水，安全阀等设备，保证锅炉安全运行。3.5锅炉汽包水位的控制与调整锅炉汽包水位
21、的调节是通过改变主给水调节阀的开度或给水泵的转速，即通过改变给水流量来实现的。本机组的汽包锅炉采用了调节灵敏度高、偏差小的三冲量给水自动调节系统，它把蒸汽流量作为前馈信号，给水流量作为反馈信号进行粗调节，然后把汽包水位作为主信号进行校正。运行中要控制好水位，就首先要做好对水位的监视工作。锅炉正常运行中，汽包水位应以就地水位计为准，参照电接点水位计和低地位水位计的指示作为监视手段，通过保持给水流量，减温水流量和蒸汽流量之间的平衡使汽包水位保持稳定。值得注意的是：由于表计散热，汽包就地水位计所显示的水位要比汽包中的实际水位低。试验表明：亚II缶界压力自然循环汽包炉的就地水位计指示与实际水位的差值约
22、为50一100mm。水位低时偏差小些，水位高时则偏差大些，因而运行中应对就地水位计的水位进行必要的修正。为减少水位计指示的水位与汽包内实际水位的偏差，有的锅炉将汽包就地水位计的水侧下部接至汽包下降管处，使汽包就地水位计内的水能流动，以减少水位计散热后水位指示的误差。在锅炉启停过程中，由于负荷、燃烧工况频繁变动，给水调节一般采用手动调节；锅炉正常运行中应投入三冲量给水自动调节系统，经常监视各表计指示的变化情况。当水位超过正常允许的变化范围，且偏差继续增大时应及时将自动切至手动方式运行。手动调整时幅度不可过大，应防止由于大幅度调节而引起的汽包水位大幅度波动和缺满水事故。此外，为了保证汽包水位各表计
23、指示的正确性，每两小时应与就地水位计校对一次，汽包水位高、低信号报警也应定期进行校验，以保证其可靠性。 综上所述，影响汽包水位变化的因素很多，水位变化是各种因素综合作用的结果。所以，正常运行中应认真监视各项参数及工况的变化，及时进行有关的调节，将调节工作做在水位变化之前，一旦发生水位变化时，应迅速查明引起水位变化的原因，及时分析判断汽包水位的变化趋势和进行必要的调节，保证汽包水位的稳定运行。4 仿真4.1 InTouch软件WindowMaker是InTouch的开发环境。WindowMaker图形用户界面应符合Windows 95和Windows NT GUI标准。WindowMaker支持
24、浮动的和固定的工具栏，右鼠标单击菜单可快速访问经常使用的命令和可自定义的调色板，该调色板提供16.7百万种颜色支持。(颜色支持仅限于您的视频卡性能。)WindowMaker的应用程序浏览器，为您提供一种强有力的图形方法来浏览和配置InTouch应用程序。它使您容易地访问WindowMaker的最常用的命令和函数，诸如所有的windows命令，所有的配置命令和所有的InTouchQuickScript编辑器。另外，应用程序浏览器将显示所有安装的附加程序，例如SQL ACCESS MANAGER，SPC Pro和配方管理器，而且它提供您一种可自定义的应用程序启动工具。4.2利用INTOUCH软件仿
25、真的制作过程（1）打开INTOUCH软件；（2）创建一个新的窗口（3）绘制出锅炉汽水系统、热工信号、汽包水位高保护逻辑、汽包水位低保护逻辑四副系统图（4）制作四个窗口切换按钮，实现以上四个窗口的互相切换。（5）在“锅炉汽水系统”窗口中绘制一个弹出窗口，并进行相应的定义，编写相应的脚本，使之能够实现汽包水位的增加及减少。（6）在“热工信号”窗口中定义：当汽包水位50mm时，“汽包水位高值”红闪，按“报警确认”按钮后变成红色平光。当汽包水位150mm时，“汽包水位高值”红闪，按“报警确认”按钮后变成红色平光。当汽包水位250mm时，“汽包水位高 值”红闪，按“报警确认”按钮后变成红色平光。当汽包水
26、位50mm时，“汽包水位低值”红闪，按“报警确认”按钮后变成红色平光。当汽包水位150mm时，“汽包水位低值”红闪，按“报警确认”按钮后变成红色平光。当汽包水位250mm时，“汽包水位低 值”红闪，按“报警确认”按钮后变成红色平光。4.3 GISS软件本仿真支撑系统命名为GISS（General Integrated Simulation System ）。中文名为“及时”。（1）支撑系统框架结构及功能概述支撑系统主要有以下部分构成：内核：模型数据库，算法数据库，模型的执行与调度，进程、线程的管理与调度等。工程师台功能：提供各种手段辅助模型的开发与调试，如：模型的建立、删除、修改、插入、移动，
27、变量的交叉参阅，动态参数监视，曲线等。教练员台功能：提供各种手段来控制仿真进程，提高培训效果，如：抽点，回退，重演，远方操作，学员成绩评定，超控，盘台初始状态检查，学员操作记录，模型的全局加/减速，模型的局部加速，故障，教案，教练员活动记录等。通讯：建立并控制与盘台、DCS 、DEH、就地等界面机的双向数据交换，提供通讯测试手段。（2）建模步骤用户收资进行初步设计，绘制仿真系统图，确定仿真范围、仿真程度 建立并调试新增算法建立、调试子模型（或称分系统模型）子模型拼接成大模型脱盘调试，即在没有盘台、DCS等监控手段的情况下，借助于仿真支撑系统的调试功能，一般用于粗调联盘调试，盘台，DCS等监控手
28、段均已就绪，进行整机启停试验，一般用于全面、精细的细调（3）建模方式：系统支持而种建模方式：在线建模、离线建模离线建模：先建立一个文本模型文件，该文件由若干行构成，每行代表一条建模或模型修改命令，文本模型准备好后，在仿真支撑系统中装入，支撑系统逐渐解释、执行，即完成了建模或模型修改工作。离线模型与在线模型完全等效。离线模型适用场合：建立新模型修改已存在的模型小模型自动拼接成大模型 算法修改后重新生成模型相似模型复制4.4 利用GISS制作的过程（1）清除GISS软件中原有的模型；（2）将已制作的模型装入GISS中；（3）在EXCEL中写点表；（4）分别将点表复制到C盘的INTOUCH和GISS中，并重新命名；（5）运行GISS和INTOUCH并观察结果；（6）联盘调试，实现水位保护的动作逻辑5 结论本设计中，是以设计机组汽包水位热工保护仿真系统的设计为总目标，根据理论进行实践，汽包水位是汽包锅炉运行中一个重要的监控参数，它直接反映了锅炉的蒸发量与给水量之间的平衡关系，维持汽包水位正常是保护锅炉和汽轮机安全运行的必要条件. 致谢：参考文献：1潘笑，潘维加.热工自动控制系统.北京：中国电力出版社，2011.052谢碧蓉，向贤兵，曾蓉.热工过程自动控制技术.北京：中国电力出版社，2007
