1 引言
三河發電有限責任公司一期安裝2臺350MW日本三菱機組。DCS系統采用美國MCS公司的MAX1000 +PLUS分散控制系統。鍋爐保護系統由日本三菱公司(MHI)提供，由兩面控制柜組成，稱為鍋爐保護盤(BPP-Boiler Protection Panel)，鍋爐保護邏輯全部用繼電器實現。外系統的信號輸入和MFT的動作命令都經過這兩面盤柜進行邏輯運算。鍋爐保護包括:鍋爐手動打閘、汽包水位高低、爐膛壓力高低、鍋爐滅火、汽輪機跳閘、送風機全停、引風機全停、失去所有燃料、燃燒狀態不穩定、再熱器干燒、總風量低、爐水循環泵差壓低等十四項保護。
2 汽包水位保護系統分析
2.1 汽包水位及汽包壓力的測量
每臺機組共有4臺汽包壓力變送器(設備編號為HAG10CP001、HAG10CP002、HAG10CP003、HAG10CP004)，左右兩側各2臺;共有6臺汽包水位變送器(設備編號HAG10CL001、HAG10CL002、HAG10CL003、HAG10CL004、HAG10CL005、HAG10CL006)，左右兩側各3臺測量示意圖如圖1所示。
圖1 氣包壓力水位測量示意圖
2.2 原汽包水位調節及汽包水位保護情況
原汽包水位高、低保護的邏輯是這樣實現的:三個汽包水位變送器(HAG10CL003、HAG10CL004、HAG10CL005)和三個汽包壓力變送器(HAG10CP002、HAG10CP003、HAG10CP004)來的信號通過分配器一路接入機組轉換盤柜(UTP-Unit Transducer Panel)中,另一路接入DCS系統中。在機組轉換UTP盤柜(UTP)中，三個汽包水位變送器的信號經過三取中模件選擇出一個中間值，用三個汽包壓力變送器經過三取中模件選擇出的中間值信號在壓力修正模件中進行修正，得到的修正值和設定值在比較器中進行比較，如果修正值超過高或低設定值的范圍，則發出汽包水位高二值或汽包水位低二值保護信號到鍋爐保護盤柜(BPP)，使汽包水位高或汽包水位低保護繼電器動作，繼而發MFT停爐。既原汽包水位保護邏輯采用的是三取中邏輯。
原汽包水位保護模擬信號流程如圖2所示:
圖2 原汽包水位保護模擬信號流程
汽包水位信號用于調節情況是這樣的:由UTP到DCS的三個汽包水位信號(HAG10CL003、HAG10CL004、HAG10CL005)和三個汽包壓力信號(HAG10CP002、HAG10CP003、HAG10CP004)分別通過三取中運算后，再進行壓力修正運算;另三個就地到DCS的汽包水位信號(HAG10CL001、HAG10CL002、HAG10CL006)和一個就地到DCS的汽包壓力信號(HAG10CP001)及二個UTP到DCS的汽包壓力信號(HAG10CP002、HAG10CP003)分別通過三取中運算后，再進行壓力修正運算。這兩路經過壓力修正的水位信號取平均后，再參與PID調節運算，輸出執行信號到電泵和汽泵進行水位調節。
2.3 原汽包水位保護的問題
國家電力公司2000-9-28發布的《防止電力生產重大事故的二十五項重點要求》中<8防止鍋爐汽包滿水和缺水事故>第8.8.1條規定:鍋爐汽包水位高、低保護應采取獨立測量的三取二的邏輯判斷方式。而我廠原汽包水位保護邏輯采用三取中邏輯，這個邏輯實現過程和《防止電力生產重大事故的二十五項重點要求》中的規定不相符。三取二、三取中邏輯在概率統計上來說都比較先進，但在輸入信號有故障的情況下，三取二能自動進行邏輯轉換，而三取中則不能，存在發生誤動的隱患。另外，我廠冬季發生過汽包水位變送器因測量管路凍結而故障的情況，致使汽包水位保護不得不退出運行，嚴重影響機組的安全。
3 汽包水位保護三取二邏輯的實現
根據上述規定，初步計劃用原來的UTP盤中硬件設備搭接實現三取二邏輯，但由于UTP盤中用分配器、三取中模件、壓力修正模件、高低判斷模件通過硬線連接，形成汽包水位高二值或汽包水位低二值信號送到BPP中進行汽包水位保護繼電器邏輯運算，比較繁瑣，且分配器不能判斷變送器故障，繼而實現二取一、一取一邏輯切換，最后決定在DCS系統中實現，因為DCS系統可靠性高，且能對變送器來的4~20mADC信號進行分析繼而判斷變送器是否故障，便于邏輯實現。
改造方案內容包括:DCS輸入輸出點的配置;后加電纜的布置;汽包水位保護三取二邏輯判斷方式的實現;二取一;一取一邏輯的轉換;相關畫面的顯示;相關報警的輸出;改造后的檢驗措施等內容相關邏輯原理如圖3所示。
圖3 三取二邏輯原理
汽包水位保護三取二邏輯改造后模擬信號流程(參見下圖):三個汽包壓力信號(HAG10CP002、HAG10 CP003、HAG10CP004)在DCS系統中通過三取中運算后得到的值，分別對三個汽包水位信號(HAG10CL001、HAG10CL002、HAG10CL006)進行壓力修正運算，得到的修正值和設定值在DCS系統中進行比較運算，如果修正值超過高或低設定值的范圍，則形成汽包水位高二值或汽包水位低二值信號。
汽包水位保護三取二邏輯判斷，二取一、一取一邏輯轉換，及操作員畫面(CRT)相關報警輸出參見圖4所示。DCS系統對水位變送器進行故障判斷，當檢測到輸入信號有問題時則在CRT上發出報警。若三個變送器都沒有故障，則保護邏輯運行在三取二方式，且在CRT上發出相應報警輸出。若三個變送器都故障，則保護邏輯運行在保護退出方式，且在CRT上發出相應報警輸出。若有且只有二個變送器故障，則保護邏輯運行在一取一方式，且在CRT上發出相應報警輸出。若有且只有一個變送器故障，則保護邏輯運行在二取一方式，且在CRT上發出相應報警輸出。圖5為汽包水位低二值保護信號的形成。圖6為汽包水位高二值保護信號的形成。
圖4 邏輯轉換及操作員畫面(CRT)相關報警輸出
圖5 汽包水位低二值保護信號的形成
圖6 汽包水位高二值保護信號的形成
4 結束語
汽包水位保護的重要性不言而喻，通過在DCS系統中進行三取二邏輯的改造，有效防止水位保護拒動和誤動，避免事故的發生，確保機組長周期安全、穩定運行。另外，通過操作員畫面(CRT)上相關報警輸出能有效地監視保護運行的情況，一旦變送器出現故障，能及時發現進行處理，繼而對保護系統進行了及時有效的維護。
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