韓新建，韓新春

（1.神華集團(tuán)循環(huán)流化床技術(shù)研發(fā)中心，西安 710065；2.陜西德源府谷能源有限公司，陜西榆林 719407）

CFB鍋爐熱工保護(hù)系統(tǒng)可靠性分析與優(yōu)化

韓新建1，韓新春2

（1.神華集團(tuán)循環(huán)流化床技術(shù)研發(fā)中心，西安 710065；2.陜西德源府谷能源有限公司，陜西榆林 719407）

CFB鍋爐由于其獨有的特點與煤粉鍋爐在燃燒方式上有本質(zhì)的區(qū)別。結(jié)合CFB鍋爐的特點，分析和總結(jié)了提高CFB鍋爐熱工保護(hù)可靠性的措施，并對相關(guān)的熱工保護(hù)邏輯進(jìn)行了優(yōu)化，有效提高了CFB鍋爐熱工保護(hù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

CFB鍋爐；熱工保護(hù)；可靠性；優(yōu)化

0 引言

CFB鍋爐具有燃燒效率高、燃料適應(yīng)性廣等優(yōu)點［1］，與煤粉爐相比，其熱工保護(hù)和控制系統(tǒng)有所不同。近年來，隨著CFB機(jī)組的大量投運，特別是超臨界CFB機(jī)組的成功投運，由于設(shè)計、建設(shè)工期短等原因，鍋爐保護(hù)系統(tǒng)存在諸多問題，熱工保護(hù)需進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。因此，研究和優(yōu)化CFB鍋爐熱工保護(hù)邏輯，提高保護(hù)系統(tǒng)的可靠性，對CFB機(jī)組的安全穩(wěn)定運行有重要的意義。

本文結(jié)合CFB鍋爐特點及控制要求，重點從保護(hù)信號處理、保護(hù)信號判據(jù)條件處理、邏輯優(yōu)化等方面進(jìn)行分析總結(jié)。

1 CFB鍋爐熱工保護(hù)特點分析

隨著CFB機(jī)組容量和運行參數(shù)的不斷提高，對熱工保護(hù)的安全性和可靠性要求越來越高。CFB鍋爐熱工保護(hù)項目的設(shè)定首先應(yīng)符合鍋爐廠家設(shè)計規(guī)定，在此基礎(chǔ)上結(jié)合機(jī)組投運后的實際運行情況對保護(hù)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。CFB鍋爐熱工保護(hù)特點如下。

（1）CFB鍋爐與煤粉爐的差別在于燃燒方式不同，燃燒時大量的循環(huán)物料在爐膛內(nèi)循環(huán)流動，當(dāng)CFB鍋爐主燃料跳閘（MFT）動作時，即使切斷所有燃料供應(yīng)，循環(huán)流化床內(nèi)可能還存有大量未燃盡的燃料和高溫循環(huán)灰，爐內(nèi)存在大量的蓄熱。CFB鍋爐除了設(shè)計有MFT，油燃料跳閘（OFT）保護(hù)外，還設(shè)置有鍋爐跳閘（BT）邏輯。

（2）CFB鍋爐可壓火再次啟動。CFB鍋爐運行正常時，汽輪機(jī)或發(fā)電機(jī)由于故障停止運行，CFB鍋爐可轉(zhuǎn)入壓火狀態(tài)。當(dāng)故障在規(guī)定時間內(nèi)恢復(fù)且啟動條件具備時，CFB鍋爐在床溫滿足規(guī)定要求條件下可再次啟動，啟動時必須保證床料的正常流化。

（3）CFB鍋爐正常運行時必須保證爐內(nèi)床料和返料器內(nèi)返料的正常流化，防止因流化不好而結(jié)焦，保護(hù)系統(tǒng)設(shè)置最小流化風(fēng)量保護(hù)。

（4）床溫是表征CFB鍋爐運行狀況的重要參數(shù)，床溫高于設(shè)定值時會造成鍋爐結(jié)焦，為防止鍋爐結(jié)焦，設(shè)置了床溫高保護(hù)。CFB鍋爐中有大量高溫物料在爐膛和返料器內(nèi)循環(huán)燃燒，床溫測量元件易受高溫床料的沖刷而磨損。除選用可靠性高的防磨元件并設(shè)置多個測點外，還需增加各床溫測點信號品質(zhì)判斷邏輯，邏輯中要剔除壞的溫度點，避免對床溫計算產(chǎn)生影響。

2 熱工保護(hù)信號處理原則

為提高保護(hù)系統(tǒng)的可靠性，必須對進(jìn)入保護(hù)系統(tǒng)的信號進(jìn)行區(qū)分和處理［2-3］。

（1）進(jìn)入熱工保護(hù)和聯(lián)鎖的信號應(yīng)該嚴(yán)格確定來源，正確區(qū)分“設(shè)備停運”和“設(shè)備跳閘”信號。

（2）對設(shè)備的“保護(hù)”和“聯(lián)鎖”指令信號進(jìn)行區(qū)別：保護(hù)指令采用長信號，聯(lián)鎖指令采用脈沖信號。

（3）嚴(yán)格區(qū)分設(shè)備故障報警和保護(hù)信號。送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)等輔機(jī)的濾網(wǎng)差壓高信號只用作報警，不參與保護(hù)。

（4）高壓電動機(jī)電機(jī)線圈溫度信號不作設(shè)備跳閘條件，只作為超溫報警和設(shè)備的啟動允許條件。

（5）用于重要聯(lián)鎖保護(hù)的、通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送的開關(guān)量信號，需要通過增加延時或增加硬接線的方式確保信號的可靠，減少或消除瞬時干擾造成的保護(hù)誤動作。對重要的網(wǎng)絡(luò)通信信號設(shè)置品質(zhì)判斷保護(hù)、報警。重要的輔機(jī)增加避開分散系統(tǒng)、直接到電氣設(shè)備實現(xiàn)的停運按鈕。對設(shè)備啟停和重要開關(guān)量信號動作設(shè)置事件追憶功能。

（6）信號濾波處理。對模擬量信號如壓力等參數(shù)做保護(hù)時，需要根據(jù)其特點和工程的實際情況進(jìn)行慣性濾波處理，減少干擾信號對控制系統(tǒng)的影響，提高信號的準(zhǔn)確性。

（7）對采用模擬量信號經(jīng)與定值比較而輸出作為開關(guān)量信號的處理。對于重要的保護(hù)如鍋爐MFT，分別采用獨立的取樣系統(tǒng)，至少要有3個不同的信號，分別經(jīng)過（有些信號需要進(jìn)行溫度等補(bǔ)償處理）偏差及品質(zhì)判斷進(jìn)行三取二判斷輸出。當(dāng)1臺或2臺變送器出現(xiàn)故障時，保護(hù)邏輯自動切換為二取一或一取一，3臺故障時MFT動作。例如煙氣含氧量低低、給水流量低低等保護(hù)。

（8）對控制器處理網(wǎng)絡(luò)周期的規(guī)定應(yīng)滿足保護(hù)系統(tǒng)要求。對于一些重要的保護(hù)，特別是對保護(hù)動作的及時性要求高的保護(hù)，要考慮控制器處理網(wǎng)絡(luò)周期和保護(hù)系統(tǒng)動作時間的差異，保證控制器處理網(wǎng)絡(luò)周期遠(yuǎn)小于保護(hù)系統(tǒng)動作時間，以確保保護(hù)動作的及時性。

3 CFB鍋爐熱工保護(hù)項目

CFB鍋爐保護(hù)包括爐膛安全保護(hù)系統(tǒng)（FSSS）和鍋爐輔機(jī)保護(hù)，F(xiàn)SSS分為MFT，OFT及BT。CFB鍋爐MFT設(shè)計軟邏輯和MFT繼電器兩路冗余，MFT繼電器設(shè)置成兩路冗余回路，當(dāng)MFT條件出現(xiàn)時，軟邏輯會送出跳閘信號至相對應(yīng)的設(shè)備，同時MFT硬繼電器也會向這些重要設(shè)備送出兩路冗余跳閘信號。這種設(shè)計有效提高了MFT動作的可靠性。

FSSS功能包括燃油系統(tǒng)泄漏試驗、爐膛吹掃、MFT、OFT以及BT等子系統(tǒng)。當(dāng)鍋爐運行條件不滿足時BT動作，切除所有燃料和風(fēng)機(jī)運行，降低鍋爐燃燒效率。鍋爐輔機(jī)保護(hù)根據(jù)設(shè)備的特點和運行要求具體設(shè)定。

4 提高CFB鍋爐熱工保護(hù)可靠性的措施

熱工保護(hù)系統(tǒng)包括檢測工藝系統(tǒng)的測量元件、分散控制系統(tǒng)（DCS）或可編程邏輯控制器（PLC）的輸入/輸出模件、電源模件、控制器、保護(hù)動作回路、控制邏輯和被控對象。保護(hù)系統(tǒng)的任意環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，都會造成保護(hù)系統(tǒng)的誤動和拒動［4］，因此，應(yīng)該從設(shè)備選型、信號處理、控制邏輯優(yōu)化等方面深入研究提高熱工保護(hù)可靠性的措施。

4.1 提高熱工保護(hù)信號可靠性的措施

熱工測點信號的可靠性對保護(hù)控制系統(tǒng)尤為重要。除了對設(shè)備選型、取樣點選擇和安裝等方面有要求外，還需要對熱工測點信號采取相應(yīng)措施，以保證其可靠性。

4.1.1 提高單點熱工信號可靠性的措施

熱工測點信號易受測量元件變送器故障、接線松動、信號斷線、信號干擾等因素的影響。用作單點調(diào)節(jié)或保護(hù)的信號可靠性較低，易造成保護(hù)系統(tǒng)誤動。提高熱工測點可靠性的措施包括：（1）選用可靠性高的熱工測量設(shè)備；（2）對于無法增加冗余測點的，應(yīng)對信號進(jìn)行可靠性處理，如增加信號品質(zhì)判斷處理等，當(dāng)信號品質(zhì)判斷為壞點時，自動退出該點保護(hù)并設(shè)報警，也可選用與該點信號相關(guān)聯(lián)的信號來作為容錯邏輯；（3）對于有條件可增加測點的，改為三取二的邏輯。

4.1.2 提高熱工保護(hù)信號可靠性的其他措施

對CFB鍋爐主保護(hù)MFT，除軟邏輯外，繼電器柜內(nèi)應(yīng)冗余設(shè)置繼電器動作信號至相應(yīng)設(shè)備，保證動作回路的可靠性。

4.2 CFB鍋爐熱工保護(hù)邏輯優(yōu)化

4.2.1 RB和MFT保護(hù)信號邏輯優(yōu)化

2臺一次風(fēng)機(jī)均停觸發(fā)RB，MFT邏輯存在的問題：信號采用直接取自電氣開關(guān)柜的常開單點停止信號，可靠性差。每臺一次風(fēng)機(jī)停止常開接點信號取自電氣開關(guān)柜并進(jìn)入FSSS，運行中存在MFT保護(hù)拒動的風(fēng)險，當(dāng)一個開關(guān)量輸入（DI）通道故障或一臺風(fēng)機(jī)檢修時開關(guān)拉出，此時若另一臺運行的風(fēng)機(jī)發(fā)生跳閘，則2臺一次風(fēng)機(jī)均停運觸發(fā)MFT，RB保護(hù)信號將無法成立。

邏輯優(yōu)化：用風(fēng)機(jī)停止信號、風(fēng)機(jī)運行信號邏輯取反、風(fēng)機(jī)當(dāng)前電流值小于10A這3個信號三取二后作為風(fēng)機(jī)停止?fàn)顟B(tài)信號。將單點信號改成三取二邏輯判斷，提高了保護(hù)的可靠性，優(yōu)化后的邏輯如圖1所示。

4.2.2 爐膛壓力高高和爐膛壓力低低保護(hù)優(yōu)化

使用壓力開關(guān)等開關(guān)量信號，其動作響應(yīng)速度較模擬量信號快，但在機(jī)組運行過程中，作為保護(hù)發(fā)訊設(shè)備的開關(guān)量儀表沒有連續(xù)監(jiān)控的參數(shù)，無法實時了解設(shè)備運行狀況，在儀表失靈和測量管路泄漏、堵塞時不能及時發(fā)現(xiàn)和處理，將導(dǎo)致保護(hù)拒動和誤動。相對而言，模擬量設(shè)備在此方面具有優(yōu)勢。

爐膛壓力高高和爐膛壓力低低保護(hù)邏輯存在的問題：邏輯設(shè)計采用獨立取樣的3個壓力開關(guān)量，開關(guān)量信號經(jīng)三取二判斷輸出。CFB鍋爐運行中，大量的高溫床料、灰分及未燃盡顆粒易造成取樣管路堵塞，存在保護(hù)拒動的可能。爐膛壓力高高M(jìn)FT邏輯如圖2所示。

圖1 優(yōu)化后的一次風(fēng)機(jī)均停MFT控制邏輯

圖2 爐膛壓力高高M(jìn)FT邏輯

邏輯優(yōu)化：為了防止因壓力開關(guān)儀表管路堵塞而引起保護(hù)拒動，將變送器產(chǎn)生的模擬量信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換與開關(guān)量保護(hù)信號相結(jié)合，作為爐膛壓力保護(hù)信號，在開關(guān)量信號因取樣管路堵塞，保護(hù)信號失靈的情況下，模擬量信號可作為后備保護(hù)來動作。在原有邏輯的基礎(chǔ)上，原爐膛壓力自動調(diào)節(jié)獨立取樣的3個壓力變送器信號作為爐膛壓力監(jiān)視的同時，3個壓力信號分別經(jīng)信號品質(zhì)判斷和定值比較通過三取二邏輯輸出，可提高保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。變送器的量程選擇應(yīng)大于爐膛壓力保護(hù)定值。爐膛壓力低低保護(hù)邏輯同爐膛壓力高高保護(hù)。優(yōu)化后的爐膛壓力高高鍋爐MFT邏輯如圖3所示。

圖3 優(yōu)化后的爐膛壓力高高鍋爐MFT邏輯

5 結(jié)束語

CFB鍋爐有其獨有的特點，需要對其保護(hù)控制系統(tǒng)進(jìn)行深入研究。本文對熱工保護(hù)信號處理、CFB鍋爐保護(hù)項目設(shè)置、提高CFB鍋爐熱工保護(hù)可靠性的措施等內(nèi)容進(jìn)行了介紹。CFB鍋爐熱工保護(hù)需要在遵循《火電廠熱工保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)定》和《防止電力生產(chǎn)安全事故二十五項反措》基礎(chǔ)上，結(jié)合鍋爐制造廠提供的保護(hù)設(shè)計要求和實際運行情況不斷進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)一步提高熱工保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。

［1］胡昌華，盧嘯風(fēng).600MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐設(shè)備與運行［M］.北京：中國電力出版社，2012.

［2］火力發(fā)電廠熱工保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)定：DL/T 5428—2009［S］.

［3］王付生.電廠熱工自動控制與保護(hù)［M］.北京：中國電力出版社，2003.

［4］李建國，尹峰，劉武林，等.分散控制系統(tǒng)故障應(yīng)急處理預(yù)案［J］.中國電力，2009，45（2）：26-30.

（本文責(zé)編：劉芳）

TM 621.2

B

1674-1951（2016）11-0015-03

韓新建（1982—），男，山西朔州人，助理工程師，從事循環(huán)流化床鍋爐熱工控制技術(shù)的研究管理工作（E-mail：hanxinjian0309＠163.com）。

2016-09-07；

2016-10-08

國家重大研發(fā)計劃（2016YFB0600200）

韓新春（1988—），男，山西朔州人，助理工程師，從事火電廠熱工方面的工作（E-mail：499430963＠qq.com）。