300 MW燃煤機(jī)組FSSS改造

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)，是鍋爐安全運行的保證。廣安電廠31號機(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，大小故障時有發(fā)生;備品備件購買困難。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DCS系統(tǒng)進(jìn)行全面改造，這里僅對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號機(jī)組FSSS系統(tǒng)共有五面柜子組成，MFT主保護(hù)沒有獨立的機(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。OVATION系統(tǒng)的硬件模件分為特性模件和電子模件，現(xiàn)場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。電子模塊完成信號調(diào)節(jié)和模數(shù)轉(zhuǎn)換;同時，新系統(tǒng)的所有模件均在內(nèi)部實現(xiàn)了信號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)簡單、操作和維護(hù)成本低等其他優(yōu)點。

其次，OVATION系統(tǒng)MFT主保護(hù)柜的設(shè)計相對改造前的老系統(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路干接點開關(guān)量輸入。A組的3路輸入信號來自MFT的邏輯輸出，B組的3路輸入信號來自手動MFT按鈕;這兩組輸入信號分別通過三個繼電器實現(xiàn)3取2邏輯判斷后去驅(qū)動一個MFT判斷繼電器，該判斷繼電器的輸出作為BBPR01－1的輸出信號;BBPR01－2根據(jù)BBPR01－1的輸出向現(xiàn)場擴(kuò)展輸出16路常開或常閉干接點數(shù)字信號［1］。跳閘繼電器輸出設(shè)計為失電動作，動作繼電器為單穩(wěn)態(tài)繼電器，即:邏輯判斷MFT信號或者操作臺按鈕復(fù)位，硬回路動作消失。

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)計無疑具有其獨創(chuàng)性。但是也暴露出設(shè)計上的某些瑕疵。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)組運行時間進(jìn)一步加長，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。其繼電器柜獨立于DCS普通控制柜，在設(shè)計時充分考慮到了組裝、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)，實際電路簡單易用，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，提供了最高級別的安全電源。硬件電路仍采用兩路3取2設(shè)計，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，動作之后必須由DCS復(fù)位指令復(fù)位才能消除動作信號。復(fù)位回路中又串入動作繼電器的閉接點，防止在有硬回路動作的情況下DCS復(fù)位MFT。電源故障信號僅作為DCS報警顯示?？傮w設(shè)計為帶電跳閘，鍋爐吹掃完成脈沖來同時復(fù)位軟硬回路的MFT動作。

2 軟件系統(tǒng)分析

廣安電廠31號機(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)計煤種和校核煤種Ⅰ、Ⅱ。點火為二級點火，即高能點火器點輕油，由輕油點燃煤粉，點火及助燃用油為0號輕柴油。鍋爐配套的制粉系統(tǒng)為鋼球磨中間儲倉制熱風(fēng)送粉系統(tǒng)，配置4臺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。主要包括:

1)運行人員跳閘(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2 s;

4)爐膛壓力低低，3選2，延時2 s;

5)汽包水位高高，3選2，延時10 s;

6)汽包水位低低，3選2，延時10 s;

7)兩臺送風(fēng)機(jī)均停，延時2 s;

8)兩臺引風(fēng)機(jī)均停，延時2 s;

9)兩臺空預(yù)器均停，延時5 s;

10)火檢冷卻風(fēng)壓力低低，延時600 s;

11)總風(fēng)量＜30%，延時10 s;

12)延時點火:MFT復(fù)位后，在600 s之內(nèi)爐膛沒有建立第一個火焰;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，且有燃燒器投運記憶，即在停爐時不認(rèn)為失去全部燃料;

14)失去全部火焰，每層4個火檢中，若有3個顯示無火，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，延時25 s;

16)MFT繼電器已動作。

此次因為MFT柜子發(fā)生了重大變化，原先的FSSS電源故障必須做出改動;原先的MFT設(shè)計為失電跳閘，在MFT繼電器板出現(xiàn)問題或者DCS全部失電時，MFT直接動作。這樣的設(shè)計能起到在DCS失電時，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動作的軟硬統(tǒng)一。但此次如果仍按照原先的設(shè)計，就會出現(xiàn)問題。因為OVATION系統(tǒng)MFT柜設(shè)計為帶電跳閘。MFT柜失電后跳閘繼電器不會動作。所以此次為了做到MFT動作的軟硬統(tǒng)一，將此條邏輯修改為MFT已動作信號(脈沖)。

2.2 油槍點火

油槍點火邏輯，原先的層次不夠清晰。在油槍單角程控啟動操作中，將油槍點火槍同時進(jìn)，并且同時打火，這樣的設(shè)計雖然能在點火之初，或者緊急情況下快速投入油槍，但在其中一個設(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)點火槍，打火，開油閥［2］，任一步驟有故障即退出程控，這樣在時間上不輸于原先的邏輯，同時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。在此對這些一一做出分析。

首先，在31號機(jī)組建設(shè)過程中，原MFT硬回路系統(tǒng)設(shè)計不太完善，沒有觸點容量大，專門驅(qū)動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動作。圖3中A1節(jié)點為DCS輸出MFT信號，A3為操作臺手動MFT。這樣的設(shè)計對于在DCS失電的情況下，操作臺的手動MFT實際是起不到硬后備作用的。因為繼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)計是有缺陷的，但是對于驅(qū)動能力有限的MFT動作小繼電器來說，也許當(dāng)時只能通過這樣的方式完成硬手操MFT的動作。

圖3 老系統(tǒng)驅(qū)動大電機(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操作臺手動MFT直接去驅(qū)動MFT柜內(nèi)的動作繼電器，因為MFT柜內(nèi)動作繼電器電源取自110 V直流系統(tǒng)，即使DCS全部失電，操作臺手動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硬回路動作完全獨立于DCS系統(tǒng)，真正實現(xiàn)了MFT動作的硬后備，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)不能保持很長時間(原設(shè)計為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)過多次實踐，對吹掃時間稍微做了些調(diào)整，優(yōu)化了油角的程停邏輯，使得程控操作簡單實用，降低了運行人員的勞動強(qiáng)度。在RB投油方面，也根據(jù)實際情況優(yōu)化了自動投入BC層油的程序。主要體現(xiàn)在RB發(fā)生時，BC層油的順控程序能自動走兩遍，這樣可以避免RB工況時突然投油，很多油槍點火槍存在卡澀導(dǎo)致油角跳閘不能投入油角的問題，增強(qiáng)了RB工況時機(jī)組的響應(yīng)能力，使得BC層油槍能在RB工況時盡可能多的起到助燃鍋爐的作用。

4 結(jié)語

廣安31號機(jī)FSSS系統(tǒng)改造，從安裝接線、調(diào)試點火到并網(wǎng)發(fā)電，全部工作歷時35 d。31號機(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、運行風(fēng)險大等問題;同時在軟硬件設(shè)計方面又盡量做到與原先的設(shè)計保持一致，操作習(xí)慣保持一致。在個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)運行打下了堅實的基礎(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］.