600 MW机组凝汽器水位测量及保护可靠性完善

柴 赟

(广东粤电靖海发电有限公司，广东 揭阳 515223)

1 差压水位的测量原理

目前，广东粤电靖海发电有限公司1，2号机组凝汽器热井水位采用间接测量法，即通过测量水位差压得到水位高度。

现场水位测量装置采用2套差压变送器，其工作原理如图1所示。变送器高压侧连接1个液面恒定的测量桶(平衡容器)，低压侧连接需要测量液位的容器的底部。当容器内部的水位发生变化，变送器的差压就随之变化。依据液位高度与压强的关系ΔP=ρgΔh，差压与液位高度差呈线性关系，只要测量差压就可以换算水位高度。实际布置管路会因为现场情况变得更加复杂。

图1 凝汽器水位差压测量原理

2 差压水位测量方式现状

2.1 取样点布置不合理

凝汽器水位测量装置仅有1对高、低压取样口，各经1条总管引出后在测量装置处一分为二，分别送至2台差压变送器。此种取样方式须在凝汽器热井上开口再用一次门隔离，造成取样口少，这对防止真空泄漏有一定作用，也可防止出现2套测量装置测量水位不一致的情况，但是不利于测量多点取样的合理实施，存在因测点不足导致保护误动作的风险。

一旦出现变送器故障、取样管路堵塞或是密封不良等情况，2套测量装置将同时测不到正常液位，远方画面将无法监视凝汽器液位，同时逻辑保护将存在误动作和拒动作风险。

2.2 差压装置管路漏真空风险大

差压测量装置安装在凝汽器下方6 m处，管路布置较长且经过一次门和二次门后，进入变送器接口。由于隔离阀门使用卡套而非焊接形式，造成管路和变送器连接环节都存在真空泄漏风险。

一次变送器校验后，由于安装不严密，将造成管路微量泄漏真空。若1套测量装置的引压管进入了空气，在8 h内变送器差压会发生缓慢变化，造成一个水位测量值缓慢升高。由于管程长、环节多，采用正压管路查漏方法将无法查找负压管路泄漏点，若管路真空泄漏非常轻微，则查找漏点工作将变得异常困难。

2.3 差压变送器检修维护风险大

在某次查漏过程中，采用真空倒吸办法排空，在变送器排污口处引水，经取样口吸入凝汽器。经过倒吸排空后液位测量恢复正常，但存在以下问题和风险。

(1) 在一个水位变送器排空气过程中，另一个变送器受到共用取样管路影响而无法监视到凝汽器水位，需要运行人员就地监视液位，供集控操作人员参考。

(2) 凝汽器液位低于200 mm，跳闸凝结水泵保护失效。同时，无法满足1台凝结水泵故障跳闸连锁启动备用泵的允许条件之一：“凝汽器液位高于800 mm”，即在凝结水泵连锁启动条件触发的紧急情况下，无法启动备用凝结水泵，造成事故扩大化。

(3) 在机组运行期间，水位测量装置不能长时间处于故障检修状态，不能长时间失去凝汽器水位监测。

3 保护逻辑存在的问题

凝汽器水位信号的逻辑处理及涉及的保护逻辑存在以下问题。

(1) 目前，凝汽器水位信号在DCS逻辑中取平均值作为逻辑保护信号源，当一个测量装置出现偏差或坏点等情况时，则需要操作人员及时发现偏差报警，手动选择另一个测点。此种情况下即成为单点监视和保护，风险较高。

(2) 凝结水泵的启、停逻辑信号不合理，不符合《防止电力生产事故的二十五项重点要求》中“所有重要的主、辅机保护都应采用‘3取2’的逻辑判断方式”的要求。

目前，该厂凝结水泵的启动允许条件为：“2个凝汽器水位测量平均值超过800 mm，凝汽器液位正常，允许凝结水泵启动；2个凝汽器水位测量平均值低于200 mm，跳闸凝结水泵。”凝结水泵作为凝结水系统的重要设备，由于低水位保护在硬件布置和逻辑设计上的安全性不高，当水位信号异常时，将严重威胁保护的可靠性。

由于凝汽器水位测点的安装布局和逻辑设计以及测量装置均不能满足凝结水泵安全运行的要求，保护可靠性不足，因此必须在测量方式、测量装置以及逻辑信号处理完善化方面予以改善。

4 凝汽器水位测量及信号逻辑改进

4.1 水位测量方式改进

针对当前差压变送器测量方式存在安全性不足，且取样点仅有1个的情况，采取增加凝汽器水位测点以及改变水位测量方式的措施，将水位差压变送器的间接测量方式改为直接测量。

4.1.1 增加凝汽器水位测点

在凝汽器热井的一侧再增开2个测量孔，缩短取样管路管程。将3个取样点引出的凝汽器水位测量信号分别送入DCS通道，供远程画面显示和操作人员参考，并作为相关逻辑的信号处理源。

4.1.2 更改水位测量装置

经过对多种水位测量装置优缺点比较以及测量环境、测量对象的多方面论证，针对差压水位测量装置在运行中存在的安全缺陷和检修风险，决定将原有的差压变送器拆除，凝汽器热井一侧共计3个取样口，各安装1台导波雷达式测量装置。引出管采用焊接方式连接隔离阀门和测量装置，从根本上杜绝真空泄漏，也为单个装置检修提供可靠的隔离手段，并从测点数量和测量方式上为水位测量和逻辑保护提供了有力的安全保障。

4.2 水位信号处理逻辑的完善

涉及凝汽器水位信号的主要控制对象是凝汽器水位调节阀和凝结水泵。水位模拟信号引入凝汽器水位调节阀控制逻辑，作为水位控制调节阀门单回路PID调节的依据；水位模拟信号转换为开关信号，作为连锁启动凝结水泵允许信号和凝汽器水位低跳闸凝结水泵的保护信号。

水位模拟信号采用“3取中”的逻辑处理作为自动调节信号引入逻辑。将3个凝汽器水位模拟量信号取中值送至凝汽器水位调节阀控制逻辑，同时送入相关设备的逻辑控制通道，避免了单个取样口测量水位造成的风险。同时，单套或2套测量装置检修时不影响正常的水位监测和相关设备控制，给凝汽器相关设备的控制安全性和检修工作实施提供了有力的保障。

将3个水位模拟信号分别进行低值判断，再进行“3取2”处理引入凝结水泵保护逻辑。3个模拟量水位信号至少出现2个水位低于200 mm信号，才会触发凝结水泵低水位跳闸保护，有效地避免了凝结水泵低水位保护误动作，提高了该重要保护的可靠性。将水位模拟信号经过开关量转换提供给凝结水泵连锁启动和保护跳闸的逻辑回路，大大提高了保护的可靠性，达到了“二十五项重点措施”要求。

5 改造效果

在凝汽器热井水位测量装置改造以及水位信号逻辑优化后，凝结水泵及相关设备运行的调节和保护信号可靠性得到了很大改善。导波雷达测量装置密封性能良好，3套水位测量装置运行稳定，使用寿命长，测量信号与就地双色水位计显示偏差小于1 cm，符合装置测量误差要求。自改造以来，3台水位测量装置未出现故障情况，维护工作量小，检修难度大大降低，达到了正常调节要求，凝汽器水位低保护可靠性得到了有效提高。