600 MW機組凝汽器水位測量及保護可靠性完善

柴 赟

(廣東粵電靖海發電有限公司，廣東 揭陽 515223)

1 差壓水位的測量原理

目前，廣東粵電靖海發電有限公司1，2號機組凝汽器熱井水位采用間接測量法，即通過測量水位差壓得到水位高度。

現場水位測量裝置采用2套差壓變送器，其工作原理如圖1所示。變送器高壓側連接1個液面恒定的測量桶(平衡容器)，低壓側連接需要測量液位的容器的底部。當容器內部的水位發生變化，變送器的差壓就隨之變化。依據液位高度與壓強的關系ΔP=ρgΔh，差壓與液位高度差呈線性關系，只要測量差壓就可以換算水位高度。實際布置管路會因為現場情況變得更加復雜。

圖1 凝汽器水位差壓測量原理

2 差壓水位測量方式現狀

2.1 取樣點布置不合理

凝汽器水位測量裝置僅有1對高、低壓取樣口，各經1條總管引出后在測量裝置處一分為二，分別送至2臺差壓變送器。此種取樣方式須在凝汽器熱井上開口再用一次門隔離，造成取樣口少，這對防止真空泄漏有一定作用，也可防止出現2套測量裝置測量水位不一致的情況，但是不利于測量多點取樣的合理實施，存在因測點不足導致保護誤動作的風險。

一旦出現變送器故障、取樣管路堵塞或是密封不良等情況，2套測量裝置將同時測不到正常液位，遠方畫面將無法監視凝汽器液位，同時邏輯保護將存在誤動作和拒動作風險。

2.2 差壓裝置管路漏真空風險大

差壓測量裝置安裝在凝汽器下方6 m處，管路布置較長且經過一次門和二次門后，進入變送器接口。由于隔離閥門使用卡套而非焊接形式，造成管路和變送器連接環節都存在真空泄漏風險。

一次變送器校驗后，由于安裝不嚴密，將造成管路微量泄漏真空。若1套測量裝置的引壓管進入了空氣，在8 h內變送器差壓會發生緩慢變化，造成一個水位測量值緩慢升高。由于管程長、環節多，采用正壓管路查漏方法將無法查找負壓管路泄漏點，若管路真空泄漏非常輕微，則查找漏點工作將變得異常困難。

2.3 差壓變送器檢修維護風險大

在某次查漏過程中，采用真空倒吸辦法排空，在變送器排污口處引水，經取樣口吸入凝汽器。經過倒吸排空后液位測量恢復正常，但存在以下問題和風險。

(1) 在一個水位變送器排空氣過程中，另一個變送器受到共用取樣管路影響而無法監視到凝汽器水位，需要運行人員就地監視液位，供集控操作人員參考。

(2) 凝汽器液位低于200 mm，跳閘凝結水泵保護失效。同時，無法滿足1臺凝結水泵故障跳閘連鎖啟動備用泵的允許條件之一：“凝汽器液位高于800 mm”，即在凝結水泵連鎖啟動條件觸發的緊急情況下，無法啟動備用凝結水泵，造成事故擴大化。

(3) 在機組運行期間，水位測量裝置不能長時間處于故障檢修狀態，不能長時間失去凝汽器水位監測。

3 保護邏輯存在的問題

凝汽器水位信號的邏輯處理及涉及的保護邏輯存在以下問題。

(1) 目前，凝汽器水位信號在DCS邏輯中取平均值作為邏輯保護信號源，當一個測量裝置出現偏差或壞點等情況時，則需要操作人員及時發現偏差報警，手動選擇另一個測點。此種情況下即成為單點監視和保護，風險較高。

(2) 凝結水泵的啟、停邏輯信號不合理，不符合《防止電力生產事故的二十五項重點要求》中“所有重要的主、輔機保護都應采用‘3取2’的邏輯判斷方式”的要求。

目前，該廠凝結水泵的啟動允許條件為：“2個凝汽器水位測量平均值超過800 mm，凝汽器液位正常，允許凝結水泵啟動；2個凝汽器水位測量平均值低于200 mm，跳閘凝結水泵。”凝結水泵作為凝結水系統的重要設備，由于低水位保護在硬件布置和邏輯設計上的安全性不高，當水位信號異常時，將嚴重威脅保護的可靠性。

由于凝汽器水位測點的安裝布局和邏輯設計以及測量裝置均不能滿足凝結水泵安全運行的要求，保護可靠性不足，因此必須在測量方式、測量裝置以及邏輯信號處理完善化方面予以改善。

4 凝汽器水位測量及信號邏輯改進

4.1 水位測量方式改進

針對當前差壓變送器測量方式存在安全性不足，且取樣點僅有1個的情況，采取增加凝汽器水位測點以及改變水位測量方式的措施，將水位差壓變送器的間接測量方式改為直接測量。

4.1.1 增加凝汽器水位測點

在凝汽器熱井的一側再增開2個測量孔，縮短取樣管路管程。將3個取樣點引出的凝汽器水位測量信號分別送入DCS通道，供遠程畫面顯示和操作人員參考，并作為相關邏輯的信號處理源。

4.1.2 更改水位測量裝置

經過對多種水位測量裝置優缺點比較以及測量環境、測量對象的多方面論證，針對差壓水位測量裝置在運行中存在的安全缺陷和檢修風險，決定將原有的差壓變送器拆除，凝汽器熱井一側共計3個取樣口，各安裝1臺導波雷達式測量裝置。引出管采用焊接方式連接隔離閥門和測量裝置，從根本上杜絕真空泄漏，也為單個裝置檢修提供可靠的隔離手段，并從測點數量和測量方式上為水位測量和邏輯保護提供了有力的安全保障。

4.2 水位信號處理邏輯的完善

涉及凝汽器水位信號的主要控制對象是凝汽器水位調節閥和凝結水泵。水位模擬信號引入凝汽器水位調節閥控制邏輯，作為水位控制調節閥門單回路PID調節的依據；水位模擬信號轉換為開關信號，作為連鎖啟動凝結水泵允許信號和凝汽器水位低跳閘凝結水泵的保護信號。

水位模擬信號采用“3取中”的邏輯處理作為自動調節信號引入邏輯。將3個凝汽器水位模擬量信號取中值送至凝汽器水位調節閥控制邏輯，同時送入相關設備的邏輯控制通道，避免了單個取樣口測量水位造成的風險。同時，單套或2套測量裝置檢修時不影響正常的水位監測和相關設備控制，給凝汽器相關設備的控制安全性和檢修工作實施提供了有力的保障。

將3個水位模擬信號分別進行低值判斷，再進行“3取2”處理引入凝結水泵保護邏輯。3個模擬量水位信號至少出現2個水位低于200 mm信號，才會觸發凝結水泵低水位跳閘保護，有效地避免了凝結水泵低水位保護誤動作，提高了該重要保護的可靠性。將水位模擬信號經過開關量轉換提供給凝結水泵連鎖啟動和保護跳閘的邏輯回路，大大提高了保護的可靠性，達到了“二十五項重點措施”要求。

5 改造效果

在凝汽器熱井水位測量裝置改造以及水位信號邏輯優化后，凝結水泵及相關設備運行的調節和保護信號可靠性得到了很大改善。導波雷達測量裝置密封性能良好，3套水位測量裝置運行穩定，使用壽命長，測量信號與就地雙色水位計顯示偏差小于1 cm，符合裝置測量誤差要求。自改造以來，3臺水位測量裝置未出現故障情況，維護工作量小，檢修難度大大降低，達到了正常調節要求，凝汽器水位低保護可靠性得到了有效提高。