大坝电厂锅炉汽包水位保护的改进

　　一、现状简述
　　
　　大坝电厂4台300MW机组所配锅炉都是北京巴威公司生产的自然循环锅炉，其额定蒸发量1025t／h，主汽压力16．8MPa，主汽温度540°C。汽包水位保护是锅炉的一项主保护，设计作为BMS（锅炉燃烧器管理系统）的MFT条件之一，是一项很重要的灭火保护条件。
　　
　　我厂zui初设计的汽包水位保护联锁条件及逻辑的设计原理是：汽包水位高或低I值（定值50mm）时发报警信号；水位高H值（100mm）时发信号，同时联开事故放水门；水位放至低I值时联关事故放水门；水位低Ⅱ值（100mm）发报警信号：水位高III值（+200mm）或低Ⅲ值（一200mm）时发报警信号，同时送信号到MFT回路，MFr动作，锅炉灭火。
　　
　　在汽包水位测量上，我们采用了四种水位测量仪表。其一是就地牛眼水位计，伴有工业电视摄像系统将信号引入集控室的电视机，供运行人员远方直观监视水位。第二种水位测量计是机械差压水位计，已安装在机组运转平台12．6米，它的好处是不需用任何电源，在机组仪表控制电源失去的情况下，运行人员照样可以监视汽包水位。第三种是电接点水位计，安装在集控室，它的特点是测量较准确、可靠性高、维护量小。第四种就是用1151差压变送器测量水位，再用汽包压力等参数进行修正，它的特点是能连续测量和记录可直接参与自动调节的水位信号，它的缺点是对变送器、仪表管、平衡容器的稳定性、严密性要求较高，而且要增加其它测量参数，如汽包压力等，系统维护量大。为了提高其测量的可靠性，我们采用
　　
　　了三台变送器及三套平衡容器，把三路信号分别送入CCS系统进行修正，然后求平均值，作为zui终参与自动调节和联锁的汽包水位信号。
　　
　　我厂的CCS和BMS控制系统采用的设备均是美国贝利公司的N一90及INFI一90设备，为集散控制系统，因此汽包水位的测量、修正、自动调节以及超限保护全部在N一90（1期）和INFI--90（Ⅱ期）内实现。这套系统的特点是运算速度高，通讯速度快，冗余设计，数字化处理精度高，系统可靠性高，组态方便，人机接口较简单，易操作。
　　
　　我厂#1、#2机组分别于1990年和1991年投产：#3、#4机组分别于1997年和1998年移交生产。汽包水位保护在机组试运行及试生产初期都由于误动次数较多而被迫解除，主要原因有：（1）测量系统误差大，逻辑不合适：（2）保护逻辑不完整：（3）保护接口不可靠。
　　
　　二、改进方案
　　
　　1995—1997年，我们根据汽包水位自动调节系统的需要，对汽包水位测量系统进行了深入的研究。针对汽包水位测量偏差大、水位测量误差随机组负荷变化而变化的问题，我们对测量筒、平衡容量零位进行了校正：对1151变送器零位量程重新定标；对水位的压力、温度修正曲线进行了修正。通过大量而复杂的—厂作，使汽包水位电接点测量值与1151变送器测量值偏差控制在±50mm以内，zui稳日寸小±30mm,而且消除了水位偏差随机组负荷变化而增
　　
　　人或减小的现象，使儿个水位计的偏差值固定在一定范围内。在这方面我们主要解决了下面
　　
　　几个重要的技术问题。
　　
　　1．对单室平衡容器蒸汽侧水温测量的处理
　　
　　由于单室平衡容器的结构特点，它的水温按垂直高度是梯度分布。我厂测量筒温度分布—般是底部50℃左右，筒子上部110℃左右，所以筒内温度很难把它算成一个定值，而这个温度对蒸汽侧水的比重的计算又非常关键。为了算准平衡容器筒内的水的比重p，，我们采用积分的方法解决这个问题（图1），即：
　　
　　1L
　　
　　pa=—∫F（p）dl
　　
　　L0
　　
　　通过查表和计算，基本上解决了水位与рa，
　　
　　的关系，使—卜式中的p，只与汽包压力有关。
　　
　　L（рa—рs）-△P
　　
　　△H=___________________-H0
　　
　　рw-рs
　　
　　式中，△H为水位偏离零位的值；H0为
　　
　　零水位距水侧取样孔距离；△P为产生的压差。
　　
　　则F1（x）=f：（P汽包）：F2（x）=（P汽包）也就是说，F1（x）和F2（x）都是汽包压力P的函数。　　通过查图，很容易画出Fl（x）、F2（x）与P的函数曲线图。另外，我们发现在北方，冬夏两季平衡容器的温度也不一样，这就需要热工人员不断地测量温度分布，及时修正p。以保证水位修正准确。我们下一步的打算是在平衡容器外部装／L支测温元件，将平衡容器温度引入计算机控制系统，经过事先人工建立的数据库，随时可通过计算机修正рa.有人提出用保温的方法使平衡容器保持恒温，我们认为不妥，因为由于蒸汽的加热和流动，单室平衡容器的温度梯度必然存在，不是用加保温的方法能解决的。另外，由于加保温，容器温度也难以测得，不利于рa的计算，而且保温也不能解决рa的问题。采用双室平衡容器，由于要在锅炉下降管开孔焊仪表管，这给锅炉设计、安装和维护带来一定问题，特别是细仪表管长期经高压蒸汽冲刷，安全上也带来一定问题。
　　
　　对于三台变送器测量修正值的求平均计算叵路，我们进行了改进。在原计算回路中，三路汽包水位测量值经压力修正和求平均值后为zui终汽包水位值，当某一台变送器测量值与平均值的偏差超过150mm时，认为该台变送器故障，汽包水位为另两台变送器测量值的平均值。这样，当某一台变送器瞬间出现测量值越限（坏质量）时，首先造成平均值瞬间上升很大、而故障变送器却切除不掉的现象。在实际运行中，这种现象发生较多，#3，#4炉试运行中，就因为一台变送器瞬间故障，修正后水位为+600mm以上，锅炉因汽包水位高而总燃料跳闸（MFT）。我们经过仔细分析和研究后，采取了两种方法解决这一问题：一是把单台值与平均值的偏差缩小到60mm为切除单台变送器的条件之一：二是任一台变送器与另两台变送器测量
　　
　　值的偏差均大于±lOOmm时，立即切除该台变送器。
　　
　　2．保护逻辑的改进
　　
　　在对保护逻辑的改进中，我们根据1997年秦皇岛电厂锅炉汽包水位保护拒动事故的教训，在保护的可靠性方面做了大量的试验和尝试。首先，在原汽包水位平均值越限后锅炉立即MFT的逻辑里，加上了三台变送器有两台及以上变送器水位越限的条件，两个条件“与”后再动作MFT。此外，增加了任两台变送器故障自动切除保护，并提醒运行人员防止保护误动，具体逻辑图如图2。
　　
　　在保护接口上，特别是保护信号从CCS送往BMS的接口上，我们取消了通讯传输信号，避免了因通讯故障造成保护误动的现象（此现象发生过），采用从CCS输出三路汽包水位跳闸信号，通过硬接线送到BMS三个输入接口，在BMS内部再对此三路进行三取二逻辑运算后，作为MFT的条件。在CCS送往BMS的信号接口，为防止CCS输出DOD有击穿现象（此现象发生过多次），我们在接口上加了扩展继电器，可靠性大为提高。　　三、实施与效果
　　
　　1998年我们对#1一#4炉汽包水位保护系统进行了全面改进，并全部投入运行。在实际运行的6个月中，汽包水位保护动作了四次，全部为止确动作，无一误动和拒动现象，充分证明了这套汽包水位保护的可靠性。