電站鍋爐長(zhǎng)程吹灰器故障報(bào)警邏輯優(yōu)化

李宗攀，孫長(zhǎng)安，羅瑞文

（國(guó)能浙江寧海發(fā)電有限公司，浙江 寧波 315600）

引言

大型火力發(fā)電廠鍋爐長(zhǎng)程吹灰器主要用于爐膛內(nèi)過(guò)熱器、再熱器及省煤器換熱面的清潔，防止換熱面長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后積灰、結(jié)焦造成傳熱惡化。長(zhǎng)程吹灰器數(shù)量眾多，其工作環(huán)境較為惡劣，由于布置在室外鍋爐鋼結(jié)構(gòu)上，振動(dòng)、粉塵、高溫等惡劣環(huán)境會(huì)導(dǎo)致在吹灰過(guò)程中出現(xiàn)卡澀、行程開(kāi)關(guān)誤動(dòng)作、中途掉電停運(yùn)等缺陷。寧海電廠某機(jī)組曾發(fā)生過(guò)因就地控制回路電源保險(xiǎn)熔斷,導(dǎo)致正在工作的吹灰槍停在爐膛內(nèi)，而由于DCS 吹灰控制系統(tǒng)沒(méi)有引入單支吹灰槍的實(shí)際進(jìn)退信號(hào)，同時(shí)吹灰器報(bào)警邏輯設(shè)計(jì)不完善，操作員未及時(shí)發(fā)現(xiàn)這些異常，當(dāng)吹灰汽源被切斷后，吹灰槍被高溫?zé)煔饧訜釋?dǎo)致彎曲變形，存在掉落砸壞爐底水冷壁的風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重影響了機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 長(zhǎng)程吹灰器的系統(tǒng)配置和控制原理

該廠一期4 臺(tái)630 MW 機(jī)組在鍋爐過(guò)熱器、再熱器兩側(cè)左右對(duì)稱配置了湖北戴蒙德公司生產(chǎn)的長(zhǎng)程吹灰器，鍋爐左墻、右墻各28 支。當(dāng)鍋爐負(fù)荷達(dá)到70%時(shí)，操作員在集控室通過(guò)DCS 操作畫面遠(yuǎn)程啟動(dòng)吹灰程序，爐膛兩側(cè)各有一只長(zhǎng)吹采用對(duì)吹的方式進(jìn)行吹灰，28 對(duì)吹灰器在DCS 控制下按順序進(jìn)行吹灰。

DCS 系統(tǒng)通過(guò)DO 卡件向吹灰動(dòng)力控制柜發(fā)送10 s 啟動(dòng)脈沖，控制柜內(nèi)接觸器動(dòng)作，電機(jī)正轉(zhuǎn)，帶動(dòng)吹灰槍開(kāi)始進(jìn)入爐膛，蒸汽閥門通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)自動(dòng)打開(kāi)，蒸汽吹灰開(kāi)始。當(dāng)吹灰器前進(jìn)到進(jìn)限位開(kāi)關(guān)位置時(shí)，通過(guò)電路控制電機(jī)反轉(zhuǎn)，吹灰槍自動(dòng)折返。吹灰器后退到退限位開(kāi)關(guān)時(shí)，控制電路斷電，同時(shí)通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)自動(dòng)切斷汽源，一個(gè)吹灰過(guò)程結(jié)束。

圖1 所示為單支吹灰槍的電氣控制原理圖，該回路是一個(gè)退優(yōu)先的吹灰器電機(jī)換向控制回路。當(dāng)就地按下START 或DCS 發(fā)出一個(gè)啟動(dòng)脈沖時(shí)，F(xiàn) 前進(jìn)接觸器吸合，吹灰器前進(jìn)。同時(shí)，F(xiàn) 的輔助觸點(diǎn)F-1 閉合，當(dāng)吹灰器前進(jìn)后LSR 閉合，從而使得F 接觸器形成自鎖回路，此時(shí)方可松開(kāi)START 按鈕或者復(fù)位啟動(dòng)脈沖。當(dāng)吹灰器繼續(xù)前行進(jìn)到位后，LSF 斷開(kāi)，F(xiàn) 接觸器失電斷開(kāi)，此時(shí)F-2 閉合，后退接觸器R 得電，吹灰器后退，直到后退至退到位開(kāi)關(guān)LSR 時(shí)，R 失電。至此，一個(gè)進(jìn)退行程完成，吹灰結(jié)束。

2 吹灰控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題

由于吹灰器數(shù)量眾多，為了減少基建期信號(hào)電纜和I/O 通道的數(shù)量，同側(cè)的吹灰器信號(hào)進(jìn)行了并聯(lián)。DCS 控制系統(tǒng)對(duì)鍋爐左墻、右墻吹灰器各分配31 個(gè)I/O 點(diǎn)參與控制：其中28 個(gè)DO 點(diǎn)用于DCS 發(fā)出啟動(dòng)脈沖給每臺(tái)吹灰器控制電路、28 臺(tái)吹灰器的電機(jī)前進(jìn)接觸器輔助觸點(diǎn)并聯(lián)后形成1 個(gè)DI 點(diǎn)送給DCS，用來(lái)表征左墻有吹灰器在前進(jìn)、后退接觸器和熱繼電器。同理，也是通過(guò)并聯(lián)的方式，各用1 個(gè)DI 點(diǎn)進(jìn)DCS。

由于每臺(tái)吹灰器的進(jìn)到位、退到位信號(hào)并未引入到DCS，DCS 系統(tǒng)只能通過(guò)單臺(tái)吹灰器的啟動(dòng)指令和進(jìn)接觸器狀態(tài)、退接觸器狀態(tài)，綜合判斷當(dāng)前正在吹灰器的工作狀態(tài)為停止、前進(jìn)中、后退中，并不能準(zhǔn)確表征每臺(tái)吹灰器是否真正后退到位。

吹灰器在吹灰時(shí)，如果發(fā)生以下3 種異常情況，DCS 由于引入的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)過(guò)少，現(xiàn)有邏輯將無(wú)法進(jìn)行識(shí)別報(bào)警，會(huì)誤以為該吹灰器吹灰結(jié)束。

吹灰時(shí)若控制電路的保險(xiǎn)絲熔斷，控制電源失電；吹灰器在退行程時(shí)，退到位行程開(kāi)關(guān)故障；機(jī)械卡澀或傳動(dòng)系統(tǒng)故障，導(dǎo)致吹灰槍停止前進(jìn)或后退，電機(jī)長(zhǎng)期空轉(zhuǎn)，無(wú)法觸發(fā)熱繼電器動(dòng)作時(shí)。

以上情況會(huì)導(dǎo)致吹灰器停止前進(jìn)或者后退，吹灰槍長(zhǎng)時(shí)間停在爐膛固定位置吹灰而不易被發(fā)現(xiàn)。吹灰器長(zhǎng)時(shí)間在固定位置吹灰會(huì)導(dǎo)致該處過(guò)熱器管壁被高壓蒸汽吹損減薄，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生爆管事故。在鍋爐吹灰子組結(jié)束吹灰時(shí)，蒸汽汽源會(huì)被切斷，這將導(dǎo)致停留在爐膛內(nèi)的故障吹灰槍失去冷卻汽源，從而造成吹灰器槍管被燒彎，嚴(yán)重時(shí)會(huì)掉落砸傷爐膛底部水冷壁和撈渣機(jī)，造成安全事故。

3 報(bào)警邏輯的設(shè)計(jì)與組態(tài)

3.1 吹灰器報(bào)警邏輯的優(yōu)化

吹灰控制系統(tǒng)原有報(bào)警邏輯只有電機(jī)過(guò)載報(bào)警，無(wú)法對(duì)本文描述的3 種典型故障進(jìn)行識(shí)別報(bào)警。由于吹灰器的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)為電機(jī)—齒輪減速—齒條傳動(dòng)，其傳動(dòng)比固定，查閱吹灰槍歷史曲線發(fā)現(xiàn)，全行程時(shí)間T 的誤差在±2 s 以內(nèi)，據(jù)此，本文設(shè)計(jì)了圖2 所示的吹灰器邏輯報(bào)警優(yōu)化回路。

在圖2 的報(bào)警邏輯中，XG01 為有吹灰器前進(jìn)接觸器吸合，XG02 為有吹灰器后退接觸器在吸合狀態(tài)，遠(yuǎn)方啟動(dòng)信號(hào)由操作員手動(dòng)發(fā)出或者順控程序自動(dòng)發(fā)出。本報(bào)警邏輯可以對(duì)吹灰器運(yùn)行過(guò)程中的3 類故障進(jìn)行監(jiān)控報(bào)警。

1）吹灰器啟動(dòng)失敗報(bào)警：在DCS 發(fā)出啟動(dòng)脈沖10 s 后，在10～11 s 時(shí)間段，檢測(cè)吹灰器驅(qū)動(dòng)電機(jī)前進(jìn)接觸器的吸合狀態(tài)。如果該邏輯為1，則表明啟動(dòng)指令發(fā)出后接觸器自鎖回路在10 s 內(nèi)未成功建立，這說(shuō)明就地吹灰槍并未移動(dòng)或吹灰槍已前行，但退到位行程開(kāi)關(guān)故障。

2）吹灰過(guò)程中吹灰槍異常停運(yùn)：在單支吹灰槍進(jìn)、退行程中檢測(cè)進(jìn)、退接觸器的吸合狀態(tài)，如果有異常原因?qū)е驴刂苹芈肥щ?，使得XG01 或XG02 信號(hào)丟失，則會(huì)延時(shí)2 s 觸發(fā)報(bào)警。其中脈沖長(zhǎng)度T1由全行程時(shí)間T 減去10 s 計(jì)算得到，延時(shí)2 s 則是考慮了進(jìn)、退接觸器切換的時(shí)間差，防止因正常切換造成報(bào)警誤發(fā)。

3）吹灰器運(yùn)行超時(shí)報(bào)警：通過(guò)判斷進(jìn)、退接觸器的吸合時(shí)間是否超過(guò)正常運(yùn)行時(shí)間來(lái)進(jìn)行判斷。這里的T-on 延時(shí)時(shí)間T2一般為正常運(yùn)行時(shí)間+10 s，應(yīng)用T-off 定時(shí)器的2 s 反延時(shí)是為了防止電機(jī)進(jìn)、退接觸器的切換差造成定時(shí)器T-on 計(jì)時(shí)中斷。

3.2 新增報(bào)警邏輯的組態(tài)

由于鍋爐吹灰器數(shù)量多，而本文中設(shè)計(jì)的報(bào)警邏輯需要占用DCS 控制器的6 個(gè)定時(shí)器，如果每支吹灰器都進(jìn)行邏輯完善，需要占用多達(dá)336 個(gè)定時(shí)器資源且邏輯組態(tài)任務(wù)量大。

考慮到吹灰器的傳動(dòng)系統(tǒng)為電機(jī)—齒輪減速—齒條傳動(dòng)，其傳動(dòng)比固定，且吹灰槍歷史曲線全行程時(shí)間誤差在±2 s 以內(nèi)。通過(guò)對(duì)多支吹灰器的歷史運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行分析，找出運(yùn)行時(shí)間相近的吹灰器（例如運(yùn)行時(shí)間誤差≤5 s 內(nèi)的），這些吹灰器的報(bào)警邏輯就可以只做一套，將故障信號(hào)與某支吹灰器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行邏輯與運(yùn)算，就可以將報(bào)警信號(hào)鎖定到具體故障的吹灰器，這樣分組可大大減少定時(shí)器資源耗費(fèi)、減少了邏輯組態(tài)工作量[1]。

4 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的吹灰器報(bào)警邏輯在不進(jìn)行任何硬件設(shè)備的改動(dòng)下，通過(guò)軟件的邏輯判斷，實(shí)現(xiàn)了對(duì)吹灰器啟動(dòng)失敗、中途故障停運(yùn)、運(yùn)行超時(shí)等異常工況的識(shí)別報(bào)警，可有效預(yù)防由于吹灰槍故障停運(yùn)在爐膛內(nèi)不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)而導(dǎo)致的換熱器吹損爆管、吹灰槍斷汽變形等事故的發(fā)生。