鍋爐汽包水位保護(hù)策略淺析

楊勇

(神華國(guó)華北京熱電設(shè)備維護(hù)部，北京 100025)

引言

神華國(guó)華北京熱電裝有兩臺(tái)德國(guó)ABB公司生產(chǎn)的DKEH－1DN31型200MW凝汽抽汽式汽輪機(jī)組、四臺(tái)哈爾濱鍋爐廠產(chǎn)HG-410/9.8-YM1型鍋爐。為提高供熱可靠性，每個(gè)單元設(shè)置為兩爐一機(jī)，兩臺(tái)機(jī)組于1999年底投產(chǎn)。鍋爐屬于高溫高壓鍋爐，每臺(tái)鍋爐設(shè)有三種水位計(jì)：三臺(tái)差壓式水位變送器；一臺(tái)就地云母水位計(jì)；一臺(tái)電接點(diǎn)水位計(jì)。三臺(tái)差壓式水位變送器的模擬量信號(hào)進(jìn)入DCS后用于汽包水位的自動(dòng)控制、聯(lián)鎖及保護(hù)。

0 FSSS系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

PROCONTROL P系統(tǒng)的鍋爐汽包水位保護(hù)直接通過(guò)鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）實(shí)現(xiàn)。圖1即為該系統(tǒng)的鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)保護(hù)柜布置圖。如圖1所示，鍋爐的保護(hù)模件柜共由四層模件構(gòu)成，我們把它分別稱為AA層、DA層、GA層和KA層。其中AA層、DA層、GA層分別布置了第一、二、三保護(hù)通道的模件，這三層中每一層模件的個(gè)數(shù)、槽位布置順序以及相對(duì)應(yīng)槽位的模件型號(hào)都完全相同，鍋爐FSSS保護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)三通道軟件邏輯也分別下載到這三層模件中，構(gòu)成了圖1所示的BOILER PROTECTION CHANNEL 1、2、3通道。此三層模件即完成了FSSS系統(tǒng)的信號(hào)測(cè)量輸入、保護(hù)邏輯判斷以及跳閘指令輸出的功能。KA層布置的模件則為跳閘設(shè)備的繼電器模件，這些模件將跳閘指令輸出模件的輸出信號(hào)再次組態(tài)為繼電器硬件回路上的三取二功能，最后再輸出給被跳閘設(shè)備的控制繼電器。

圖1 鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)保護(hù)柜布置圖

其中，模擬量信號(hào)輸入模件型號(hào)為81EA04/R1210，分別布置在 AA016/020、DA016/020、GA016/020槽位上，開關(guān)量信號(hào)輸入模件型號(hào)為83SR04/R1411，分別布置在AA044-064、DA044-064、GA044-064 槽 位上；保護(hù)邏輯判斷模件型號(hào)為83SR04/R1411，分別布置在 AA080-088、DA080-088、GA080-088槽位上；跳閘指令輸出模件型號(hào)也為83SR04/R1411，分別布置在AA044-052、DA044-052、GA044-052 槽位上；用于將跳閘指令再次進(jìn)行三取二硬件組態(tài)判斷的模件型號(hào)為81AR01/0100，分別布置在KA012-076槽位上。從以上我們可以看出，此系統(tǒng)的型號(hào)為83SR04/R1411的模件的功能十分廣泛，即可用作開關(guān)量信號(hào)輸入模件使用，也可用作開關(guān)量信號(hào)輸出模件使用，同時(shí)也具有邏輯運(yùn)算功能。

2 汽包水位測(cè)量硬件結(jié)構(gòu)

圖2即為三臺(tái)汽包水位變送器的其中一臺(tái)LT01的模擬量測(cè)量回路的示意圖。用于模擬量測(cè)量輸入信號(hào)的型號(hào)為81EA04/R1210的模件分別布置在AA016、DA016、GA016槽位上。LT01變送器由AA28槽位上的89XV01/R0100模件的第一通道FU01供電，分別串聯(lián)接入位于AA016、DA016、GA016三個(gè)模件的第一個(gè)測(cè)量通道FU01上。另外兩臺(tái)變送器LT02、LT03的接線方式與LT01基本相同，不同之處在于另外兩臺(tái)變送器分別接入到 AA016、DA016、GA016 三個(gè)模件的FU03、FU05通道當(dāng)中，供電模件89XV01/R0100的通道也相應(yīng)的使用的是DA028槽位上的FU03、GA028槽位上的FU05通道。

3 汽包水位控制邏輯策略

3.1 邏輯分配

圖2 汽包水位測(cè)量回路示意圖

圖3為該系統(tǒng)的汽包水位控制邏輯圖。圖中包括了鍋爐汽包水位第一、第二、第三通道的保護(hù)邏輯原理圖。這些邏輯被分別分配到鍋爐保護(hù)的三個(gè)通道模件中，這些模件的型號(hào)為83SR04/R1411，分別布置在AA080-088、DA080-088、GA080-088 槽位上。

如圖3所示，三臺(tái)水位變送器LT01、LT02、LT03分別接入到三個(gè)保護(hù)通道的模件當(dāng)中，定義的變量依次分別是XQ50、XQ51、XQ52，這三個(gè)變量又分別引入了相應(yīng)的汽包壓力信號(hào)、固定的溫度補(bǔ)償作為水位測(cè)量的修正。這些信號(hào)經(jīng)過(guò)PROCONTROL P14專用的汽包水位壓力溫度補(bǔ)償NIV軟件包得出的 變 量 分 別 為 F001CXQ50、F002CXQ50、F003CXQ50，這樣就在軟件邏輯中得到了九個(gè)汽包水位測(cè)量變量值，接下來(lái)的所有的汽包水位自動(dòng)調(diào)節(jié)邏輯、保護(hù)控制邏輯均直接使用這九個(gè)變量進(jìn)行相關(guān)的組態(tài)。

汽包壓力變送器的接線方式與水位變送器類似，同樣是一個(gè)變送器分別串聯(lián)接入三個(gè)保護(hù)通道的模件，其中間變量也分別與水位變送器的中間變量相對(duì)應(yīng)，并對(duì)水位變量進(jìn)行修正。

3.2 保護(hù)邏輯的實(shí)現(xiàn)

由三臺(tái)水位變送器的輸入信號(hào)得出的中間 變 量 LT01F001CXQ50、LT02F001CXQ50、LT03F001CXQ50分別經(jīng)過(guò)GRE限值功能塊后，可以輸出開關(guān)量信號(hào)。當(dāng)汽包水位達(dá)到保護(hù)動(dòng)作＋250mm或-250mm之后，三個(gè)GRE功能塊的輸出經(jīng)過(guò)B23三取二邏輯判斷后立即輸出給鍋爐主保護(hù)第一通道，發(fā)出MFT動(dòng)作指令，即圖示的"FIRSTOUT/MFT（HYH10EY300）"信號(hào)。同時(shí)，控制邏輯還向操作畫面發(fā)送一"首次輸出"FIRST OUT信號(hào)報(bào)警，以供運(yùn)行人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)及事后分析跳閘原因。同理，中間變量LT01F002XQ50、LT02F002XQ50、LT03F002XQ50 及LT01F003XQ50、LT02F003XQ50、LT03F003XQ50也分別經(jīng)過(guò)同樣的邏輯判斷與選擇處理：當(dāng)汽包水位達(dá)到保護(hù)動(dòng)作＋250mm或-250mm之后，GRE功能塊輸出限制開關(guān)量信號(hào)，形成鍋爐主保護(hù)的第二通道、第三通道保護(hù)邏輯。

由于鍋爐汽包水位保護(hù)的重要性，控制邏輯在硬件上也設(shè)計(jì)了保護(hù)模件的通道檢查邏輯：如果該保護(hù)通道上的模件三個(gè)輸入通道中有兩個(gè)通道出現(xiàn)了故障，判斷邏輯則認(rèn)為該模件已不可用，同樣發(fā)出該保護(hù)通道的鍋爐主保護(hù)跳閘指令。即如圖所示：在正常情況下，對(duì)于同一個(gè)變送器而言，由它產(chǎn)生的三個(gè) 中 間 變 量 F001CXQ50、F002CXQ50、F003CXQ50在數(shù)值上應(yīng)該是完全相同的。但是，如果其進(jìn)入主保護(hù)第一通道的變量F001CXQ50發(fā)生異常時(shí)，必將與另外兩個(gè)通道的變量 F002CXQ50、F003CXQ50產(chǎn)生偏差，此時(shí)邏輯選擇功能塊MVN的M1出口將會(huì)輸出一個(gè)與輸入信號(hào)相對(duì)應(yīng)的開關(guān)量，以此來(lái)證明主保護(hù)第一通道模件的第一個(gè)信號(hào)輸入通道已發(fā)生故障。同理，控制邏輯還將會(huì)對(duì)另外兩個(gè)變送器同樣進(jìn)入主保護(hù)第一通道模件的變量進(jìn)行判斷，如果這三個(gè)判斷結(jié)果中有兩個(gè)以上是故障的，則證明主保護(hù)第一通道的模件已經(jīng)不可用，控制邏輯發(fā)出該主保護(hù)通道跳閘的指令"PFAILED/M ALARM"。同理，主保護(hù)第二通道、第三通道也進(jìn)行相同的模件可用性檢查，如有故障則發(fā)出該通道主保護(hù)跳閘指令。以上檢查經(jīng)過(guò)三取二選擇后判斷鍋爐是否應(yīng)跳閘。

3.3 水位調(diào)節(jié)及報(bào)警邏輯的實(shí)現(xiàn)

為了提高系統(tǒng)的可靠性，鍋爐汽包水位自動(dòng)調(diào)節(jié)控制回路中的水位測(cè)量信號(hào)同樣分別取自不同的水位變送器，即中間變量LT01F001CXQ50、LT02F002CXQ50、LT03F003CXQ50經(jīng)過(guò)選擇判斷功能塊MVN、慣性環(huán)節(jié)PT1處理后送入汽包水位控制邏輯"Main FWCTLVV"/"LowLOADCTL VV"作為汽包水位的測(cè)量值。

另外，控制邏輯中還分別給出了三臺(tái)水位變送器之間的測(cè)量偏差報(bào)警信號(hào)"L MEAS DIF"，以及每臺(tái)變送器的水位報(bào)警信號(hào)"L/LL/VL/H/HH/VH報(bào)警"，以便提醒運(yùn)行人員及檢修人員采取相應(yīng)的措施。

4 保護(hù)跳閘指令的輸出

圖4 輸出設(shè)備跳閘指令原理圖

如圖4所示，該圖以現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備1208H42為例表示了PROCONTROL P系統(tǒng)的跳閘指令輸出原理：現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備1208H42的跳閘指令由第一、第二、第三通道跳閘指令輸出模件10CHE02AA044、DA044、GA044 輸出，輸出后的指令進(jìn)入到跳閘繼電器模件KA012、KA020、KA028，這三個(gè)繼電器模件又通過(guò)內(nèi)部繼電器組態(tài)成硬件上的三取二判斷邏輯后輸出1208H42 A X/YB91指令，該指令直接輸出給1208H42的停運(yùn)控制繼電器勵(lì)磁線圈。至此，整個(gè)回路的保護(hù)功能全部完成。

在此需要說(shuō)明的是，在鍋爐保護(hù)復(fù)位后，AA044、DA044、GA044 的輸出指令為"1"，即KA層的所有繼電器模件的各個(gè)內(nèi)部繼電器處于帶電狀態(tài)、其常開輔助接點(diǎn)處于接通狀態(tài)；由1208H42 A X/YB91輸出的指令線路也處于帶電狀態(tài)；1208H42的停運(yùn)控制繼電器勵(lì)磁線圈處于勵(lì)磁狀態(tài)、其常開輔助接點(diǎn)同樣處于接通狀態(tài)。這樣，當(dāng)鍋爐輸出跳閘指令時(shí)，跳閘繼電器模件內(nèi)部繼電器失電、接通的常開接點(diǎn)斷開，則1208H42的停運(yùn)繼電器失電，其接通的常開接點(diǎn)斷開、常閉接點(diǎn)閉合，保證設(shè)備安全停運(yùn)。這樣的設(shè)計(jì)思路充分保證了鍋爐主燃料跳閘后聯(lián)動(dòng)跳閘設(shè)備的可靠性，在保證安全的前提下充分避免了保護(hù)的拒動(dòng)。

5 結(jié)論

鍋爐汽包水位保護(hù)是熱工保護(hù)系統(tǒng)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，熟練掌握該系統(tǒng)的保護(hù)邏輯、控制方式對(duì)于保證設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行及維護(hù)有著重要的意義。本文是作者對(duì)于ABB公司PROCONTROL P DCS系統(tǒng)中關(guān)于FSSS及鍋爐汽包水位控制策略的一些認(rèn)識(shí)，希望能對(duì)從事電廠熱工控制尤其是鍋爐汽包水位控制方面工作的人員有一定的借鑒意義。

[1]ABB PROCONTROL P維護(hù)手冊(cè)[Z].德國(guó)-曼海姆 ，1999