一、現(xiàn)狀簡述
　　
　　大壩電廠4臺300MW機組所配鍋爐都是北京巴威公司生產(chǎn)的自然循環(huán)鍋爐，其額定蒸發(fā)量1025t／h，主汽壓力16．8MPa，主汽溫度540°C。汽包水位保護是鍋爐的一項主保護，設(shè)計作為BMS（鍋爐燃燒器管理系統(tǒng)）的MFT條件之一，是一項很重要的滅火保護條件。
　　
　　我廠zui初設(shè)計的汽包水位保護聯(lián)鎖條件及邏輯的設(shè)計原理是：汽包水位高或低I值（定值50mm）時發(fā)報警信號；水位高H值（100mm）時發(fā)信號，同時聯(lián)開事故放水門；水位放至低I值時聯(lián)關(guān)事故放水門；水位低Ⅱ值（100mm）發(fā)報警信號：水位高III值（+200mm）或低Ⅲ值（一200mm）時發(fā)報警信號，同時送信號到MFT回路，MFr動作，鍋爐滅火。
　　
　　在汽包水位測量上，我們采用了四種水位測量儀表。其一是就地牛眼水位計，伴有工業(yè)電視攝像系統(tǒng)將信號引入集控室的電視機，供運行人員遠方直觀監(jiān)視水位。第二種水位測量計是機械差壓水位計，已安裝在機組運轉(zhuǎn)平臺12．6米，它的好處是不需用任何電源，在機組儀表控制電源失去的情況下，運行人員照樣可以監(jiān)視汽包水位。第三種是電接點水位計，安裝在集控室，它的特點是測量較準確、可靠性高、維護量小。第四種就是用1151差壓變送器測量水位，再用汽包壓力等參數(shù)進行修正，它的特點是能連續(xù)測量和記錄可直接參與自動調(diào)節(jié)的水位信號，它的缺點是對變送器、儀表管、平衡容器的穩(wěn)定性、嚴密性要求較高，而且要增加其它測量參數(shù)，如汽包壓力等，系統(tǒng)維護量大。為了提高其測量的可靠性，我們采用
　　
　　了三臺變送器及三套平衡容器，把三路信號分別送入CCS系統(tǒng)進行修正，然后求平均值，作為zui終參與自動調(diào)節(jié)和聯(lián)鎖的汽包水位信號。
　　
　　我廠的CCS和BMS控制系統(tǒng)采用的設(shè)備均是美國貝利公司的N一90及INFI一90設(shè)備，為集散控制系統(tǒng)，因此汽包水位的測量、修正、自動調(diào)節(jié)以及超限保護全部在N一90（1期）和INFI--90（Ⅱ期）內(nèi)實現(xiàn)。這套系統(tǒng)的特點是運算速度高，通訊速度快，冗余設(shè)計，數(shù)字化處理精度高，系統(tǒng)可靠性高，組態(tài)方便，人機接口較簡單，易操作。
　　
　　我廠#1、#2機組分別于1990年和1991年投產(chǎn)：#3、#4機組分別于1997年和1998年移交生產(chǎn)。汽包水位保護在機組試運行及試生產(chǎn)初期都由于誤動次數(shù)較多而被迫解除，主要原因有：（1）測量系統(tǒng)誤差大，邏輯不合適：（2）保護邏輯不完整：（3）保護接口不可靠。
　　
　　二、改進方案
　　
　　1995—1997年，我們根據(jù)汽包水位自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的需要，對汽包水位測量系統(tǒng)進行了深入的研究。針對汽包水位測量偏差大、水位測量誤差隨機組負荷變化而變化的問題，我們對測量筒、平衡容量零位進行了校正：對1151變送器零位量程重新定標；對水位的壓力、溫度修正曲線進行了修正。通過大量而復(fù)雜的—廠作，使汽包水位電接點測量值與1151變送器測量值偏差控制在±50mm以內(nèi)，zui穩(wěn)日寸小±30mm,而且消除了水位偏差隨機組負荷變化而增
　　
　　人或減小的現(xiàn)象，使兒個水位計的偏差值固定在一定范圍內(nèi)。在這方面我們主要解決了下面
　　
　　幾個重要的技術(shù)問題。
　　
　　1．對單室平衡容器蒸汽側(cè)水溫測量的處理
　　
　　由于單室平衡容器的結(jié)構(gòu)特點，它的水溫按垂直高度是梯度分布。我廠測量筒溫度分布—般是底部50℃左右，筒子上部110℃左右，所以筒內(nèi)溫度很難把它算成一個定值，而這個溫度對蒸汽側(cè)水的比重的計算又非常關(guān)鍵。為了算準平衡容器筒內(nèi)的水的比重p，，我們采用積分的方法解決這個問題（圖1），即：
　　
　　1L
　　
　　pa=—∫F（p）dl
　　
　　L0
　　
　　通過查表和計算，基本上解決了水位與рa，
　　
　　的關(guān)系，使—卜式中的p，只與汽包壓力有關(guān)。
　　
　　L（рa—рs）-△P
　　
　　△H=___________________-H0
　　
　　рw-рs
　　
　　式中，△H為水位偏離零位的值；H0為
　　
　　零水位距水側(cè)取樣孔距離；△P為產(chǎn)生的壓差。
　　
　　則F1（x）=f：（P汽包）：F2（x）=（P汽包）也就是說，F(xiàn)1（x）和F2（x）都是汽包壓力P的函數(shù)。　　通過查圖，很容易畫出Fl（x）、F2（x）與P的函數(shù)曲線圖。另外，我們發(fā)現(xiàn)在北方，冬夏兩季平衡容器的溫度也不一樣，這就需要熱工人員不斷地測量溫度分布，及時修正p。以保證水位修正準確。我們下一步的打算是在平衡容器外部裝／L支測溫元件，將平衡容器溫度引入計算機控制系統(tǒng)，經(jīng)過事先人工建立的數(shù)據(jù)庫，隨時可通過計算機修正рa.有人提出用保溫的方法使平衡容器保持恒溫，我們認為不妥，因為由于蒸汽的加熱和流動，單室平衡容器的溫度梯度必然存在，不是用加保溫的方法能解決的。另外，由于加保溫，容器溫度也難以測得，不利于рa的計算，而且保溫也不能解決рa的問題。采用雙室平衡容器，由于要在鍋爐下降管開孔焊儀表管，這給鍋爐設(shè)計、安裝和維護帶來一定問題，特別是細儀表管長期經(jīng)高壓蒸汽沖刷，安全上也帶來一定問題。
　　
　　對于三臺變送器測量修正值的求平均計算叵路，我們進行了改進。在原計算回路中，三路汽包水位測量值經(jīng)壓力修正和求平均值后為zui終汽包水位值，當某一臺變送器測量值與平均值的偏差超過150mm時，認為該臺變送器故障，汽包水位為另兩臺變送器測量值的平均值。這樣，當某一臺變送器瞬間出現(xiàn)測量值越限（壞質(zhì)量）時，首先造成平均值瞬間上升很大、而故障變送器卻切除不掉的現(xiàn)象。在實際運行中，這種現(xiàn)象發(fā)生較多，#3，#4爐試運行中，就因為一臺變送器瞬間故障，修正后水位為+600mm以上，鍋爐因汽包水位高而總?cè)剂咸l（MFT）。我們經(jīng)過仔細分析和研究后，采取了兩種方法解決這一問題：一是把單臺值與平均值的偏差縮小到60mm為切除單臺變送器的條件之一：二是任一臺變送器與另兩臺變送器測量
　　
　　值的偏差均大于±lOOmm時，立即切除該臺變送器。
　　
　　2．保護邏輯的改進
　　
　　在對保護邏輯的改進中，我們根據(jù)1997年秦皇島電廠鍋爐汽包水位保護拒動事故的教訓(xùn)，在保護的可靠性方面做了大量的試驗和嘗試。首先，在原汽包水位平均值越限后鍋爐立即MFT的邏輯里，加上了三臺變送器有兩臺及以上變送器水位越限的條件，兩個條件“與”后再動作MFT。此外，增加了任兩臺變送器故障自動切除保護，并提醒運行人員防止保護誤動，具體邏輯圖如圖2。
　　
　　在保護接口上，特別是保護信號從CCS送往BMS的接口上，我們?nèi)∠送ㄓ崅鬏斝盘?，避免了因通訊故障造成保護誤動的現(xiàn)象（此現(xiàn)象發(fā)生過），采用從CCS輸出三路汽包水位跳閘信號，通過硬接線送到BMS三個輸入接口，在BMS內(nèi)部再對此三路進行三取二邏輯運算后，作為MFT的條件。在CCS送往BMS的信號接口，為防止CCS輸出DOD有擊穿現(xiàn)象（此現(xiàn)象發(fā)生過多次），我們在接口上加了擴展繼電器，可靠性大為提高。　　三、實施與效果
　　
　　1998年我們對#1一#4爐汽包水位保護系統(tǒng)進行了全面改進，并全部投入運行。在實際運行的6個月中，汽包水位保護動作了四次，全部為止確動作，無一誤動和拒動現(xiàn)象，充分證明了這套汽包水位保護的可靠性。