汽包水位三取二保护逻辑优化研究

孙乐民，甘天保

(东华热电有限公司，内蒙古包头014040)

文献［1］第8.8.1条规定:“锅炉汽包水位高、低水位保护应采取独立测量的三取二逻辑判断方式。当有一点因某种原因须退出运行时，应自动转为二取一的逻辑判断方式，并办理审批手续，限期(不宜超过8 h)恢复;当有二点因某种原因须退出运行时，应自动转为一取一的逻辑判断方式，应制定相应的安全运行措施，经总工程师批准，限期(8 h以内)恢复，如逾期不能恢复，应立即停止锅炉运行”。

三取二逻辑判断方式已经在汽包水位保护逻辑中得以应用，但目前尚未实现自动转为二取一或一取一逻辑判断的功能［2，3］。因此按照二十五项反措要求，我公司2台机组需要进行汽包水位保护的逻辑优化，即水位保护逻辑判断中增设自动转为二取一或一取一逻辑判断的功能。

1 汽包水位测量系统介绍

汽包水位监控保护测量系统通常包括1套就地水位表和3套差压水位计，该测量系统设备及其相应的安装位置均由锅炉厂提供。汽包水位测量装置按照测量原理分为两种:带工业电视的云母水位计两套，测点取自汽包左右端部;单室平衡室容器的差压变送器共三套，三套用于汽包水位的自动调节和MFT保护，测点同样取自汽包左右端部［4］。

1.1 3个信号三取二逻辑

把3个相互独立的汽包水位测点生成的高、低限值信号，分别进行三取二逻辑运算，来实现汽包水位高、低的保护输出触发MFT保护，其原理示意见图1。

图1 三个水位信号三取二保护逻辑图

当3个值均为好值时，如果3个中有2个达到保护值，则会发出生MFT指令停炉停机;当3个值中有1个坏点时，只有其他2个均达到保护值，才会发出MFT指令停炉停机;当3个值中有2个坏点时，在第3个达到保护动作值时，发出MFT指令停炉停机［5］。

1.2 3个信号三取中逻辑

3个汽包水位差压变送器测量信号经过压力、温度补偿后，利用DCS的三取中模块，取出中值。该中值即做水位调节用，也做水位保护用，经3个高(低)限报警模块，转换出3个高三值(低三值)信号，分3路信号分别送入FSSS系统的3块开关量输入模块，然后进行三取二逻辑，作为MFT的条件(逻辑框图见图2)。此种方法不满足独立三取二逻辑的要求，3个高三值(低三值)信号其实只有1个，并且有测点质量坏以后，其二取一逻辑上有缺陷，一般三取中逻辑在有1个质量坏以后，剩下的二个无非是二取低，二取均值和二取高，无论哪种算法，都无法实现2个正常的信号中有1个值超限，即保护动作的逻辑［5］。

图2 三个水位信号三取中保护逻辑图

汽包水位监控的任务是:将水位准确控制在0线附近，使饱和蒸汽品质最佳;当发现事故水位时手动或自动停炉。用于水位调节和锅炉MFT保护的三套差压式水位计测量的准确性和可靠性直接影响到锅炉运行的安全性。汽包水位的保护是机组最重要的保护之一，若锅炉汽包水位太高，使蒸汽带水，蒸汽品质变差，将导致汽轮机叶片水蚀，日久还使过热器和汽机通流部分结垢，热效率下降;若汽包水位过低将破坏水循环，引起锅炉超温爆管。因此完善汽包水位的保护逻辑很有必要性。

1.3 原测量系统存在的问题

原汽包水位保护逻辑采用三取中逻辑，这个逻辑实现过程不符合《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》中的规定“锅炉汽包水位高、低保护应采取独立测量的三取二的逻辑判断方式”。三取二、三取中逻辑在概率统计上来说都比较先进，但在输入信号存在故障的情况下，三取二能自动进行逻辑转换，而三取中则不能，因而有发生误动的隐患。另外，测点取样表管发生泄漏或冬季因取样表管伴热故障发生冻管时，会发生跳变，由于此时该点仍显示为正常值，容易引起保护误动，致使汽包水位保护不得不退出运行，严重影响了机组的安全。

2 提出优化方案

原汽包水位高低保护逻辑中，各使用一个简单的三取二逻辑算法块，当三个输入信号中有两个满足时(即信号为“1”)，输出信号即为“1”。这种简单的三取二逻辑判断方式在三个汽包水位点都正常的情况下没有什么问题，但是当有一点或两点因某种原因须退出运行时，水位的保护逻辑就不能正常实现，有可能发生拒动现象。

根据二十五项反措要求，汽包水位当有一点因某种原因须退出运行时，应自动转为二取一的逻辑判断方式;当有二点因某种原因须退出运行时，应自动转为一取一的逻辑判断方式［4，6］。因此必须在水位保护逻辑中引入点的质量判断，当某一点退出运行变成坏质量点时，将这一点退出保护逻辑，自动切换到另外两点二取一的逻辑判断方式;当两点都退出运行变成坏质量点时，自动切换到一取一的逻辑判断方式。

要实现上述功能最关键的就是将每个点都经过质量判断，即保护逻辑中使用质量判断后的点:若是好质量点则可以输出为“1”;若是坏质量点则信号输出为“0”。实现引入质量判断的逻辑就是:将该点的模拟量质量判断信号取“非”后再“与”上此点的开关量信号作为水位保护中使用的点。优化汽包水位逻辑要考虑到以下两种工况:

(1)三个点都正常工况。在这种工况下，将三个经过质量判断后的点引入三取二算法块，当输入信号两个为“1”时输出即为“1”，这是最基本的三取二逻辑判断方式。三个点都为好点的工况下使用的是这一路逻辑。

(2)有质量坏点的工况。这里又分为三种情况:存在一个坏点、两个坏点和三个点均不可用，第三种情况就应立即停炉，逻辑中不予考虑。存在一个坏点和两个坏点的工况可以使用一路逻辑来实现:分别将三个经过质量判断后的点和三个模拟量质量判断信号点取“或”;再将这两个“或”门出口信号相“与”。

将第一种工况下三取二算法块出口和第二种工况下“与”门出口二者相“或”，即可实现三个点都正常时为三取二逻辑判断方式;当有一点因某种原因须退出运行时，应自动转为二取一的逻辑判断方式;当有二点因某种原因须退出运行时，应自动转为一取一的逻辑判断方式。

优化后的汽包水位保护逻辑图如图3所示。

图3 优化后汽包水温逻辑图

3 优化后相关试验

逻辑组态完毕后必须按照文献［7］进行相关的测试实验，一方面是为了检测逻辑组态是否正确，信号经逻辑判断后能否正常发出去;另一方面是为了检查点的质量判断信号和水位保护用的开关量信号是否一一对应。

测试方法分为三个步骤:

(1)模拟三个汽包水位均为“好质量点”工况。在就地用三个信号源对“好质量点”施加信号，仿真汽包水位高低值，查看水位高低MFT信号能否发出。

(2)模拟汽包水位有两个“好质量点”的工况。将其中任一个汽包水位信号线断开，用另外两个点仿真汽包水位的高低值，查看MFT信号能否发出。再依次将另外两个汽包水位信号线断开，做同样的仿真模拟实验。

(3)模拟汽包水位有一个“好质量点”的工况。将其中任两个汽包水位信号线断开，用另外一个点仿真汽包水位的高低值，查看MFT信号能否发出。再依次将对另外的两点做同样的仿真模拟实验。

这部分试验是非常必要的，因为在测试过程中就发现了点的质量判断信号和水位保护用的开关量信号没有一一对应，这就导致了某一点的坏质量信号存在情况下，此点的开关量水位保护信号还能发出，这样就有可能发生由于一个汽包水位坏质量点导致MFT信号发出。因此汽包水位保护逻辑修改后必须进行严格的测试。

4 结论

通过本文的逻辑优化，汽包水位保护逻辑实现了由三取二自动转为二取一或一取一的逻辑判断，优化后保护逻辑简单精妙，使用最少的逻辑算法块实现了较为复杂的逻辑判断功能。全面落实了二十五项反措有关汽包水位保护逻辑的要求，消除了汽包水位保护逻辑中存在的拒动隐患，保证了机组的安全稳定运行，为同类保护逻辑的优化也提供的借鉴。

［1］国家电力公司.防止电力生产重大事故的二十五项重点要求［R］.北京:中国电力出版社，2001:8－9.

［2］胡利峰，王荣健，孟建刚.锅炉汽包水位测量系统存在的问题［J］.内蒙古电力技术，2006，24(7):87－99.

［3］王学，魏向国，倪敏.600MW机组锅炉汽包水位保护系统存在的问题及处理［J］.河北电力技术，2010，29(4):37－38.

［4］吴金辉.汽包水位保护三取二逻辑的实现［J］.PLC工控机与集散控制系统，2006，29(8):27－30.

［5］刘复平，王伯春，刘文丰.锅炉汽包水位保护逻辑的完善［J］.湖南电力，2005，25(2):29－32.

［6］吴金辉.汽包水位保护逻辑改造在三河发电厂的应用［J］.电力设备，2006，7(6):74－76.

［7］电力行业热工自动化标准化技术委员会标准.DRZ/T 01—2004，火力发电厂锅炉汽包水位测量系统技术规定［S］.北京:中国电力出版社.2006:35.