600 MW機(jī)組凝汽器水位測量及保護(hù)可靠性完善

柴 赟

(廣東粵電靖海發(fā)電有限公司，廣東 揭陽 515223)

1 差壓水位的測量原理

目前，廣東粵電靖海發(fā)電有限公司1，2號機(jī)組凝汽器熱井水位采用間接測量法，即通過測量水位差壓得到水位高度。

現(xiàn)場水位測量裝置采用2套差壓變送器，其工作原理如圖1所示。變送器高壓側(cè)連接1個液面恒定的測量桶(平衡容器)，低壓側(cè)連接需要測量液位的容器的底部。當(dāng)容器內(nèi)部的水位發(fā)生變化，變送器的差壓就隨之變化。依據(jù)液位高度與壓強(qiáng)的關(guān)系ΔP=ρgΔh，差壓與液位高度差呈線性關(guān)系，只要測量差壓就可以換算水位高度。實(shí)際布置管路會因?yàn)楝F(xiàn)場情況變得更加復(fù)雜。

圖1 凝汽器水位差壓測量原理

2 差壓水位測量方式現(xiàn)狀

2.1 取樣點(diǎn)布置不合理

凝汽器水位測量裝置僅有1對高、低壓取樣口，各經(jīng)1條總管引出后在測量裝置處一分為二，分別送至2臺差壓變送器。此種取樣方式須在凝汽器熱井上開口再用一次門隔離，造成取樣口少，這對防止真空泄漏有一定作用，也可防止出現(xiàn)2套測量裝置測量水位不一致的情況，但是不利于測量多點(diǎn)取樣的合理實(shí)施，存在因測點(diǎn)不足導(dǎo)致保護(hù)誤動作的風(fēng)險(xiǎn)。

一旦出現(xiàn)變送器故障、取樣管路堵塞或是密封不良等情況，2套測量裝置將同時(shí)測不到正常液位，遠(yuǎn)方畫面將無法監(jiān)視凝汽器液位，同時(shí)邏輯保護(hù)將存在誤動作和拒動作風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 差壓裝置管路漏真空風(fēng)險(xiǎn)大

差壓測量裝置安裝在凝汽器下方6 m處，管路布置較長且經(jīng)過一次門和二次門后，進(jìn)入變送器接口。由于隔離閥門使用卡套而非焊接形式，造成管路和變送器連接環(huán)節(jié)都存在真空泄漏風(fēng)險(xiǎn)。

一次變送器校驗(yàn)后，由于安裝不嚴(yán)密，將造成管路微量泄漏真空。若1套測量裝置的引壓管進(jìn)入了空氣，在8 h內(nèi)變送器差壓會發(fā)生緩慢變化，造成一個水位測量值緩慢升高。由于管程長、環(huán)節(jié)多，采用正壓管路查漏方法將無法查找負(fù)壓管路泄漏點(diǎn)，若管路真空泄漏非常輕微，則查找漏點(diǎn)工作將變得異常困難。

2.3 差壓變送器檢修維護(hù)風(fēng)險(xiǎn)大

在某次查漏過程中，采用真空倒吸辦法排空，在變送器排污口處引水，經(jīng)取樣口吸入凝汽器。經(jīng)過倒吸排空后液位測量恢復(fù)正常，但存在以下問題和風(fēng)險(xiǎn)。

(1) 在一個水位變送器排空氣過程中，另一個變送器受到共用取樣管路影響而無法監(jiān)視到凝汽器水位，需要運(yùn)行人員就地監(jiān)視液位，供集控操作人員參考。

(2) 凝汽器液位低于200 mm，跳閘凝結(jié)水泵保護(hù)失效。同時(shí)，無法滿足1臺凝結(jié)水泵故障跳閘連鎖啟動備用泵的允許條件之一：“凝汽器液位高于800 mm”，即在凝結(jié)水泵連鎖啟動條件觸發(fā)的緊急情況下，無法啟動備用凝結(jié)水泵，造成事故擴(kuò)大化。

(3) 在機(jī)組運(yùn)行期間，水位測量裝置不能長時(shí)間處于故障檢修狀態(tài)，不能長時(shí)間失去凝汽器水位監(jiān)測。

3 保護(hù)邏輯存在的問題

凝汽器水位信號的邏輯處理及涉及的保護(hù)邏輯存在以下問題。

(1) 目前，凝汽器水位信號在DCS邏輯中取平均值作為邏輯保護(hù)信號源，當(dāng)一個測量裝置出現(xiàn)偏差或壞點(diǎn)等情況時(shí)，則需要操作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)偏差報(bào)警，手動選擇另一個測點(diǎn)。此種情況下即成為單點(diǎn)監(jiān)視和保護(hù)，風(fēng)險(xiǎn)較高。

(2) 凝結(jié)水泵的啟、停邏輯信號不合理，不符合《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》中“所有重要的主、輔機(jī)保護(hù)都應(yīng)采用‘3取2’的邏輯判斷方式”的要求。

目前，該廠凝結(jié)水泵的啟動允許條件為：“2個凝汽器水位測量平均值超過800 mm，凝汽器液位正常，允許凝結(jié)水泵啟動；2個凝汽器水位測量平均值低于200 mm，跳閘凝結(jié)水泵?！蹦Y(jié)水泵作為凝結(jié)水系統(tǒng)的重要設(shè)備，由于低水位保護(hù)在硬件布置和邏輯設(shè)計(jì)上的安全性不高，當(dāng)水位信號異常時(shí)，將嚴(yán)重威脅保護(hù)的可靠性。

由于凝汽器水位測點(diǎn)的安裝布局和邏輯設(shè)計(jì)以及測量裝置均不能滿足凝結(jié)水泵安全運(yùn)行的要求，保護(hù)可靠性不足，因此必須在測量方式、測量裝置以及邏輯信號處理完善化方面予以改善。

4 凝汽器水位測量及信號邏輯改進(jìn)

4.1 水位測量方式改進(jìn)

針對當(dāng)前差壓變送器測量方式存在安全性不足，且取樣點(diǎn)僅有1個的情況，采取增加凝汽器水位測點(diǎn)以及改變水位測量方式的措施，將水位差壓變送器的間接測量方式改為直接測量。

4.1.1 增加凝汽器水位測點(diǎn)

在凝汽器熱井的一側(cè)再增開2個測量孔，縮短取樣管路管程。將3個取樣點(diǎn)引出的凝汽器水位測量信號分別送入DCS通道，供遠(yuǎn)程畫面顯示和操作人員參考，并作為相關(guān)邏輯的信號處理源。

4.1.2 更改水位測量裝置

經(jīng)過對多種水位測量裝置優(yōu)缺點(diǎn)比較以及測量環(huán)境、測量對象的多方面論證，針對差壓水位測量裝置在運(yùn)行中存在的安全缺陷和檢修風(fēng)險(xiǎn)，決定將原有的差壓變送器拆除，凝汽器熱井一側(cè)共計(jì)3個取樣口，各安裝1臺導(dǎo)波雷達(dá)式測量裝置。引出管采用焊接方式連接隔離閥門和測量裝置，從根本上杜絕真空泄漏，也為單個裝置檢修提供可靠的隔離手段，并從測點(diǎn)數(shù)量和測量方式上為水位測量和邏輯保護(hù)提供了有力的安全保障。

4.2 水位信號處理邏輯的完善

涉及凝汽器水位信號的主要控制對象是凝汽器水位調(diào)節(jié)閥和凝結(jié)水泵。水位模擬信號引入凝汽器水位調(diào)節(jié)閥控制邏輯，作為水位控制調(diào)節(jié)閥門單回路PID調(diào)節(jié)的依據(jù)；水位模擬信號轉(zhuǎn)換為開關(guān)信號，作為連鎖啟動凝結(jié)水泵允許信號和凝汽器水位低跳閘凝結(jié)水泵的保護(hù)信號。

水位模擬信號采用“3取中”的邏輯處理作為自動調(diào)節(jié)信號引入邏輯。將3個凝汽器水位模擬量信號取中值送至凝汽器水位調(diào)節(jié)閥控制邏輯，同時(shí)送入相關(guān)設(shè)備的邏輯控制通道，避免了單個取樣口測量水位造成的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，單套或2套測量裝置檢修時(shí)不影響正常的水位監(jiān)測和相關(guān)設(shè)備控制，給凝汽器相關(guān)設(shè)備的控制安全性和檢修工作實(shí)施提供了有力的保障。

將3個水位模擬信號分別進(jìn)行低值判斷，再進(jìn)行“3取2”處理引入凝結(jié)水泵保護(hù)邏輯。3個模擬量水位信號至少出現(xiàn)2個水位低于200 mm信號，才會觸發(fā)凝結(jié)水泵低水位跳閘保護(hù)，有效地避免了凝結(jié)水泵低水位保護(hù)誤動作，提高了該重要保護(hù)的可靠性。將水位模擬信號經(jīng)過開關(guān)量轉(zhuǎn)換提供給凝結(jié)水泵連鎖啟動和保護(hù)跳閘的邏輯回路，大大提高了保護(hù)的可靠性，達(dá)到了“二十五項(xiàng)重點(diǎn)措施”要求。

5 改造效果

在凝汽器熱井水位測量裝置改造以及水位信號邏輯優(yōu)化后，凝結(jié)水泵及相關(guān)設(shè)備運(yùn)行的調(diào)節(jié)和保護(hù)信號可靠性得到了很大改善。導(dǎo)波雷達(dá)測量裝置密封性能良好，3套水位測量裝置運(yùn)行穩(wěn)定，使用壽命長，測量信號與就地雙色水位計(jì)顯示偏差小于1 cm，符合裝置測量誤差要求。自改造以來，3臺水位測量裝置未出現(xiàn)故障情況，維護(hù)工作量小，檢修難度大大降低，達(dá)到了正常調(diào)節(jié)要求，凝汽器水位低保護(hù)可靠性得到了有效提高。