锅炉汽包水位保护策略浅析

杨勇

(神华国华北京热电设备维护部，北京 100025)

引言

神华国华北京热电装有两台德国ABB公司生产的DKEH－1DN31型200MW凝汽抽汽式汽轮机组、四台哈尔滨锅炉厂产HG-410/9.8-YM1型锅炉。为提高供热可靠性，每个单元设置为两炉一机，两台机组于1999年底投产。锅炉属于高温高压锅炉，每台锅炉设有三种水位计：三台差压式水位变送器；一台就地云母水位计；一台电接点水位计。三台差压式水位变送器的模拟量信号进入DCS后用于汽包水位的自动控制、联锁及保护。

0 FSSS系统硬件结构

PROCONTROL P系统的锅炉汽包水位保护直接通过锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）实现。图1即为该系统的锅炉炉膛安全监控系统保护柜布置图。如图1所示，锅炉的保护模件柜共由四层模件构成，我们把它分别称为AA层、DA层、GA层和KA层。其中AA层、DA层、GA层分别布置了第一、二、三保护通道的模件，这三层中每一层模件的个数、槽位布置顺序以及相对应槽位的模件型号都完全相同，锅炉FSSS保护系统的保护三通道软件逻辑也分别下载到这三层模件中，构成了图1所示的BOILER PROTECTION CHANNEL 1、2、3通道。此三层模件即完成了FSSS系统的信号测量输入、保护逻辑判断以及跳闸指令输出的功能。KA层布置的模件则为跳闸设备的继电器模件，这些模件将跳闸指令输出模件的输出信号再次组态为继电器硬件回路上的三取二功能，最后再输出给被跳闸设备的控制继电器。

图1 锅炉炉膛安全监控系统保护柜布置图

其中，模拟量信号输入模件型号为81EA04/R1210，分别布置在 AA016/020、DA016/020、GA016/020槽位上，开关量信号输入模件型号为83SR04/R1411，分别布置在AA044-064、DA044-064、GA044-064 槽 位上；保护逻辑判断模件型号为83SR04/R1411，分别布置在 AA080-088、DA080-088、GA080-088槽位上；跳闸指令输出模件型号也为83SR04/R1411，分别布置在AA044-052、DA044-052、GA044-052 槽位上；用于将跳闸指令再次进行三取二硬件组态判断的模件型号为81AR01/0100，分别布置在KA012-076槽位上。从以上我们可以看出，此系统的型号为83SR04/R1411的模件的功能十分广泛，即可用作开关量信号输入模件使用，也可用作开关量信号输出模件使用，同时也具有逻辑运算功能。

2 汽包水位测量硬件结构

图2即为三台汽包水位变送器的其中一台LT01的模拟量测量回路的示意图。用于模拟量测量输入信号的型号为81EA04/R1210的模件分别布置在AA016、DA016、GA016槽位上。LT01变送器由AA28槽位上的89XV01/R0100模件的第一通道FU01供电，分别串联接入位于AA016、DA016、GA016三个模件的第一个测量通道FU01上。另外两台变送器LT02、LT03的接线方式与LT01基本相同，不同之处在于另外两台变送器分别接入到 AA016、DA016、GA016 三个模件的FU03、FU05通道当中，供电模件89XV01/R0100的通道也相应的使用的是DA028槽位上的FU03、GA028槽位上的FU05通道。

3 汽包水位控制逻辑策略

3.1 逻辑分配

图2 汽包水位测量回路示意图

图3为该系统的汽包水位控制逻辑图。图中包括了锅炉汽包水位第一、第二、第三通道的保护逻辑原理图。这些逻辑被分别分配到锅炉保护的三个通道模件中，这些模件的型号为83SR04/R1411，分别布置在AA080-088、DA080-088、GA080-088 槽位上。

如图3所示，三台水位变送器LT01、LT02、LT03分别接入到三个保护通道的模件当中，定义的变量依次分别是XQ50、XQ51、XQ52，这三个变量又分别引入了相应的汽包压力信号、固定的温度补偿作为水位测量的修正。这些信号经过PROCONTROL P14专用的汽包水位压力温度补偿NIV软件包得出的 变 量 分 别 为 F001CXQ50、F002CXQ50、F003CXQ50，这样就在软件逻辑中得到了九个汽包水位测量变量值，接下来的所有的汽包水位自动调节逻辑、保护控制逻辑均直接使用这九个变量进行相关的组态。

汽包压力变送器的接线方式与水位变送器类似，同样是一个变送器分别串联接入三个保护通道的模件，其中间变量也分别与水位变送器的中间变量相对应，并对水位变量进行修正。

3.2 保护逻辑的实现

由三台水位变送器的输入信号得出的中间 变 量 LT01F001CXQ50、LT02F001CXQ50、LT03F001CXQ50分别经过GRE限值功能块后，可以输出开关量信号。当汽包水位达到保护动作＋250mm或-250mm之后，三个GRE功能块的输出经过B23三取二逻辑判断后立即输出给锅炉主保护第一通道，发出MFT动作指令，即图示的"FIRSTOUT/MFT（HYH10EY300）"信号。同时，控制逻辑还向操作画面发送一"首次输出"FIRST OUT信号报警，以供运行人员及时发现及事后分析跳闸原因。同理，中间变量LT01F002XQ50、LT02F002XQ50、LT03F002XQ50 及LT01F003XQ50、LT02F003XQ50、LT03F003XQ50也分别经过同样的逻辑判断与选择处理：当汽包水位达到保护动作＋250mm或-250mm之后，GRE功能块输出限制开关量信号，形成锅炉主保护的第二通道、第三通道保护逻辑。

由于锅炉汽包水位保护的重要性，控制逻辑在硬件上也设计了保护模件的通道检查逻辑：如果该保护通道上的模件三个输入通道中有两个通道出现了故障，判断逻辑则认为该模件已不可用，同样发出该保护通道的锅炉主保护跳闸指令。即如图所示：在正常情况下，对于同一个变送器而言，由它产生的三个 中 间 变 量 F001CXQ50、F002CXQ50、F003CXQ50在数值上应该是完全相同的。但是，如果其进入主保护第一通道的变量F001CXQ50发生异常时，必将与另外两个通道的变量 F002CXQ50、F003CXQ50产生偏差，此时逻辑选择功能块MVN的M1出口将会输出一个与输入信号相对应的开关量，以此来证明主保护第一通道模件的第一个信号输入通道已发生故障。同理，控制逻辑还将会对另外两个变送器同样进入主保护第一通道模件的变量进行判断，如果这三个判断结果中有两个以上是故障的，则证明主保护第一通道的模件已经不可用，控制逻辑发出该主保护通道跳闸的指令"PFAILED/M ALARM"。同理，主保护第二通道、第三通道也进行相同的模件可用性检查，如有故障则发出该通道主保护跳闸指令。以上检查经过三取二选择后判断锅炉是否应跳闸。

3.3 水位调节及报警逻辑的实现

为了提高系统的可靠性，锅炉汽包水位自动调节控制回路中的水位测量信号同样分别取自不同的水位变送器，即中间变量LT01F001CXQ50、LT02F002CXQ50、LT03F003CXQ50经过选择判断功能块MVN、惯性环节PT1处理后送入汽包水位控制逻辑"Main FWCTLVV"/"LowLOADCTL VV"作为汽包水位的测量值。

另外，控制逻辑中还分别给出了三台水位变送器之间的测量偏差报警信号"L MEAS DIF"，以及每台变送器的水位报警信号"L/LL/VL/H/HH/VH报警"，以便提醒运行人员及检修人员采取相应的措施。

4 保护跳闸指令的输出

图4 输出设备跳闸指令原理图

如图4所示，该图以现场设备1208H42为例表示了PROCONTROL P系统的跳闸指令输出原理：现场设备1208H42的跳闸指令由第一、第二、第三通道跳闸指令输出模件10CHE02AA044、DA044、GA044 输出，输出后的指令进入到跳闸继电器模件KA012、KA020、KA028，这三个继电器模件又通过内部继电器组态成硬件上的三取二判断逻辑后输出1208H42 A X/YB91指令，该指令直接输出给1208H42的停运控制继电器励磁线圈。至此，整个回路的保护功能全部完成。

在此需要说明的是，在锅炉保护复位后，AA044、DA044、GA044 的输出指令为"1"，即KA层的所有继电器模件的各个内部继电器处于带电状态、其常开辅助接点处于接通状态；由1208H42 A X/YB91输出的指令线路也处于带电状态；1208H42的停运控制继电器励磁线圈处于励磁状态、其常开辅助接点同样处于接通状态。这样，当锅炉输出跳闸指令时，跳闸继电器模件内部继电器失电、接通的常开接点断开，则1208H42的停运继电器失电，其接通的常开接点断开、常闭接点闭合，保证设备安全停运。这样的设计思路充分保证了锅炉主燃料跳闸后联动跳闸设备的可靠性，在保证安全的前提下充分避免了保护的拒动。

5 结论

锅炉汽包水位保护是热工保护系统中的一项重要内容，熟练掌握该系统的保护逻辑、控制方式对于保证设备的安全稳定运行及维护有着重要的意义。本文是作者对于ABB公司PROCONTROL P DCS系统中关于FSSS及锅炉汽包水位控制策略的一些认识，希望能对从事电厂热工控制尤其是锅炉汽包水位控制方面工作的人员有一定的借鉴意义。

[1]ABB PROCONTROL P维护手册[Z].德国-曼海姆 ，1999