朱 靜，崔超超，肖 勝

(1.四川廣安發(fā)電有限公司，四川廣安 638500;2.西安熱工研究院有限公司，陜西西安 710032)

0 概述

鍋爐的爐膛安全監(jiān)視系統(tǒng)(furnace safety supervision system，F(xiàn)SSS)，是現(xiàn)代大型火電機(jī)組鍋爐所必須具備的一種安全監(jiān)控系統(tǒng)，主要承擔(dān)鍋爐爐膛安全監(jiān)控和燃燒系統(tǒng)管理兩大任務(wù)，是鍋爐安全運(yùn)行的保證。廣安電廠31號(hào)機(jī)組建于1997，1999年并網(wǎng)發(fā)電，其使用的DCS系統(tǒng)至今已有十幾年之久?？娮釉骷匣瘒?yán)重，大小故障時(shí)有發(fā)生;備品備件購(gòu)買困難。隨著電力生產(chǎn)的進(jìn)一步進(jìn)行，DCS系統(tǒng)的安全可靠性已成為機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的重大障礙，廣安發(fā)電有限公司決定于2011年大修期間對(duì)DCS系統(tǒng)進(jìn)行全面改造，這里僅對(duì)FSSS系統(tǒng)改造情況進(jìn)行技術(shù)總結(jié)。

1 硬件系統(tǒng)分析

廣安電廠31號(hào)機(jī)組FSSS系統(tǒng)共有五面柜子組成，MFT主保護(hù)沒有獨(dú)立的機(jī)柜，MFT主保護(hù)由MFT跳閘繼電器板BBPR01－11塊，BBPR01－22塊完成，安裝在30號(hào)柜中。

首先，隨著電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代DCS系統(tǒng)完全可以做到模件和端子板合二為一，無需單獨(dú)的端子柜。此次改造采用艾默生公司的OVATION3.2系統(tǒng)，正是體現(xiàn)了這一點(diǎn)。OVATION系統(tǒng)的硬件模件分為特性模件和電子模件，現(xiàn)場(chǎng)輸入由特性模塊提供浪涌保護(hù)和路由，然后發(fā)送到電子模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)換。電子模塊完成信號(hào)調(diào)節(jié)和模數(shù)轉(zhuǎn)換;同時(shí)，新系統(tǒng)的所有模件均在內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的隔離和過流過壓保護(hù)，可靠性和易用性相比老系統(tǒng)均有顯著提高;經(jīng)過此次改造FSSS部分由原來五面柜子降為三面柜子。除此之外，新的模件還具有封裝良好、防塵能力強(qiáng)、安裝快捷方便、組態(tài)簡(jiǎn)單、操作和維護(hù)成本低等其他優(yōu)點(diǎn)。

其次，OVATION系統(tǒng)MFT主保護(hù)柜的設(shè)計(jì)相對(duì)改造前的老系統(tǒng)有明顯改善。原來系統(tǒng)的主保護(hù)柜跟普通控制柜沒有明顯的區(qū)分，由三塊繼電器板組成，電源取自DCS24VDC。BBPR01－1繼電器板上有A、B兩組共6路干接點(diǎn)開關(guān)量輸入。A組的3路輸入信號(hào)來自MFT的邏輯輸出，B組的3路輸入信號(hào)來自手動(dòng)MFT按鈕;這兩組輸入信號(hào)分別通過三個(gè)繼電器實(shí)現(xiàn)3取2邏輯判斷后去驅(qū)動(dòng)一個(gè)MFT判斷繼電器，該判斷繼電器的輸出作為BBPR01－1的輸出信號(hào);BBPR01－2根據(jù)BBPR01－1的輸出向現(xiàn)場(chǎng)擴(kuò)展輸出16路常開或常閉干接點(diǎn)數(shù)字信號(hào)［1］。跳閘繼電器輸出設(shè)計(jì)為失電動(dòng)作，動(dòng)作繼電器為單穩(wěn)態(tài)繼電器，即:邏輯判斷MFT信號(hào)或者操作臺(tái)按鈕復(fù)位，硬回路動(dòng)作消失。

圖1 ABB系統(tǒng)MFT跳閘BBPR01－1板

原來DCS系統(tǒng)的MFT電路板的設(shè)計(jì)無疑具有其獨(dú)創(chuàng)性。但是也暴露出設(shè)計(jì)上的某些瑕疵。比如主保護(hù)柜跟普通的控制柜混在一起，其電源系統(tǒng)取自控制柜電源，經(jīng)控制柜轉(zhuǎn)換得到5 V和24 V，這些設(shè)計(jì)都沒有體現(xiàn)出鍋爐主保護(hù)的重要性;跳閘回路采用電路板搭載固態(tài)繼電器，防塵能力差，隨著機(jī)組運(yùn)行時(shí)間進(jìn)一步加長(zhǎng)，元器件持續(xù)老化，電子線路抗干擾能力持續(xù)下降，這樣的設(shè)計(jì)可靠性已經(jīng)大為降低。

此次改造采用OVATION系統(tǒng)的繼電器柜。其繼電器柜獨(dú)立于DCS普通控制柜，在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮到了組裝、檢修維護(hù)的易用性和可靠性，全部電路采用繼電器搭接而成，原理清晰明白(原理圖見圖2)，實(shí)際電路簡(jiǎn)單易用，并且充分做到了軟硬件的上下統(tǒng)一。繼電器電源直接取自廠直流110 V電源，提供了最高級(jí)別的安全電源。硬件電路仍采用兩路3取2設(shè)計(jì)，1路來自DCS邏輯判斷，1路來自操作盤按鈕，主繼電器采用雙穩(wěn)態(tài)繼電器，動(dòng)作之后必須由DCS復(fù)位指令復(fù)位才能消除動(dòng)作信號(hào)。復(fù)位回路中又串入動(dòng)作繼電器的閉接點(diǎn)，防止在有硬回路動(dòng)作的情況下DCS復(fù)位MFT。電源故障信號(hào)僅作為DCS報(bào)警顯示。總體設(shè)計(jì)為帶電跳閘，鍋爐吹掃完成脈沖來同時(shí)復(fù)位軟硬回路的MFT動(dòng)作。

2 軟件系統(tǒng)分析

廣安電廠31號(hào)機(jī)組的鍋爐為亞臨界自然循環(huán)汽包鍋爐，一次再熱、單爐膛、平衡通風(fēng)、半露天п型布置、全鋼懸吊構(gòu)架、固態(tài)排渣。燃用廣安混煤，分設(shè)計(jì)煤種和校核煤種Ⅰ、Ⅱ。點(diǎn)火為二級(jí)點(diǎn)火，即高能點(diǎn)火器點(diǎn)輕油，由輕油點(diǎn)燃煤粉，點(diǎn)火及助燃用油為0號(hào)輕柴油。鍋爐配套的制粉系統(tǒng)為鋼球磨中間儲(chǔ)倉(cāng)制熱風(fēng)送粉系統(tǒng)，配置4臺(tái)DTM350/700鋼球磨煤機(jī)。燃燒器采用四角切圓直流式。

機(jī)組原FSSS邏輯嚴(yán)謹(jǐn)可靠，這里僅對(duì)機(jī)組改造前后由于DCS硬件不同導(dǎo)致邏輯的不同作出總結(jié)。

2.1 鍋爐主保護(hù)

基本遵照原先的設(shè)計(jì)。主要包括:

1)運(yùn)行人員跳閘(MFT按鈕3選2，2 s脈沖);

圖2 OVATION系統(tǒng)MFT跳閘原理圖

2)蒸汽無通道;當(dāng)汽機(jī)跳閘且鍋爐負(fù)荷＞40%產(chǎn)生MFT。當(dāng)汽機(jī)跳閘且鍋爐負(fù)荷＜40%，延時(shí)10 s后，如果高旁門或低旁門未打開，則發(fā)生MFT跳閘。如果高旁門和低旁門均打開，不發(fā)生MFT跳閘;

3)爐膛壓力高高，3選2，延時(shí)2 s;

4)爐膛壓力低低，3選2，延時(shí)2 s;

5)汽包水位高高，3選2，延時(shí)10 s;

6)汽包水位低低，3選2，延時(shí)10 s;

7)兩臺(tái)送風(fēng)機(jī)均停，延時(shí)2 s;

8)兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)均停，延時(shí)2 s;

9)兩臺(tái)空預(yù)器均停，延時(shí)5 s;

10)火檢冷卻風(fēng)壓力低低，延時(shí)600 s;

11)總風(fēng)量＜30%，延時(shí)10 s;

12)延時(shí)點(diǎn)火:MFT復(fù)位后，在600 s之內(nèi)爐膛沒有建立第一個(gè)火焰;13)失去所有燃料(進(jìn)油快關(guān)閥全關(guān)且所有油角閥全關(guān)，且所有煤層停止，且有燃燒器投運(yùn)記憶，即在停爐時(shí)不認(rèn)為失去全部燃料;

14)失去全部火焰，每層4個(gè)火檢中，若有3個(gè)顯示無火，即為該層無火。若所有層均顯示無火，即為失去全部火焰MFT跳閘;

15)一次風(fēng)機(jī)跳閘且任一煤層投運(yùn)，延時(shí)25 s;

16)MFT繼電器已動(dòng)作。

此次因?yàn)镸FT柜子發(fā)生了重大變化，原先的FSSS電源故障必須做出改動(dòng);原先的MFT設(shè)計(jì)為失電跳閘，在MFT繼電器板出現(xiàn)問題或者DCS全部失電時(shí)，MFT直接動(dòng)作。這樣的設(shè)計(jì)能起到在DCS失電時(shí)，硬后備仍能停爐的作用。在軟件邏輯里將MFT跳閘繼電器的一副接點(diǎn)采樣進(jìn)來和無MFT的指令相與判斷為FSSS電源故障，做到MFT動(dòng)作的軟硬統(tǒng)一。但此次如果仍按照原先的設(shè)計(jì)，就會(huì)出現(xiàn)問題。因?yàn)镺VATION系統(tǒng)MFT柜設(shè)計(jì)為帶電跳閘。MFT柜失電后跳閘繼電器不會(huì)動(dòng)作。所以此次為了做到MFT動(dòng)作的軟硬統(tǒng)一，將此條邏輯修改為MFT已動(dòng)作信號(hào)(脈沖)。

2.2 油槍點(diǎn)火

油槍點(diǎn)火邏輯，原先的層次不夠清晰。在油槍單角程控啟動(dòng)操作中，將油槍點(diǎn)火槍同時(shí)進(jìn)，并且同時(shí)打火，這樣的設(shè)計(jì)雖然能在點(diǎn)火之初，或者緊急情況下快速投入油槍，但在其中一個(gè)設(shè)備故障情況下，效果并不太理想。此次改造優(yōu)化了油槍的程控步序，進(jìn)油槍，進(jìn)點(diǎn)火槍，打火，開油閥［2］，任一步驟有故障即退出程控，這樣在時(shí)間上不輸于原先的邏輯，同時(shí)也保證了故障情況下設(shè)備能及早退出。

3 調(diào)試中遇到的問題及處理

FSSS部分的系統(tǒng)調(diào)試貫穿于整個(gè)機(jī)組DCS改造的全過程，在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)了些非常典型的故障。在此對(duì)這些一一做出分析。

首先，在31號(hào)機(jī)組建設(shè)過程中，原MFT硬回路系統(tǒng)設(shè)計(jì)不太完善，沒有觸點(diǎn)容量大，專門驅(qū)動(dòng)6 kV電機(jī)的直流繼電器，采用了如圖3所示，小繼電器帶大繼電器的方案完成6 kV電機(jī)的MFT動(dòng)作。圖3中A1節(jié)點(diǎn)為DCS輸出MFT信號(hào)，A3為操作臺(tái)手動(dòng)MFT。這樣的設(shè)計(jì)對(duì)于在DCS失電的情況下，操作臺(tái)的手動(dòng)MFT實(shí)際是起不到硬后備作用的。因?yàn)槔^電器柜的電源同樣依賴于DCS，在DCS失電的情況下，圖3中K2繼電器是不能帶電的。雖然這樣的設(shè)計(jì)是有缺陷的，但是對(duì)于驅(qū)動(dòng)能力有限的MFT動(dòng)作小繼電器來說，也許當(dāng)時(shí)只能通過這樣的方式完成硬手操M(fèi)FT的動(dòng)作。

圖3 老系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)大電機(jī)繼電器方案

此次改造OVATION系統(tǒng)的MFT硬回路完全可以滿足這方面的要求。如圖4中，A3操作臺(tái)手動(dòng)MFT直接去驅(qū)動(dòng)MFT柜內(nèi)的動(dòng)作繼電器，因?yàn)镸FT柜內(nèi)動(dòng)作繼電器電源取自110 V直流系統(tǒng)，即使DCS全部失電，操作臺(tái)手動(dòng)MFT仍能夠通過新系統(tǒng)安全停爐，這樣極大地提高了機(jī)組的安全水平，使得MFT硬回路動(dòng)作完全獨(dú)立于DCS系統(tǒng)，真正實(shí)現(xiàn)了MFT動(dòng)作的硬后備，消除了機(jī)組的安全隱患。

圖4 OVATION系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)大電機(jī)繼電器方案

其次，在油槍調(diào)試中也有些小優(yōu)化。由于設(shè)備老化，油角三用閥在吹掃位置已經(jīng)不能保持很長(zhǎng)時(shí)間(原設(shè)計(jì)為30 s)，這樣使得每次程控停止油角，都存在無法退出油槍的問題。經(jīng)過多次實(shí)踐，對(duì)吹掃時(shí)間稍微做了些調(diào)整，優(yōu)化了油角的程停邏輯，使得程控操作簡(jiǎn)單實(shí)用，降低了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。在RB投油方面，也根據(jù)實(shí)際情況優(yōu)化了自動(dòng)投入BC層油的程序。主要體現(xiàn)在RB發(fā)生時(shí)，BC層油的順控程序能自動(dòng)走兩遍，這樣可以避免RB工況時(shí)突然投油，很多油槍點(diǎn)火槍存在卡澀導(dǎo)致油角跳閘不能投入油角的問題，增強(qiáng)了RB工況時(shí)機(jī)組的響應(yīng)能力，使得BC層油槍能在RB工況時(shí)盡可能多的起到助燃鍋爐的作用。

4 結(jié)語

廣安31號(hào)機(jī)FSSS系統(tǒng)改造，從安裝接線、調(diào)試點(diǎn)火到并網(wǎng)發(fā)電，全部工作歷時(shí)35 d。31號(hào)機(jī)FSSS系統(tǒng)改造完成后，徹底解決了原老系統(tǒng)存在的設(shè)備老化、抗干擾能力差、故障率高、運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)大等問題;同時(shí)在軟硬件設(shè)計(jì)方面又盡量做到與原先的設(shè)計(jì)保持一致，操作習(xí)慣保持一致。在個(gè)別軟件邏輯方面又做出了優(yōu)化，提高了機(jī)組的控制水平。這些工作的完成都為以后機(jī)組安全穩(wěn)定繼續(xù)運(yùn)行打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

［1］周姚芳.三種典型MFT控制回路可靠性探討［J］.浙江電力，2009(4):48－51.

［2］DL/T 1091－2008，火力發(fā)電廠鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程［S］.