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摘要：本文先容了一種由可編程控制器設計的電廠鍋爐保護系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用可編程控制器（ＰＬＣ）的邏輯處理功能，簡化了接口線路，使系統(tǒng)具有安全、可靠、穩(wěn)定、經(jīng)濟的特點。
關健詞：鍋爐保護;可編程控制器;電廠

電廠鍋爐保護是熱工保護的重要內(nèi)容。運用可編程控制器來實現(xiàn)鍋爐保護有著安全、經(jīng)濟、可靠的特點。本文重點先容了用可編程控制器來設計電廠鍋爐保護的全過程。在豆壩發(fā)電廠＃３、＃４爐（４２０ｔ／ｈ）的滅火保護改造中，我們設計了以可編程控制器為核心的保護系統(tǒng)。電廠鍋爐為雙爐膛結構，兩臺送風機，兩臺引風機。
在設計時，和常規(guī)的設計思路不同，極大地簡化了外圍控制線路，考慮了一部份的智能的因素，屏蔽了啟動過程和停爐時的一部分不必要的信號。而且，當鍋爐出現(xiàn)危險情況時，不論保護是否投進，均能發(fā)出相應的熱工信號。保護動作的可靠性大進步。充分利用了可編程控制器的邏輯設計輕易的特點。

１電廠鍋爐保護的要求
電廠鍋爐是發(fā)電廠三大主要設備之一。其作用是根椐負荷需要，調(diào)整進進爐膛的燃料使之完全安全的燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的蒸汽來沖轉(zhuǎn)汽機，從而拖動發(fā)電機來發(fā)電。鍋爐是采用送風機送進空氣而依靠引風機來排走煙氣的平衡式透風方式。控制爐膛出口的壓力稍低于大氣壓力。即負壓運行。爐膛負壓是反映燃燒工況是否正常的重要參數(shù)。爐膛負壓過大，會使漏風增加，效率減低，引風機電耗增加。低負荷時，漏風嚴重會造成爐膛滅火，反之，爐膛壓力變正，則高溫火焰及煙灰就要外冒，不但污染環(huán)境，還可能造成人身事故。所以維持爐膛壓力在一定范圍之內(nèi)是非常重要的。電廠采用調(diào)整引風機擋板開度或引風機轉(zhuǎn)速來改變排走煙氣的量，使爐膛負壓被控制在一定范圍內(nèi)。當鍋爐出現(xiàn)危急情況，如燃燒狀態(tài)變化，或送引風出力變化，均會造成爐膛壓力的變化。爐膛壓力過高或過低時應自動作停爐處理，即爐膛壓力過高、過低保護。

燃料全中斷保護：正常運行的鍋爐，如燃料全中斷，必然造成爐滅火，負壓增加。如在滅火后重新送進燃料，極易使爐膛發(fā)生爆燃、爆炸。這就是通常所說的“滅火放炮”事故。所以，當爐膛燃料中斷超過一定時間，造成進進爐膛的燃料流發(fā)生中斷時，就不能再送進燃料了，而必須吹掃爐膛后重新進行點火。

引風機全停：一般發(fā)電廠均有兩臺引風機同時運行。當一臺引風機停止運行時，爐膛負壓會有大幅度的變化，運行職員如能及時調(diào)整，降低負荷，鍋爐還能運行。引風機全停，其結果是爐膛壓力升高，嚴重破壞了鍋爐的平衡透風方式。應立即停止送進燃料，作停爐處理。
送風機全停：一般發(fā)電廠均有兩臺送風機同時運行。當一臺送風機停止運行時，爐膛負壓會有大幅度的變化，運行職員如能及時調(diào)整，降低負荷，鍋爐還能運行。送風機全停，其結果是爐膛壓力降低，嚴重破壞了鍋爐的平衡透風方式。應立即停止送進燃料，作停爐處理。
鍋爐滅火：鍋爐如滅火后，繼續(xù)送進燃料，由于可燃物沒有在規(guī)定的區(qū)域內(nèi)燃燒，則發(fā)生可燃物的堆積。極易使爐膛發(fā)生爆燃或爆炸。這就是通常所說的“滅火放炮”事故。所以，發(fā)生滅火時，就應停止將燃料送進爐膛，并進行吹掃。完成之后才能重新點火。

汽包水位過高或過低：汽包水位過高或過低都會對鍋爐和汽輪機的安全運行帶來嚴重的威脅。汽包水位表示其蒸發(fā)面的高低，水位過高，蒸汽空間縮小，會引起蒸汽中水份增加，使蒸汽品質(zhì)惡化，輕易造成過熱器管內(nèi)積鹽垢，管子過熱損壞；汽包嚴重滿水時，會造成蒸汽大量帶水，，引起管道和汽輪機的水沖擊。甚至打壞汽輪機葉片。水位過低，可能會破壞正常的水循環(huán)，使水冷壁管超溫損壞；嚴重缺水時，還可能造成水冷壁爆管的事故。

隨著鍋爐容量的增大，汽包的相對水容積減小，因而大容量鍋爐汽包水位變化是很快的。經(jīng)計算，１０２５Ｔ／ｈ自然循環(huán)汽包鍋爐的汽包水位變化２００ｍｍ的時間為６?觸８ｓ。假如給水中斷而繼續(xù)運行，則在１０~３０ｓ的時間內(nèi)，汽包水位就會消失或降到危險水位。因此，鍋爐運行中保證水位在一定的范圍內(nèi)是極其重要的。一般情況下，通過調(diào)整給水調(diào)門開度或給水泵出力從而改變進進鍋爐的給水量來實現(xiàn)汽包水位的調(diào)整。

作為典型設計，汽包水位保護是在汽包水位真正高二值時，開啟事故放水門，水位低于高一值及其以下時封閉事故放水門。

２鍋爐保護的過程
當鍋爐出現(xiàn)上述任一危險情況時，鍋爐保護就會動作。強制切斷進進爐膛的所有燃料，進行自動的爐膛吹掃。只有在滿足爐膛吹掃的條件下，爐膛內(nèi)部的空氣轉(zhuǎn)換了３~５倍后，鍋爐才能重新點火。

３配置及輸進輸出基本點
配置：
ＳＹＳＭＡＣＣ２００ＨＥＰＲＯＧＲＡＭＭＡＢＬＥＣＯＮＴＲＯＬＬＥＲ
１，電源單元ＰＡ２０４Ｓ１塊
２，ＣＰＵ單元ＣＨ２００ＨＥ１塊
３，輸進卡件ＩＡ２２２４塊
４，輸出卡件ＯＣ２２５３塊
５，空單元３塊
６，十槽位底板１塊
輸進部份：
１.爐膛壓力部份２*８點；為防止爐膛壓力高保護誤動作，爐膛壓力高、低信號采用三取二邏輯。并有線路不正常的檢測功能。
２，送、引風及燃料開關量輸進：
３，爐膛火焰開關量信號；
４，汽包水位高、低信號
５，保護的切／投
輸出部份：
１，線路不正常信號
２，熱工信號
３，用于ＳＯＥ的開關量信號
４，ＭＦＴ動作輸出
５，事故放水門控制
４鍋爐保護系統(tǒng)結構框圖

（１）爐膛火焰信號的輸進；其目的是將火焰的模擬量信號轉(zhuǎn)換成開關量輸進可編程控制器。(圖略)

ＭＦＳＳ裝置是由我廠要求，經(jīng)制造廠特制的裝置。經(jīng)分析，本系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)是火焰模擬量到開關量的轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)。為此，同一爐膛的火焰信號分別進進不同的輸進板件。經(jīng)過不同的卡件輸出。使ＭＦＳＳ裝置的輸進或輸出卡件故障均不會使保護誤動作。實現(xiàn)了“功能集中、危險分散”的原則。同時在設計時，模擬量及開關量的公共線均有多組?？删幊炭刂破魇欠窠邮盏交鹧骈_關量信號通過操縱臺上的層著火指示燈顯示，并有反饋的作用。避免由于線路原因造成保護不可靠。

（２）汽包水位信號輸進
為了進步保護系統(tǒng)的可靠性，同樣，甲、乙側(cè)汽包水位信號分別進進可編程控制器的不同的輸進模件。在程序設計上考慮任一側(cè)汽包水位報警或出現(xiàn)危險值均產(chǎn)生熱工信號。同樣實現(xiàn)了“危險分散”的原則。

下圖中汽包水位計也是根椐我廠要求進行制作。汽包水位電接點表除了能進行水位顯示外，還能輸出高一值、高二值、高三值和低一值、低二值、低三值的無源接點信號。(圖略)
在水位保護中充分考慮到熱力系統(tǒng)的特點。當安全門動作后，會伴隨著不虛假水位的出現(xiàn)，保護的動作要能避開這種情況，同時又要能發(fā)信號。經(jīng)分析。在安全門動作以后的水位曲線如下：

安全門動作（ｔ０）后，蒸汽流量忽然增加，鍋爐汽包水位虛高，鍋爐汽包水位變化如Ｈ所示。經(jīng)大約２０秒（ｔ１），汽包水位開始下降，可以以為虛假水位現(xiàn)象結束。則在程序中這樣設計，只要安全門動作（用微分指令實現(xiàn)），以后的２０秒內(nèi)，如檢測到汽包水位高到了危險值，保護不動作，只發(fā)信號。２０秒后，恢復正常的保護功能。當汽機忽然甩負荷（ｔ０）后?熏蒸汽流量忽然減少，鍋爐汽包水位變化同上圖正好相反。只要發(fā)電機甩負荷，（用微分指令實現(xiàn)），以后的２０秒內(nèi)，如檢測到汽包水位低到了危險值，保護不動作，只發(fā)信號。２０秒后，恢復正常的保護功能。
（３）其它信號的輸進
其它諸如爐膛壓力信號、送引風機狀態(tài)信號、給粉電源狀態(tài)信號、排粉機狀態(tài)信號、燃油電磁閥狀態(tài)信號、自然氣電磁閥狀態(tài)信號、保護切投信號直接進進可編程控制器的輸進模件。為防止爐膛壓力保護誤動作，對爐膛壓力進行“三取二”邏輯處理。
（４）信號的輸出
報警功能：無論是否投進保護，均能實現(xiàn)當鍋爐出現(xiàn)不安全狀態(tài)時，發(fā)出報警信號。
Ａ：當鍋爐任一爐膛出現(xiàn)爐壓高或低時，發(fā)爐壓高一值或低一值信號。
Ｂ：汽包水位任一側(cè)水位為高一值、高二值、高三值及低一值、低二值、低三值時發(fā)相應熱工信號。
Ｃ：鍋爐燃燒不穩(wěn)信號。本設計對燃燒不穩(wěn)信號有獨到的考慮。燃燒不穩(wěn)反映鍋爐燃燒由好變差。有兩種情況，鍋爐會發(fā)出燃燒不穩(wěn)信號。一是當鍋爐開始投進燃料３０分鐘后，如只有一層著火時（層著火：通常情況下，鍋爐四個角每一個角的噴燃器均安裝有火焰監(jiān)視器，當四只火焰監(jiān)視有二只以上發(fā)現(xiàn)著火時，則認定該層著火。每個爐膛有兩層均滅火，為全爐膛滅火），發(fā)燃燒不穩(wěn)信號。而在點火初期，沒有必要發(fā)出燃燒不穩(wěn)信號。由于，點火初期一般火焰狀態(tài)不是很好。同時，這種情況也沒有必要通知運行職員。如信號太多，會影響運行職員對運行狀態(tài)的判定。二是點火后進度快全爐膛已著火，后因某種情況，只有一層著火，發(fā)燃燒不穩(wěn)信號。即燃燒過程由好變差時發(fā)出燃燒不穩(wěn)熱工信號。再一個就是當鍋爐發(fā)生滅火事故時，按照事物變化總是從質(zhì)變到量變的道理，總是要先出現(xiàn)燃燒不穩(wěn)，再出現(xiàn)滅火。對于分析事故的過程，也是非常有用的。為便于事故分析，相關信號送進事故記錄儀（ＳＯＥ）便于事件的分析。
Ｄ：燃料全中斷信號
如未加證實，當停爐時，會發(fā)相應熱工信號。只有在爐膛有火焰時，才會發(fā)出燃料全中斷信號。但對于用于保護的邏輯功能，卻是只要沒有投進燃料，而保護是處于投進狀態(tài)時，保護就會動作并發(fā)出相應的信號。
Ｅ：爐滅火信號。
鍋爐燃料全中斷時，在保護投進或不投進時均能發(fā)出熱工信號。鍋爐投進燃料３０分鐘未著火時，發(fā)爐滅火信號，任一爐失往一層火焰，發(fā)出爐燃燒不穩(wěn)熱工信號。
（５）保護動作的輸出
常規(guī)的保護輸出采用多個并聯(lián)工作的繼電器。繼電器采用同一信號驅(qū)動?，F(xiàn)采用不同卡件的多個不同輸出驅(qū)動多個繼電器。而且輸出也并聯(lián)在一起。保護拒動的可能性減到了最小。
根椐電廠雙爐膛的特點，考慮到排粉機乏氣管道存在交叉，當任一爐滿足ＭＦＴ動作條件時，均同時停止進進兩爐膛的所有燃料。
（６）吹掃功能的公道簡化
鍋爐滅火保護動作后的吹掃也是個具體的題目，要在保證安全的條件下盡量簡化。
①爐內(nèi)無火
②至少一送風機運行
③至少一引風機運行
④Ｉ組給粉電源停
⑤ＩＩ組給粉電源停
⑥甲排粉機停
⑦乙排粉機停
⑧風量不小于２５％
５鍋爐保護的效果
在實際運行中，鍋爐保護投進不久，就有一次爐滅火事件。由于在設計中考慮了燃燒不穩(wěn)信號，所以在事故記錄中清楚的記錄了爐滅火的過程。記錄為：“爐膛壓力大一值，爐燃燒不穩(wěn)，爐滅火，鍋爐保護動作”。分析應是燃燒不穩(wěn)定進而造成爐膛壓力變化，然后爐滅火保護動作。經(jīng)證實是給粉不穩(wěn)定，造成爐燃燒不穩(wěn)，爐膛壓力波動。進而爐滅火。由于在設計中有了燃燒不穩(wěn)的信號，在反應爐膛燃燒工況變化時，就能有完整的記錄。給事故分析提供了方便。
還有一次是安全門誤動作，造成汽包水位虛高，但是鍋爐保護并沒有動作，因此沒有停爐，更沒有停機，也沒有發(fā)生甩負荷的情況，在電力市場要進行電量考核的今天，防止保護誤動就更有意義了。這就表明保護邏輯設計得很恰當。
６本鍋爐安全監(jiān)視系統(tǒng)的評價
對現(xiàn)代大容量高參數(shù)鍋爐來講，熱工保護顯得更為重要，防止保護系統(tǒng)的拒動和誤動有著同等的重要性。在鍋爐安全監(jiān)視系統(tǒng)上，用國外的系統(tǒng)價格在１００萬元左右。而本系統(tǒng)只要不到二十萬。就我國的現(xiàn)狀來講，本系統(tǒng)有重要的實用價值和現(xiàn)實意義。如在本文摘要中所說的一樣，本安全保護系統(tǒng)有較高的可靠性。此種類型的保護系統(tǒng)在國內(nèi)還未見報道。