锅炉汽包水位保护研究的进展

第２４卷第４期　上　海　电　力　学　院　学报　Ｖｏ１．２４．Ｎｏ．４　２００８年ｌ２月　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｄｅｌ２．　２０ｏ８　文章编号：１００６—４７２９（２００８）Ｏ４—０３６１一ｏ４　锅炉汽包水位保护研究的进展　李平　，杨平　（１．东华大学上海２０００５１；２．上海电力学院上海２０００９０）　摘要：分析了锅炉汽包水位保护技术在水位保护信号的摄取、保护逻辑的设计、水位计本身的误差、测量取　样管泄漏的发现及补偿等方面所取得的进展．提出了采用软测量技术改进测量方式，以达到改进汽包水位保　护系统的目的．　关键词：锅炉；水位保护；测量方式　中国分类号：ＴＫ２２３．１　３；ＴＫ２２３．７　５　文献标识码：Ａ　Ｔｈｅ　Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｄｒｕｍ　Ｗａｔｅｒ—ｌｅｖｅｌ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ＬＩ　Ｐｉｎｇ　，ＹＡＮＧ　Ｐｉｎｇ２　（１．Ｄｏｎｇｈｕａ　Ｕｎｉｖｅｒｓ　，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００５１，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００９０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｏｆ　ｄｒｕｍ　ｗａｔｅｒ—ｌｅｖｅｌ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎｖｏｌｖｅｓ　ｍａｎｙ　ａｓｐｅｃｔｓ．Ｉｔ　ｈａｓ　ｇｒｅａｔ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｇａｉｎｓ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ—ｌｅｖｅｌ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｓｉｇｎａｌｓ，ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｌｏｇｉｃ，　ｔｈｅ　ｅＦＦｏｒｓ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ—ｌｅｖｅｌ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　ｉｔｓｅｌｆ，ｔｈｅ　ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌｅａｋａｇｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓａｍｐｌｉｎｇ　ｐｉｐｅ　ａｎｄ　ＳＯ　ｏｎ．Ａｔ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ，ｓｏｆｔ—ｓｅｎｓｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｓ　ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｄｒｕｍ　ｗａｔｅｒ—ｌｅｖｅｌ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：　ｂｏｉｌｅｒ；ｄｒｕｍ　ｗａｔｅｒ—ｌｅｖｅｌ；ｓｅｎｓｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　锅炉汽包水位保护是保证锅炉安全稳定运行　的重要手段．国家电力公司在２０００年发布的《防　１　锅炉汽包水位保护的基本原理　止电力生产重大事故的二十五项重点要求》　中，对锅炉汽包水位保护逻辑有专门的要求，水位　１．１锅炉汽包水位保护信号的摄取　保护系统应该能在锅炉缺水时及时动作．避免干　水位保护限值有３对，分别称为高１，高２，高　锅和烧坏水冷壁；满水时能自动打开放水阀；水位　３值和低ｌ，低２，低３值．高１，低１和高２，低２值　系统达到极限时能停炉、停机、关闭主汽门，防止　为报警值，高３，低３值为停炉值．对于各动作点　设备损坏．在锅炉的实际运行中，常常因为锅炉汽　开关量信号摄取采用“三取二”信号法，比串并联　包水位测量信号的准确度不高、水位表失灵，或电　法少用一个传感器，且可提高信号单元的可靠性；　缆短路等问题，使得锅炉汽包水位保护系统的可　对于模拟量水位信号，常用信号多重化摄取法中　靠性大为降低，给机组的安全稳定运行带来隐患．　的“三取中”法　Ｊ．　收稿日期：２００８—０７一Ｏ１　作者简介：李平（１９７７一），女，助理研究员，河南商丘人．主要研究方向为检测技术与自动化装置，锅炉汽包水位保　护系统．Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｉｐｉｎｇ＠ｓｈｉｅｐ．ｅｄｕ．ｅｌ１．　上海电力学院学报　２００８焦　１．２锅炉汽包水位保护逻辑　复；当有两点因故退出运行时，自动转为一取一的　逻辑判断方式，限期恢复．逾期不能恢复，则立即　停止锅炉运行　．　锅炉汽包水位高、低保护按照要求应采用独　立测量的三取二逻辑判断方式．当有一点因故退　出运行，自动转为二取一的逻辑判断方式，限期恢　汽包水位高保护逻辑见图ｌ，汽泡水位低保　护逻辑见图２．　图１水位高保护逻辑示意　图２水位低保护逻辑示意　当水位达高１，高２，高３值时发出报警信号．　当锅炉汽压过高，安全门开启时，蒸汽压力会瞬时　下降，则汽包水位瞬时增高，此时不送出水位高的　保护信号，而在安全门未动作或动作并闭锁６０　Ｓ　李平，等：锅炉汽包水位保护研究的进展　后，水位高１，高２值同时存在时，开启事故放水　门　』．而水位恢复到高ｌ值以下，则关闭事故放水　门；若水位继续上升到高３值时，则紧急停止锅炉　运行．当水位达低１，低２，低３值时发出报警信　２．３信号质量的自动校验　某汽包测量信号退出运行，可能是变送器质　量欠缺，测量信号线断线、水位测量取样管因严重　号，在未接收到安全门动作６０　Ｓ内、炉膛灭火、主　泄漏等原因造成测量值超出变送器的测量范围，　汽压力高３个闭锁指令的情况下，水位低２值信　号存在，则关定期排污总门．当水位在低１，低２　值时，开备用给水门；当水位低２，低３值相继出　现时，表示锅炉严重缺水，需紧急停炉．　２锅炉汽包水位保护的改进　２．１　电接点水位计保护信号误动的改进　当锅炉水位测量常见的电接点筒体内水清洁　度不够、接点经常挂水珠时，易引起高３值误动，　导致锅炉产生ＭＦＴ（主燃料跳闸保护）动作．电接　点水位计受环境温度影响较大，白天偏差较小，而　夜晚偏差较大．稍有波动时，尽管其他水位计还显　示有水，电接点水位计已发现低３值，锅炉ＭＦＴ　已动作．电接点水位计电极泄漏频繁，经常会引起　保护误动　Ｊ，若频繁更换电极，则易引起筒体上　的螺纹滑丝．为防止以上误动，可对其水位保护回　路进行改动，即将高１，高２，高３值串联后输出作　为电接点表计的汽包水位高信号，低１，低２，低３　值接点相串联后输出作为电接点表计的汽包水位　低信号．这样使得低３值或高３值某一个电极误　动，其他信号不受到影响，电接点不会误发信　号Ｅ　．　２．２汽包水位采样信号的改进　锅炉汽包水位保护信号的选取直接关系到保　护系统的动作　．而汽包水位保护信号的选取应　该考虑其准确性、稳定性、可靠性及水位保护实际　传动校验性，避免保护与自动调节信号的集中．对　于常见的差压式和电极式保护信号而言，电极式　保护信号取样稳定、真实，报警电极可作定点检　测，其开关量测量的准确性、稳定性和可信度都是　差压式保护信号无法达到的．差压式保护的测量　系统自锅炉冷态点火到正常测量需要的过渡时间　长，在此期间测量不稳定、变化大，信号不及电极　式保护信号，且电极式保护实际传动校验快、结果　准、实施易．因此，在同等条件下可选择电极式保　护信号以改进采样信号．　这些情况可由ＤＣＳ（分散控制系统）的质量校验　模块根据超量程判断该测点质量的好坏．当测量　信号超过某一设定范围值时，可判断该测量点为　坏点．因此，当汽包水位测量变送器信号回路断　路、短路，或变送器发生故障，测量信号超过设定　范围值时，都会自动判断出坏点＂　．　若其中１个变送器发生故障，则退出保护，余　下２个变送器中任一个测量值超限时，则启动保　护动作，满足二取一逻辑要求；若２个变送器发生　故障，则２个退出保护，此时第３个测量值超限时　则启动保护动作；若３个变送器全部发生故障，则　立即停炉　．　２．４取样管泄漏的自动检测　测量取样管泄漏会使测量值和实际值产生较　大偏差，以致数值失真，应退出运行．测量取样管　泄漏在实际运行中有３种情况：负压侧泄漏、正压　侧泄漏、平衡阀泄漏．锅炉运行期问，汽包水位计　取样管泄漏的现象是正负压侧内介质的温度上　升，可以采用加装温度测点的方法及时发现泄漏，　从而进行压力的在线补偿，即温度取一个固定值　（５０℃或６Ｏ℃　），加装温度测量点后，可直接测　量参比水柱温度进行温度的在线补偿，解决因环　境变化或取样管泄漏而引起的测量偏差．将加装　温度测量点温度与环境温度进行比较，当有泄漏　发生时，两者的温度偏差增大，从而可推断出坏　点，解决因泄漏引起的水位保护误动拒动问题．　２．５测量方式的改进　汽包水位计测量不准可导致运行人员误判　断、误操作，也会导致水位预警失灵、停炉保护拒　动等．其主要原因是汽包水位测量对象十分复杂，　而汽包水位测量大多采用连通管式或差压式测量　原理，使得汽包压力和测量参比的条件在变化时　会造成很大的误差．为解决该问题可采用间接测　量的思路，即利用易于获取的其他测量信息，通过　计算来实现对其的测量，也称之为软测量技　术　．　上海电力学院学报　２００８正　通过分析汽包水位对象特性可知，汽包液面　下容积其实是由饱和水容积和饱和汽容积组成　的，汽包水位的变化是由汽包中饱和水量和饱和　量，对于测量取样管的泄漏可加装温度测点来及　时发现并在线补偿，防止了水位保护误动拒动．同　时提出采用软测量技术改进测量方式，从而改进　汽量综合作用的结果．由此，可建立软测量的模型　如下．　ｚ＝　汽包水位的保护系统．　、　参考文献：　【１］　国家电力公司．防止电力生产重大事故的二十五项重点　式中：Ｚ——被测的汽包水位；　要求．北京：中国电力出版社，２０００．　——汽包液面下水容积；　佟海云，翁莹．１　～６　锅炉汽包水位测量方法的改造［Ｊ］．　汽包液面下汽容积；　内蒙古石油化工，２００８，（１）：６２－６３．　——朱克．基于ＰＬＣ技术的锅炉汽包水位保护控制［Ｊ］．华中　Ａ　——运行水位下汽包横截面；　电力，２００５，１８（５）：３７－３８．　ｚ。——汽包正常水位线．　靖长财．防止锅炉汽包水位保护拒动和误动的措施［Ｊ］．　和　可通过可测变量导出．该测量模型　锅炉技术，２００６，３７（１）：４７４９．　在具体的现场仿真验证中取得了较好的效果，基　鲁学农，张朝阳．锅炉汽包水位保护逻辑优化［Ｊ］．华北电　本能与汽包水位实际测量值趋势相吻合．　力技术，２００３，（６）：４２　．　田鑫．锅炉汽包水位保护系统的分析及改进［Ｊ］．黑龙江　３　结束语　１ｊ　１Ｊ　１Ｊ　科技信息，１ｊ２００７，（５）：　４７．　　—ｍ　Ｊ　路自龙．汽包锅炉水位保护系统的改进［Ｊ］．青海电力，　经研究发现，锅炉汽包水位的保护技术有了　２００５，２４（３）：３１－３３．　较大发展．在保护信号的摄取上，对开关信号采用　何钧，曾德良，陈彦桥．锅炉汽包水位软测量模型［Ｊ］．华　三取二法较好，对模拟信号则采用三取中法较好．　北电力大学学报，２００７，３４（１）：４１－４３．　在保护逻辑设计上，考虑了安全门开启时信号波　刘复平，刘武林，朱晓星．湖南省火电厂锅炉汽包水位测　量保护系统的调查和分析［Ｊ］．湖南电力，２００７，２７（５）：　动．针对电接点水位计挂水，提出了串连接法．针　２４－２７．　．　对改进汽包水位采样信号，提出采用电极式保护　吴跃明，唐世蔼，锅炉汽包水位监控及保护存在问题分析　信号．由ＤＣＳ的质量校验模块自动校验信号的质　与整改［Ｊ］．淮南职业技术学院学报，２００６，２１（６）：７６－７９．　本刊荣获“中国科技论文在线优秀期刊＂二等奖　由国家教育部主办的“中国科技论文在线”于近日公布了２００８年“中国科技论　文在线优秀期刊”获奖名单，共有１５种科技期刊荣获一等奖，３９种科技期刊荣获二　等奖。本刊荣获二等奖。　为了做好这次评选活动，保证评选质量和公正性，教育部科技发展中心在２００７　年就发布了《关于组织“中国科技论文在线优秀期刊”评选活动的通知》，同时公布　了“中国科技论文在线优秀期刊”评选指标体系。根据期刊的影响因子和他引率、网　站收录论文数和下载量、期－？ｌｊ入网的完整性及期刊编委的国际化程度等指标，对获　奖期刊进行了严格的评审。一些著名的高校学报，如《清华大学学报（自然科学　版）》、《东南大学学报（自然科学版）》和《西安交通大学学报》均榜上有名。　本刊能在这次评选中脱颖而出、获此荣誉实属不易，是学校领导长期重视学报　工作的结果，也是本刊编辑部坚持编辑质量、努力提高学术质量的结果。