300 MW燃煤機組FSSS改造

朱 靜，崔超超，肖 勝

(1.四川廣安發電有限公司，四川廣安 638500;2.西安熱工研究院有限公司，陜西西安 710032)

0 概述

鍋爐的爐膛安全監視系統(furnace safety supervision system，FSSS)，是現代大型火電機組鍋爐所必須具備的一種安全監控系統，主要承擔鍋爐爐膛安全監控和燃燒系統管理兩大任務，是鍋爐安全運行的保證。廣安電廠31號機組建于1997，1999年并網發電，其使用的DCS系統至今已有十幾年之久。卡件電子元器件老化嚴重，大小故障時有發生;備品備件購買困難。隨著電力生產的進一步進行，DCS系統的安全可靠性已成為機組穩定運行的重大障礙，廣安發電有限公司決定于2011年大修期間對DCS系統進行全面改造，這里僅對FSSS系統改造情況進行技術總結。

1 硬件系統分析

廣安電廠31號機組FSSS系統共有五面柜子組成，MFT主保護沒有獨立的機柜，MFT主保護由MFT跳閘繼電器板BBPR01－11塊，BBPR01－22塊完成，安裝在30號柜中。

首先，隨著電子信息技術的飛速發展，現代DCS系統完全可以做到模件和端子板合二為一，無需單獨的端子柜。此次改造采用艾默生公司的OVATION3.2系統，正是體現了這一點。OVATION系統的硬件模件分為特性模件和電子模件，現場輸入由特性模塊提供浪涌保護和路由，然后發送到電子模塊進行轉換。電子模塊完成信號調節和模數轉換;同時，新系統的所有模件均在內部實現了信號的隔離和過流過壓保護，可靠性和易用性相比老系統均有顯著提高;經過此次改造FSSS部分由原來五面柜子降為三面柜子。除此之外，新的模件還具有封裝良好、防塵能力強、安裝快捷方便、組態簡單、操作和維護成本低等其他優點。

其次，OVATION系統MFT主保護柜的設計相對改造前的老系統有明顯改善。原來系統的主保護柜跟普通控制柜沒有明顯的區分，由三塊繼電器板組成，電源取自DCS24VDC。BBPR01－1繼電器板上有A、B兩組共6路干接點開關量輸入。A組的3路輸入信號來自MFT的邏輯輸出，B組的3路輸入信號來自手動MFT按鈕;這兩組輸入信號分別通過三個繼電器實現3取2邏輯判斷后去驅動一個MFT判斷繼電器，該判斷繼電器的輸出作為BBPR01－1的輸出信號;BBPR01－2根據BBPR01－1的輸出向現場擴展輸出16路常開或常閉干接點數字信號［1］。跳閘繼電器輸出設計為失電動作，動作繼電器為單穩態繼電器，即:邏輯判斷MFT信號或者操作臺按鈕復位，硬回路動作消失。

圖1 ABB系統MFT跳閘BBPR01－1板

原來DCS系統的MFT電路板的設計無疑具有其獨創性。但是也暴露出設計上的某些瑕疵。比如主保護柜跟普通的控制柜混在一起，其電源系統取自控制柜電源，經控制柜轉換得到5 V和24 V，這些設計都沒有體現出鍋爐主保護的重要性;跳閘回路采用電路板搭載固態繼電器，防塵能力差，隨著機組運行時間進一步加長，元器件持續老化，電子線路抗干擾能力持續下降，這樣的設計可靠性已經大為降低。

此次改造采用OVATION系統的繼電器柜。其繼電器柜獨立于DCS普通控制柜，在設計時充分考慮到了組裝、檢修維護的易用性和可靠性，全部電路采用繼電器搭接而成，原理清晰明白(原理圖見圖2)，實際電路簡單易用，并且充分做到了軟硬件的上下統一。繼電器電源直接取自廠直流110 V電源，提供了最高級別的安全電源。硬件電路仍采用兩路3取2設計，1路來自DCS邏輯判斷，1路來自操作盤按鈕，主繼電器采用雙穩態繼電器，動作之后必須由DCS復位指令復位才能消除動作信號。復位回路中又串入動作繼電器的閉接點，防止在有硬回路動作的情況下DCS復位MFT。電源故障信號僅作為DCS報警顯示。總體設計為帶電跳閘，鍋爐吹掃完成脈沖來同時復位軟硬回路的MFT動作。

2 軟件系統分析

廣安電廠31號機組的鍋爐為亞臨界自然循環汽包鍋爐，一次再熱、單爐膛、平衡通風、半露天п型布置、全鋼懸吊構架、固態排渣。燃用廣安混煤，分設計煤種和校核煤種Ⅰ、Ⅱ。點火為二級點火，即高能點火器點輕油，由輕油點燃煤粉，點火及助燃用油為0號輕柴油。鍋爐配套的制粉系統為鋼球磨中間儲倉制熱風送粉系統，配置4臺DTM350/700鋼球磨煤機。燃燒器采用四角切圓直流式。

機組原FSSS邏輯嚴謹可靠，這里僅對機組改造前后由于DCS硬件不同導致邏輯的不同作出總結。

2.1 鍋爐主保護

基本遵照原先的設計。主要包括:

1)運行人員跳閘(MFT按鈕3選2，2 s脈沖);

圖2 OVATION系統MFT跳閘原理圖

2)蒸汽無通道;當汽機跳閘且鍋爐負荷＞40%產生MFT。當汽機跳閘且鍋爐負荷＜40%，延時10 s后，如果高旁門或低旁門未打開，則發生MFT跳閘。如果高旁門和低旁門均打開，不發生MFT跳閘;

3)爐膛壓力高高，3選2，延時2 s;

4)爐膛壓力低低，3選2，延時2 s;

5)汽包水位高高，3選2，延時10 s;

6)汽包水位低低，3選2，延時10 s;

7)兩臺送風機均停，延時2 s;

8)兩臺引風機均停，延時2 s;

9)兩臺空預器均停，延時5 s;

10)火檢冷卻風壓力低低，延時600 s;

11)總風量＜30%，延時10 s;

12)延時點火:MFT復位后，在600 s之內爐膛沒有建立第一個火焰;13)失去所有燃料(進油快關閥全關且所有油角閥全關，且所有煤層停止，且有燃燒器投運記憶，即在停爐時不認為失去全部燃料;

14)失去全部火焰，每層4個火檢中，若有3個顯示無火，即為該層無火。若所有層均顯示無火，即為失去全部火焰MFT跳閘;

15)一次風機跳閘且任一煤層投運，延時25 s;

16)MFT繼電器已動作。

此次因為MFT柜子發生了重大變化，原先的FSSS電源故障必須做出改動;原先的MFT設計為失電跳閘，在MFT繼電器板出現問題或者DCS全部失電時，MFT直接動作。這樣的設計能起到在DCS失電時，硬后備仍能停爐的作用。在軟件邏輯里將MFT跳閘繼電器的一副接點采樣進來和無MFT的指令相與判斷為FSSS電源故障，做到MFT動作的軟硬統一。但此次如果仍按照原先的設計，就會出現問題。因為OVATION系統MFT柜設計為帶電跳閘。MFT柜失電后跳閘繼電器不會動作。所以此次為了做到MFT動作的軟硬統一，將此條邏輯修改為MFT已動作信號(脈沖)。

2.2 油槍點火

油槍點火邏輯，原先的層次不夠清晰。在油槍單角程控啟動操作中，將油槍點火槍同時進，并且同時打火，這樣的設計雖然能在點火之初，或者緊急情況下快速投入油槍，但在其中一個設備故障情況下，效果并不太理想。此次改造優化了油槍的程控步序，進油槍，進點火槍，打火，開油閥［2］，任一步驟有故障即退出程控，這樣在時間上不輸于原先的邏輯，同時也保證了故障情況下設備能及早退出。

3 調試中遇到的問題及處理

FSSS部分的系統調試貫穿于整個機組DCS改造的全過程，在調試中發現了些非常典型的故障。在此對這些一一做出分析。

首先，在31號機組建設過程中，原MFT硬回路系統設計不太完善，沒有觸點容量大，專門驅動6 kV電機的直流繼電器，采用了如圖3所示，小繼電器帶大繼電器的方案完成6 kV電機的MFT動作。圖3中A1節點為DCS輸出MFT信號，A3為操作臺手動MFT。這樣的設計對于在DCS失電的情況下，操作臺的手動MFT實際是起不到硬后備作用的。因為繼電器柜的電源同樣依賴于DCS，在DCS失電的情況下，圖3中K2繼電器是不能帶電的。雖然這樣的設計是有缺陷的，但是對于驅動能力有限的MFT動作小繼電器來說，也許當時只能通過這樣的方式完成硬手操MFT的動作。

圖3 老系統驅動大電機繼電器方案

此次改造OVATION系統的MFT硬回路完全可以滿足這方面的要求。如圖4中，A3操作臺手動MFT直接去驅動MFT柜內的動作繼電器，因為MFT柜內動作繼電器電源取自110 V直流系統，即使DCS全部失電，操作臺手動MFT仍能夠通過新系統安全停爐，這樣極大地提高了機組的安全水平，使得MFT硬回路動作完全獨立于DCS系統，真正實現了MFT動作的硬后備，消除了機組的安全隱患。

圖4 OVATION系統驅動大電機繼電器方案

其次，在油槍調試中也有些小優化。由于設備老化，油角三用閥在吹掃位置已經不能保持很長時間(原設計為30 s)，這樣使得每次程控停止油角，都存在無法退出油槍的問題。經過多次實踐，對吹掃時間稍微做了些調整，優化了油角的程停邏輯，使得程控操作簡單實用，降低了運行人員的勞動強度。在RB投油方面，也根據實際情況優化了自動投入BC層油的程序。主要體現在RB發生時，BC層油的順控程序能自動走兩遍，這樣可以避免RB工況時突然投油，很多油槍點火槍存在卡澀導致油角跳閘不能投入油角的問題，增強了RB工況時機組的響應能力，使得BC層油槍能在RB工況時盡可能多的起到助燃鍋爐的作用。

4 結語

廣安31號機FSSS系統改造，從安裝接線、調試點火到并網發電，全部工作歷時35 d。31號機FSSS系統改造完成后，徹底解決了原老系統存在的設備老化、抗干擾能力差、故障率高、運行風險大等問題;同時在軟硬件設計方面又盡量做到與原先的設計保持一致，操作習慣保持一致。在個別軟件邏輯方面又做出了優化，提高了機組的控制水平。這些工作的完成都為以后機組安全穩定繼續運行打下了堅實的基礎。

［1］周姚芳.三種典型MFT控制回路可靠性探討［J］.浙江電力，2009(4):48－51.

［2］DL/T 1091－2008，火力發電廠鍋爐爐膛安全監控系統技術規程［S］.