FSSS在1000MW機組中的應用

張 亮,劉國華,范廷舉

(1.東北電力科學研究院有限公司,遼寧 沈陽 110006;2.綏中發電有限責任公司,遼寧 葫蘆島 125222)

隨著我國電力工業的迅速發展,火電廠建設已經進入大機組、高參數、高度自動化時代,目前新建或擴建電廠多采用1 000 MW超超臨界機組。大容量、高參數機組對運行的安全性、經濟性和自動化程度要求日益提高,需要控制的與鍋爐燃燒有關的設備和系統越來越多。這些設備和系統類型繁雜,操作方式多變,操作過程復雜。尤其在鍋爐啟停和事故工況下,燃燒設備的操作更加繁瑣,如果操作不當很容易造成意外事故。故大型機組必須為鍋爐提供安全、可靠、完善的控制和保護系統,以保障機組設備及人身的安全。從20世紀60年代起,在國外火電機組上就開始投入使用一系列火焰檢測裝置和爐膛安全監控系統 (Furnace Safeguard Supervisory System,簡稱FSSS),并將其作為火電機組自動保護和自動控制系統的一個重要組成部分,完成鍋爐安全監測和保護。從20世紀70年代起,爐膛安全監控系統也開始在我國火電機組上使用。

1 機組概況

綏中二期工程2×1 000 MW超超臨界機組鍋爐由東方鍋爐廠有限公司制造,鍋爐型號為DG3000/26.15-Ⅱ型鍋爐,鍋爐為高效超超臨界參數變壓直流爐,采用單爐膛、一次中間再熱、平衡通風、運轉層以上露天布置、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構 П型鍋爐。鍋爐采用0號輕柴油點火和助燃,共48只點火助燃油槍,油槍為機械霧化。整個鍋爐配置6層粉燃燒器 (A、B、C、D、E、F),制粉系統為正壓直吹式,配置了6臺ZMG-133G中速磨煤機。鍋爐設計參數見表1。

表1 鍋爐設計參數

FSSS控制邏輯分布在8對控制器,分別為AP02、AP03、AP04、AP05、AP06、AP07、AP10、AP13。其邏輯功能由南京西門子電站有限公司開發的SPPA-T3000分散控制系統來實現。控制器分布如下。

AP02 AP07∶6個控制器每一控制器分配一層粉燃燒器和對應的油燃燒器。

AP10控制器 (公用邏輯):油泄漏試驗、爐膛吹掃、MFT、點火允許、RUN BACK、火檢冷卻風機、密封風機。

AP13控制器:微油點火

2 FSSS組成

FSSS由4部分組成:控制臺、邏輯控制系統、執行機構和檢測元件。

控制臺包括運行人員控制臺、就地控制臺、系統模擬臺等。

邏輯控制系統是FSSS的核心,需要控制的設備多,流程和操作方式多變,使得FSSS的邏輯控制系統比較復雜。

執行機構也稱驅動裝置,是FSSS中的驅動機構。包括各種電磁閥、控制閥;點火槍的驅動機構;各種擋板的驅動裝置;給煤機的電機控制器等。

檢測元件是FSSS的信號源泉,主要作用是將反映燃燒系統狀態的各種參數轉換成FSSS可接受的信號,主要是各種類型的開關量信號。

3 FSSS主要功能

FSSS功能在邏輯控制系統中實現。FSSS控制邏輯分為公用控制邏輯、燃油控制邏輯及燃煤控制邏輯三大部分。公用控制邏輯部分包含鍋爐保護的全部內容,即油泄漏試驗、爐膛吹掃、主燃料跳閘(MFT)與首出原因記憶、點火條件 (油層點火條件和煤層點火條件)、RB等。

3.1 油泄漏試驗

油泄漏試驗是針對主燃油跳閘閥、母管回油閥、油管路及單個油燃燒器跳閘閥的密閉性所做的試驗,目的是防止燃油供油管路泄漏 (包括漏入爐膛)。燃油泄漏試驗不成功將終止爐膛吹掃程序。

3.1.1 油泄漏試驗允許條件

a. 油閥全關;

b.30%＜總風量 ＜55%;

c. 燃油系統進油壓力正常;

d. 燃油系統進油快關閥已關;

e. 燃油系統回油快關閥已關;

f. 旁路切除;

g. 燃油系統泄漏試驗閥已關;

h. 所有火焰喪失。

3.1.2 油泄漏試驗過程

a. 當允許條件滿足,將在CRT上指示 “油泄漏試驗允許”,這時可以從CRT上發出 “試驗啟動”指令,CRT顯示 “充油試驗開始”,打開進油泄漏試驗閥充壓,等待進油快關閥后燃油壓力大于3.2 MPa的信號產生。若60 s內此信號產生表明“充油試驗完成”,關閉進油泄漏試驗閥;反之,則為 “充油試驗失敗”,切除泄漏試驗,關閉供油快關閥。

b. 充油試驗完成,進油泄漏試驗閥關閉,等待180 s,等待中 “進油快關閥后燃油壓力大于2.8 MPa”信號消失,則泄漏試驗失敗,切除試驗;反之,泄漏試驗成功。

3.1.3 油泄漏試驗復位條件

a. 油泄漏試驗成功;

b. 充油失敗;

c. 泄油失敗;

d. 進油快關閥打開;

e. 回油快關閥打開;

f. MFT跳閘。

3.2 爐膛吹掃

爐膛吹掃的目的是將爐膛內的殘留可燃物質清除掉,以防止鍋爐點火時發生爆燃。鍋爐點火前,必須進行爐膛吹掃。

爐膛吹掃一次條件,爐膛在吹掃時,必須滿足下列所有條件,若條件不滿足,將中斷吹掃,待條件具備后,重新啟動。

a.MFT跳閘;

b. 油閥全關;

c. 任意送風機運行;

d. 任意引風機運行;

e. 任意空預器運行;

f. 磨煤機出口擋板全關;

g. 磨煤機全停;

h. 一次風機全停;

i. 一次風機出口門全關;

j. 全爐膛無火焰;

k. 任意火檢冷卻風機運行;

l. 無MFT跳閘條件;

m. 燃油系統進油快關閥關;

n. 燃油系統進油泄漏試驗閥關;

o.FGD煙道暢通;

p. 燃油泄漏試驗成功。

爐膛吹掃二次條件,爐膛在吹掃時,必須滿足下列所有條件,若條件不滿足,將中斷吹掃,待條件具備后,重新開始計時。

a. 二次風擋板吹掃位;

b.30%＜風量 ＜55%;

c. 三次風門未全關。

當吹掃條件滿足后,CRT上顯示 “爐膛吹掃許可”,在CRT上發出 “吹掃啟動”指令,CRT上指示 “爐膛吹掃過程中”,吹掃過程持續300 s后,吹掃完成,CRT上顯示 “爐膛吹掃完成”,MFT復歸。若吹掃過程中吹掃條件不滿足,自動中斷爐膛吹掃程序。

3.3 主燃料跳閘 (MFT)

主燃料跳閘 (MFT)是鍋爐安全保護的核心內容。在出現任何危及鍋爐安全運行的危險工況時,MFT動作將快速切斷所有進入爐膛的燃料,以保證鍋爐安全,避免事故發生或限制事故進一步擴大。當MFT跳閘后,有首出跳閘原因顯示;當MFT復位后,首出跳閘記憶清除。MFT跳閘條件如下:

a. 手動MFT;

b. 給水流量低低;

c. 給水泵全停;

d. 汽輪機跳閘;

e. 火檢冷卻風機壓力低低;

f. 空預器全停;

g. 高溫過熱器出口集箱壓力高高;

h. 送風機全停;

i. 引風機全停;

j. 總風量 ＜25%;

k. 所有燃料喪失;

l. 一次風機全停;

m. 全爐膛火焰喪失;

n. 臨界火焰喪失;

o. 爐膛壓力低低;

p. 爐膛壓力高高;

q. 再熱器保護;

r. FGD保護。

MFT設計成軟、硬兩路冗余回路,當MFT條件出現時軟件會送出相應的信號來跳閘相關的設備,同時MFT跳閘繼電器柜也會向這些重要設備送出一個硬接線信號來跳閘它們。例如,MFT發生時會通過相應邏輯輸出信號來關閉主跳閘閥,同時MFT跳閘繼電器柜也會送出信號來直接關閉主跳閘閥。這種軟硬回路互相冗余有效地提高了MFT動作的可靠性。此功能在FSSS跳閘繼電器柜內實現。

3.4 點火允許條件

3.4.1 油燃燒器點火允許條件

a.MFT復位;

b.OFT復位;

c. 燃油系統進油壓力正常;

d. 燃油系統吹掃空氣壓力正常;

e. 火檢冷卻風壓力正常;

f. 燃油系統進油快關閥已開;

g. 燃油系統回油快關閥已開;

h. 給水流量正常;

i. 30%＜風量 ＜55%。

3.4.2 煤燃燒器點火允許

a.MFT復位;

b. 任意一次風機運行;

c. 火檢冷卻風壓力正常;

d.30%＜風量 ＜55%;

e. 熱一次風母管溫度正常;

f. 一次風母管壓力正常;

g. 任意密封風機運行。

3.5 RB工況

CCS產生RB信號,以至少4臺磨煤機投運為判斷依據,依次切除1臺磨,順序為35-33-36。當發生RB信號時,自動跳閘35號磨煤機,35號磨煤機停運10 s后,自動跳閘33號磨煤機,待33號磨煤機也停運10 s后,自動跳閘36號磨煤機。最終機組運行時保留3臺磨煤機運行。

4 調試中發現的問題及改進

MFT跳閘柜設計為繼電器失電跳閘,由兩路110 V直流電源供電,采用常閉接點進行控制。每個繼電器配有兩對常閉接點,調試中發現每個繼電器控制2臺設備的動作,這樣很容易導致誤動作。例如1臺繼電器掉電或抖動會導致2臺設備跳閘,極大地影響了機組的安全運行。現改為一對一式,即1臺繼電器只控制1臺設備的動作。

目前國內機組在MFT跳閘柜設計方案有2種:帶電跳閘;失電跳閘;MFT柜的2種方案分析如下:帶電跳閘采用常開接點進行控制,采用常開接點進行控制的方案雖減少了誤動的可能性,但增加了拒動的可能性 (若DCS失電后MFT可能不能正常動作);失電跳閘采用常閉接點進行控制,即在DCS失電后,MFT仍能動作。比較來看,后者對機組運行更安全,減少了拒動的可能性,但卻增加了誤動的可能性 (如線路虛接或繼電器抖動等都可引起誤跳)。

目前已投入生產的火電機組中,保護拒動很少發生,但保護誤動卻比較頻繁。因此,保護誤動問題是當前威脅發電廠安全運行所急需解決的問題。FSSS作為火電廠主要的保護系統,在系統硬件可靠的基礎上,如何防止誤動也是十分重要的。

5 結束語

FSSS作為現代化大型火電機組中最重要的保護系統之一,其設計的合理與否極其重要,系統自身的故障將直接影響機組的安全穩定運行。目前,FSSS已大多在DCS中進行控制,已不再單獨分開設計,但在保護功能的實現和信號的采集上,依然應采用隔離和可靠的冗余等措施,以確保自身的可靠性。

[1] 肖大雛.超超臨界機組控制設備及系統 [M].北京:化學工業出版社,2008.

[2] DL/T1091—2008.火力發電廠鍋爐爐膛安全監控系統技術規程 [S].