汽包水位三取二保護(hù)邏輯優(yōu)化研究

孫樂民，甘天保

(東華熱電有限公司，內(nèi)蒙古包頭014040)

文獻(xiàn)［1］第8.8.1條規(guī)定:“鍋爐汽包水位高、低水位保護(hù)應(yīng)采取獨(dú)立測(cè)量的三取二邏輯判斷方式。當(dāng)有一點(diǎn)因某種原因須退出運(yùn)行時(shí)，應(yīng)自動(dòng)轉(zhuǎn)為二取一的邏輯判斷方式，并辦理審批手續(xù)，限期(不宜超過8 h)恢復(fù);當(dāng)有二點(diǎn)因某種原因須退出運(yùn)行時(shí)，應(yīng)自動(dòng)轉(zhuǎn)為一取一的邏輯判斷方式，應(yīng)制定相應(yīng)的安全運(yùn)行措施，經(jīng)總工程師批準(zhǔn)，限期(8 h以內(nèi))恢復(fù)，如逾期不能恢復(fù)，應(yīng)立即停止鍋爐運(yùn)行”。

三取二邏輯判斷方式已經(jīng)在汽包水位保護(hù)邏輯中得以應(yīng)用，但目前尚未實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)為二取一或一取一邏輯判斷的功能［2，3］。因此按照二十五項(xiàng)反措要求，我公司2臺(tái)機(jī)組需要進(jìn)行汽包水位保護(hù)的邏輯優(yōu)化，即水位保護(hù)邏輯判斷中增設(shè)自動(dòng)轉(zhuǎn)為二取一或一取一邏輯判斷的功能。

1 汽包水位測(cè)量系統(tǒng)介紹

汽包水位監(jiān)控保護(hù)測(cè)量系統(tǒng)通常包括1套就地水位表和3套差壓水位計(jì)，該測(cè)量系統(tǒng)設(shè)備及其相應(yīng)的安裝位置均由鍋爐廠提供。汽包水位測(cè)量裝置按照測(cè)量原理分為兩種:帶工業(yè)電視的云母水位計(jì)兩套，測(cè)點(diǎn)取自汽包左右端部;單室平衡室容器的差壓變送器共三套，三套用于汽包水位的自動(dòng)調(diào)節(jié)和MFT保護(hù)，測(cè)點(diǎn)同樣取自汽包左右端部［4］。

1.1 3個(gè)信號(hào)三取二邏輯

把3個(gè)相互獨(dú)立的汽包水位測(cè)點(diǎn)生成的高、低限值信號(hào)，分別進(jìn)行三取二邏輯運(yùn)算，來實(shí)現(xiàn)汽包水位高、低的保護(hù)輸出觸發(fā)MFT保護(hù)，其原理示意見圖1。

圖1 三個(gè)水位信號(hào)三取二保護(hù)邏輯圖

當(dāng)3個(gè)值均為好值時(shí)，如果3個(gè)中有2個(gè)達(dá)到保護(hù)值，則會(huì)發(fā)出生MFT指令停爐停機(jī);當(dāng)3個(gè)值中有1個(gè)壞點(diǎn)時(shí)，只有其他2個(gè)均達(dá)到保護(hù)值，才會(huì)發(fā)出MFT指令停爐停機(jī);當(dāng)3個(gè)值中有2個(gè)壞點(diǎn)時(shí)，在第3個(gè)達(dá)到保護(hù)動(dòng)作值時(shí)，發(fā)出MFT指令停爐停機(jī)［5］。

1.2 3個(gè)信號(hào)三取中邏輯

3個(gè)汽包水位差壓變送器測(cè)量信號(hào)經(jīng)過壓力、溫度補(bǔ)償后，利用DCS的三取中模塊，取出中值。該中值即做水位調(diào)節(jié)用，也做水位保護(hù)用，經(jīng)3個(gè)高(低)限報(bào)警模塊，轉(zhuǎn)換出3個(gè)高三值(低三值)信號(hào)，分3路信號(hào)分別送入FSSS系統(tǒng)的3塊開關(guān)量輸入模塊，然后進(jìn)行三取二邏輯，作為MFT的條件(邏輯框圖見圖2)。此種方法不滿足獨(dú)立三取二邏輯的要求，3個(gè)高三值(低三值)信號(hào)其實(shí)只有1個(gè)，并且有測(cè)點(diǎn)質(zhì)量壞以后，其二取一邏輯上有缺陷，一般三取中邏輯在有1個(gè)質(zhì)量壞以后，剩下的二個(gè)無(wú)非是二取低，二取均值和二取高，無(wú)論哪種算法，都無(wú)法實(shí)現(xiàn)2個(gè)正常的信號(hào)中有1個(gè)值超限，即保護(hù)動(dòng)作的邏輯［5］。

圖2 三個(gè)水位信號(hào)三取中保護(hù)邏輯圖

汽包水位監(jiān)控的任務(wù)是:將水位準(zhǔn)確控制在0線附近，使飽和蒸汽品質(zhì)最佳;當(dāng)發(fā)現(xiàn)事故水位時(shí)手動(dòng)或自動(dòng)停爐。用于水位調(diào)節(jié)和鍋爐MFT保護(hù)的三套差壓式水位計(jì)測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性直接影響到鍋爐運(yùn)行的安全性。汽包水位的保護(hù)是機(jī)組最重要的保護(hù)之一，若鍋爐汽包水位太高，使蒸汽帶水，蒸汽品質(zhì)變差，將導(dǎo)致汽輪機(jī)葉片水蝕，日久還使過熱器和汽機(jī)通流部分結(jié)垢，熱效率下降;若汽包水位過低將破壞水循環(huán)，引起鍋爐超溫爆管。因此完善汽包水位的保護(hù)邏輯很有必要性。

1.3 原測(cè)量系統(tǒng)存在的問題

原汽包水位保護(hù)邏輯采用三取中邏輯，這個(gè)邏輯實(shí)現(xiàn)過程不符合《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》中的規(guī)定“鍋爐汽包水位高、低保護(hù)應(yīng)采取獨(dú)立測(cè)量的三取二的邏輯判斷方式”。三取二、三取中邏輯在概率統(tǒng)計(jì)上來說都比較先進(jìn)，但在輸入信號(hào)存在故障的情況下，三取二能自動(dòng)進(jìn)行邏輯轉(zhuǎn)換，而三取中則不能，因而有發(fā)生誤動(dòng)的隱患。另外，測(cè)點(diǎn)取樣表管發(fā)生泄漏或冬季因取樣表管伴熱故障發(fā)生凍管時(shí)，會(huì)發(fā)生跳變，由于此時(shí)該點(diǎn)仍顯示為正常值，容易引起保護(hù)誤動(dòng)，致使汽包水位保護(hù)不得不退出運(yùn)行，嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全。

2 提出優(yōu)化方案

原汽包水位高低保護(hù)邏輯中，各使用一個(gè)簡(jiǎn)單的三取二邏輯算法塊，當(dāng)三個(gè)輸入信號(hào)中有兩個(gè)滿足時(shí)(即信號(hào)為“1”)，輸出信號(hào)即為“1”。這種簡(jiǎn)單的三取二邏輯判斷方式在三個(gè)汽包水位點(diǎn)都正常的情況下沒有什么問題，但是當(dāng)有一點(diǎn)或兩點(diǎn)因某種原因須退出運(yùn)行時(shí)，水位的保護(hù)邏輯就不能正常實(shí)現(xiàn)，有可能發(fā)生拒動(dòng)現(xiàn)象。

根據(jù)二十五項(xiàng)反措要求，汽包水位當(dāng)有一點(diǎn)因某種原因須退出運(yùn)行時(shí)，應(yīng)自動(dòng)轉(zhuǎn)為二取一的邏輯判斷方式;當(dāng)有二點(diǎn)因某種原因須退出運(yùn)行時(shí)，應(yīng)自動(dòng)轉(zhuǎn)為一取一的邏輯判斷方式［4，6］。因此必須在水位保護(hù)邏輯中引入點(diǎn)的質(zhì)量判斷，當(dāng)某一點(diǎn)退出運(yùn)行變成壞質(zhì)量點(diǎn)時(shí)，將這一點(diǎn)退出保護(hù)邏輯，自動(dòng)切換到另外兩點(diǎn)二取一的邏輯判斷方式;當(dāng)兩點(diǎn)都退出運(yùn)行變成壞質(zhì)量點(diǎn)時(shí)，自動(dòng)切換到一取一的邏輯判斷方式。

要實(shí)現(xiàn)上述功能最關(guān)鍵的就是將每個(gè)點(diǎn)都經(jīng)過質(zhì)量判斷，即保護(hù)邏輯中使用質(zhì)量判斷后的點(diǎn):若是好質(zhì)量點(diǎn)則可以輸出為“1”;若是壞質(zhì)量點(diǎn)則信號(hào)輸出為“0”。實(shí)現(xiàn)引入質(zhì)量判斷的邏輯就是:將該點(diǎn)的模擬量質(zhì)量判斷信號(hào)取“非”后再“與”上此點(diǎn)的開關(guān)量信號(hào)作為水位保護(hù)中使用的點(diǎn)。優(yōu)化汽包水位邏輯要考慮到以下兩種工況:

(1)三個(gè)點(diǎn)都正常工況。在這種工況下，將三個(gè)經(jīng)過質(zhì)量判斷后的點(diǎn)引入三取二算法塊，當(dāng)輸入信號(hào)兩個(gè)為“1”時(shí)輸出即為“1”，這是最基本的三取二邏輯判斷方式。三個(gè)點(diǎn)都為好點(diǎn)的工況下使用的是這一路邏輯。

(2)有質(zhì)量壞點(diǎn)的工況。這里又分為三種情況:存在一個(gè)壞點(diǎn)、兩個(gè)壞點(diǎn)和三個(gè)點(diǎn)均不可用，第三種情況就應(yīng)立即停爐，邏輯中不予考慮。存在一個(gè)壞點(diǎn)和兩個(gè)壞點(diǎn)的工況可以使用一路邏輯來實(shí)現(xiàn):分別將三個(gè)經(jīng)過質(zhì)量判斷后的點(diǎn)和三個(gè)模擬量質(zhì)量判斷信號(hào)點(diǎn)取“或”;再將這兩個(gè)“或”門出口信號(hào)相“與”。

將第一種工況下三取二算法塊出口和第二種工況下“與”門出口二者相“或”，即可實(shí)現(xiàn)三個(gè)點(diǎn)都正常時(shí)為三取二邏輯判斷方式;當(dāng)有一點(diǎn)因某種原因須退出運(yùn)行時(shí)，應(yīng)自動(dòng)轉(zhuǎn)為二取一的邏輯判斷方式;當(dāng)有二點(diǎn)因某種原因須退出運(yùn)行時(shí)，應(yīng)自動(dòng)轉(zhuǎn)為一取一的邏輯判斷方式。

優(yōu)化后的汽包水位保護(hù)邏輯圖如圖3所示。

圖3 優(yōu)化后汽包水溫邏輯圖

3 優(yōu)化后相關(guān)試驗(yàn)

邏輯組態(tài)完畢后必須按照文獻(xiàn)［7］進(jìn)行相關(guān)的測(cè)試實(shí)驗(yàn)，一方面是為了檢測(cè)邏輯組態(tài)是否正確，信號(hào)經(jīng)邏輯判斷后能否正常發(fā)出去;另一方面是為了檢查點(diǎn)的質(zhì)量判斷信號(hào)和水位保護(hù)用的開關(guān)量信號(hào)是否一一對(duì)應(yīng)。

測(cè)試方法分為三個(gè)步驟:

(1)模擬三個(gè)汽包水位均為“好質(zhì)量點(diǎn)”工況。在就地用三個(gè)信號(hào)源對(duì)“好質(zhì)量點(diǎn)”施加信號(hào)，仿真汽包水位高低值，查看水位高低MFT信號(hào)能否發(fā)出。

(2)模擬汽包水位有兩個(gè)“好質(zhì)量點(diǎn)”的工況。將其中任一個(gè)汽包水位信號(hào)線斷開，用另外兩個(gè)點(diǎn)仿真汽包水位的高低值，查看MFT信號(hào)能否發(fā)出。再依次將另外兩個(gè)汽包水位信號(hào)線斷開，做同樣的仿真模擬實(shí)驗(yàn)。

(3)模擬汽包水位有一個(gè)“好質(zhì)量點(diǎn)”的工況。將其中任兩個(gè)汽包水位信號(hào)線斷開，用另外一個(gè)點(diǎn)仿真汽包水位的高低值，查看MFT信號(hào)能否發(fā)出。再依次將對(duì)另外的兩點(diǎn)做同樣的仿真模擬實(shí)驗(yàn)。

這部分試驗(yàn)是非常必要的，因?yàn)樵跍y(cè)試過程中就發(fā)現(xiàn)了點(diǎn)的質(zhì)量判斷信號(hào)和水位保護(hù)用的開關(guān)量信號(hào)沒有一一對(duì)應(yīng)，這就導(dǎo)致了某一點(diǎn)的壞質(zhì)量信號(hào)存在情況下，此點(diǎn)的開關(guān)量水位保護(hù)信號(hào)還能發(fā)出，這樣就有可能發(fā)生由于一個(gè)汽包水位壞質(zhì)量點(diǎn)導(dǎo)致MFT信號(hào)發(fā)出。因此汽包水位保護(hù)邏輯修改后必須進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)試。

4 結(jié)論

通過本文的邏輯優(yōu)化，汽包水位保護(hù)邏輯實(shí)現(xiàn)了由三取二自動(dòng)轉(zhuǎn)為二取一或一取一的邏輯判斷，優(yōu)化后保護(hù)邏輯簡(jiǎn)單精妙，使用最少的邏輯算法塊實(shí)現(xiàn)了較為復(fù)雜的邏輯判斷功能。全面落實(shí)了二十五項(xiàng)反措有關(guān)汽包水位保護(hù)邏輯的要求，消除了汽包水位保護(hù)邏輯中存在的拒動(dòng)隱患，保證了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，為同類保護(hù)邏輯的優(yōu)化也提供的借鑒。

［1］國(guó)家電力公司.防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求［R］.北京:中國(guó)電力出版社，2001:8－9.

［2］胡利峰，王榮健，孟建剛.鍋爐汽包水位測(cè)量系統(tǒng)存在的問題［J］.內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2006，24(7):87－99.

［3］王學(xué)，魏向國(guó)，倪敏.600MW機(jī)組鍋爐汽包水位保護(hù)系統(tǒng)存在的問題及處理［J］.河北電力技術(shù)，2010，29(4):37－38.

［4］吳金輝.汽包水位保護(hù)三取二邏輯的實(shí)現(xiàn)［J］.PLC工控機(jī)與集散控制系統(tǒng)，2006，29(8):27－30.

［5］劉復(fù)平，王伯春，劉文豐.鍋爐汽包水位保護(hù)邏輯的完善［J］.湖南電力，2005，25(2):29－32.

［6］吳金輝.汽包水位保護(hù)邏輯改造在三河發(fā)電廠的應(yīng)用［J］.電力設(shè)備，2006，7(6):74－76.

［7］電力行業(yè)熱工自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn).DRZ/T 01—2004，火力發(fā)電廠鍋爐汽包水位測(cè)量系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定［S］.北京:中國(guó)電力出版社.2006:35.