鍋爐汽包水位保護策略淺析

楊勇

(神華國華北京熱電設備維護部，北京 100025)

引言

神華國華北京熱電裝有兩臺德國ABB公司生產的DKEH－1DN31型200MW凝汽抽汽式汽輪機組、四臺哈爾濱鍋爐廠產HG-410/9.8-YM1型鍋爐。為提高供熱可靠性，每個單元設置為兩爐一機，兩臺機組于1999年底投產。鍋爐屬于高溫高壓鍋爐，每臺鍋爐設有三種水位計：三臺差壓式水位變送器；一臺就地云母水位計；一臺電接點水位計。三臺差壓式水位變送器的模擬量信號進入DCS后用于汽包水位的自動控制、聯鎖及保護。

0 FSSS系統硬件結構

PROCONTROL P系統的鍋爐汽包水位保護直接通過鍋爐爐膛安全監控系統（FSSS）實現。圖1即為該系統的鍋爐爐膛安全監控系統保護柜布置圖。如圖1所示，鍋爐的保護模件柜共由四層模件構成，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、三保護通道的模件，這三層中每一層模件的個數、槽位布置順序以及相對應槽位的模件型號都完全相同，鍋爐FSSS保護系統的保護三通道軟件邏輯也分別下載到這三層模件中，構成了圖1所示的BOILER PROTECTION CHANNEL 1、2、3通道。此三層模件即完成了FSSS系統的信號測量輸入、保護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再次組態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備的控制繼電器。

圖1 鍋爐爐膛安全監控系統保護柜布置圖

其中，模擬量信號輸入模件型號為81EA04/R1210，分別布置在 AA016/020、DA016/020、GA016/020槽位上，開關量信號輸入模件型號為83SR04/R1411，分別布置在AA044-064、DA044-064、GA044-064 槽 位上；保護邏輯判斷模件型號為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行三取二硬件組態判斷的模件型號為81AR01/0100，分別布置在KA012-076槽位上。從以上我們可以看出，此系統的型號為83SR04/R1411的模件的功能十分廣泛，即可用作開關量信號輸入模件使用，也可用作開關量信號輸出模件使用，同時也具有邏輯運算功能。

2 汽包水位測量硬件結構

圖2即為三臺汽包水位變送器的其中一臺LT01的模擬量測量回路的示意圖。用于模擬量測量輸入信號的型號為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，分別串聯接入位于AA016、DA016、GA016三個模件的第一個測量通道FU01上。另外兩臺變送器LT02、LT03的接線方式與LT01基本相同，不同之處在于另外兩臺變送器分別接入到 AA016、DA016、GA016 三個模件的FU03、FU05通道當中，供電模件89XV01/R0100的通道也相應的使用的是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 汽包水位測量回路示意圖

圖3為該系統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、第三通道的保護邏輯原理圖。這些邏輯被分別分配到鍋爐保護的三個通道模件中，這些模件的型號為83SR04/R1411，分別布置在AA080-088、DA080-088、GA080-088 槽位上。

如圖3所示，三臺水位變送器LT01、LT02、LT03分別接入到三個保護通道的模件當中，定義的變量依次分別是XQ50、XQ51、XQ52，這三個變量又分別引入了相應的汽包壓力信號、固定的溫度補償作為水位測量的修正。這些信號經過PROCONTROL P14專用的汽包水位壓力溫度補償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汽包水位測量變量值，接下來的所有的汽包水位自動調節邏輯、保護控制邏輯均直接使用這九個變量進行相關的組態。

汽包壓力變送器的接線方式與水位變送器類似，同樣是一個變送器分別串聯接入三個保護通道的模件，其中間變量也分別與水位變送器的中間變量相對應，并對水位變量進行修正。

3.2 保護邏輯的實現

由三臺水位變送器的輸入信號得出的中間 變 量 LT01F001CXQ50、LT02F001CXQ50、LT03F001CXQ50分別經過GRE限值功能塊后，可以輸出開關量信號。當汽包水位達到保護動作＋250mm或-250mm之后，三個GRE功能塊的輸出經過B23三取二邏輯判斷后立即輸出給鍋爐主保護第一通道，發出MFT動作指令，即圖示的"FIRSTOUT/MFT（HYH10EY300）"信號。同時，控制邏輯還向操作畫面發送一"首次輸出"FIRST OUT信號報警，以供運行人員及時發現及事后分析跳閘原因。同理，中間變量LT01F002XQ50、LT02F002XQ50、LT03F002XQ50 及LT01F003XQ50、LT02F003XQ50、LT03F003XQ50也分別經過同樣的邏輯判斷與選擇處理：當汽包水位達到保護動作＋250mm或-250mm之后，GRE功能塊輸出限制開關量信號，形成鍋爐主保護的第二通道、第三通道保護邏輯。

由于鍋爐汽包水位保護的重要性，控制邏輯在硬件上也設計了保護模件的通道檢查邏輯：如果該保護通道上的模件三個輸入通道中有兩個通道出現了故障，判斷邏輯則認為該模件已不可用，同樣發出該保護通道的鍋爐主保護跳閘指令。即如圖所示：在正常情況下，對于同一個變送器而言，由它產生的三個 中 間 變 量 F001CXQ50、F002CXQ50、F003CXQ50在數值上應該是完全相同的。但是，如果其進入主保護第一通道的變量F001CXQ50發生異常時，必將與另外兩個通道的變量 F002CXQ50、F003CXQ50產生偏差，此時邏輯選擇功能塊MVN的M1出口將會輸出一個與輸入信號相對應的開關量，以此來證明主保護第一通道模件的第一個信號輸入通道已發生故障。同理，控制邏輯還將會對另外兩個變送器同樣進入主保護第一通道模件的變量進行判斷，如果這三個判斷結果中有兩個以上是故障的，則證明主保護第一通道的模件已經不可用，控制邏輯發出該主保護通道跳閘的指令"PFAILED/M ALARM"。同理，主保護第二通道、第三通道也進行相同的模件可用性檢查，如有故障則發出該通道主保護跳閘指令。以上檢查經過三取二選擇后判斷鍋爐是否應跳閘。

3.3 水位調節及報警邏輯的實現

為了提高系統的可靠性，鍋爐汽包水位自動調節控制回路中的水位測量信號同樣分別取自不同的水位變送器，即中間變量LT01F001CXQ50、LT02F002CXQ50、LT03F003CXQ50經過選擇判斷功能塊MVN、慣性環節PT1處理后送入汽包水位控制邏輯"Main FWCTLVV"/"LowLOADCTL VV"作為汽包水位的測量值。

另外，控制邏輯中還分別給出了三臺水位變送器之間的測量偏差報警信號"L MEAS DIF"，以及每臺變送器的水位報警信號"L/LL/VL/H/HH/VH報警"，以便提醒運行人員及檢修人員采取相應的措施。

4 保護跳閘指令的輸出

圖4 輸出設備跳閘指令原理圖

如圖4所示，該圖以現場設備1208H42為例表示了PROCONTROL P系統的跳閘指令輸出原理：現場設備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，輸出后的指令進入到跳閘繼電器模件KA012、KA020、KA028，這三個繼電器模件又通過內部繼電器組態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的停運控制繼電器勵磁線圈。至此，整個回路的保護功能全部完成。

在此需要說明的是，在鍋爐保護復位后，AA044、DA044、GA044 的輸出指令為"1"，即KA層的所有繼電器模件的各個內部繼電器處于帶電狀態、其常開輔助接點處于接通狀態；由1208H42 A X/YB91輸出的指令線路也處于帶電狀態；1208H42的停運控制繼電器勵磁線圈處于勵磁狀態、其常開輔助接點同樣處于接通狀態。這樣，當鍋爐輸出跳閘指令時，跳閘繼電器模件內部繼電器失電、接通的常開接點斷開，則1208H42的停運繼電器失電，其接通的常開接點斷開、常閉接點閉合，保證設備安全停運。這樣的設計思路充分保證了鍋爐主燃料跳閘后聯動跳閘設備的可靠性，在保證安全的前提下充分避免了保護的拒動。

5 結論

鍋爐汽包水位保護是熱工保護系統中的一項重要內容，熟練掌握該系統的保護邏輯、控制方式對于保證設備的安全穩定運行及維護有著重要的意義。本文是作者對于ABB公司PROCONTROL P DCS系統中關于FSSS及鍋爐汽包水位控制策略的一些認識，希望能對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維護手冊[Z].德國-曼海姆 ，1999