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华能北京热电厂锅炉AS220EHF控制系统的应用与改进 |
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| 华能北京热电厂锅炉AS220EHF控制系统的应用与改进 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-24 11:29:56  |
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摘要： 介绍了华能北京热电厂分散控制系统TELEPER ME系统中的AS220EHF自动系统。针对AS220EHF系统存在的不足，如锅炉保护控制程序与油枪点火程控设计在一起，当油枪现场信号发生故障时容易引起CPU故障，导致锅炉保护误动，缺乏全炉膛灭火和主燃料跳闸等保护，有些锅炉保护延时不合理等，实施了相应的改进措施（如修改了点火逻辑，增加油管泄漏试验，改变监视时间等），改进后系统运行稳定可靠，保护正确动作率达100%，企业效益也大有提高。
关键词： 分散控制系统；主保护；油枪点火；锅炉 0 引言
华能北京热电厂的锅炉型式为超高压、W型火焰、带飞灰复燃装置的液态排渣直流炉，汽轮发电机组由俄罗斯设计并制造。控制系统采用SIEMENS公司的TELEPER ME分散式控制系统。锅炉侧控制系统主要由过程控制子系统(包括AS220EA、AS220EHF自动系统)、操作管理系统(包括OS265操作和监视系统、PG750组态系统、WS30工程师站)及通信网络(包括CS275远程总线、近程总线和并行I/O总线)3部分组成。
AS220EHF自动系统由3个机柜组成，其中1个机柜配置有CPUⅠ、CPUⅡ、CPUⅢ及相应的通信和电源模块，另2个机柜为扩展柜，配置有与现场相连的I/O模件及通信模件。通过PG750对CPU进行组态，可实现对锅炉主保护控制和油枪点火程控的控制，所有主保护外围信号都采用三取二方式，从而大大提高了信号的可靠性。主保护信号通过控制系统传送的同时也通过硬接线方式传送到重要的辅机设备，以保证设备动作的正确性。但这套AS220EHF自动系统也存在一些不足之处，例如：①将锅炉保护控制程序与油枪点火程控设计在一起，因此当油枪现场信号发生故障(如信号线接地)时容易引起CPU发生故障，从而使锅炉保护动作造成机组跳闸。但由于目前尚不具备硬件拆分条件，所以未对此控制系统进行改进。②没有全炉膛灭火和主燃料跳闸等保护。③有些锅炉保护延时不合理，如炉膛二次风压低保护只有延时2s，因而当1台送风机跳闸时，很容易造成因炉膛二次风压低而导致的锅炉跳闸。④油枪点火程控设计过于复杂，等待时间过长，不利于快速投油枪。⑤当系统内CPU发生故障时没有设计相应的故障原因代码，对故障原因的查找和判断极为不利。
1 AS220EHF控制系统冗余结构
AS220EHF为故障自检系统，能很好地满足安全控制的要求，被控对象主要包括锅炉主保护及油枪点火程控。AS220EHF自动系统就其功能可分为1个三重冗余的中央单元和2个扩展单元。中央单元包括3个相同的CPU。在中央单元和I/O总线中采用1个固定的三取二容错结构，通过I/O模块至过程控制的接口。这种冗余意味着系统中允许有故障，不会因中央单元或处理过程中的故障而动作。如当CPUⅠ、CPUⅡ和CPUⅢ中有1个发生故障时，可将此CPU单独隔离出来进行处理，而不影响系统的正常运行。由CS275远程总线系统至其他自动系统或操作和监测系统的连接,也是通过2个冗余接口模块来实现的，以便当系统出现故障时该接口还能维持工作。在三重冗余模块中，通过系统耦合器模块，数据能够在不同的AS220EHF系统中进行交换。系统根据三取二的原理进行耦合操作，并且是容错和故障保险的，所有的重要系统模块都是通过中央单元对故障进行周期性监测的，并且在系统出现故障时能够在线检修。AS220EHF系统功能及冗余结构见图1。
图1 AS220EHF系统功能及冗余结构
2 AS220EHF控制系统的改进
华能北京热电厂锅炉主保护共有14项。在调试和运行过程中发现了一些不利于机组稳定运行的设计，针对这些不合理设计做了大量的优化工作。
(1) 由于炉膛负压取样点位于炉膛38 m处靠近炉膛烟道的位置，原设计定值-1.5 kPa不能满足炉膛负压扰动的要求，在调试过程中曾因此定值不合理而造成锅炉主保护多次误动。后将此负压定值由-1.5kPa改为-3.0kPa，从而避免了由于炉膛压力波动而导致的保护误动。
(2) 在优化过程中增加了送风机跳闸联跳引风机联锁，很好地避免了因送风机RB(RunBack快速切回负荷)保护动作时引起炉膛二次风压低而造成炉膛灭火的危险。
(3) 原1台空预器跳闸RB保护及2台空预器全停主保护时只取空预器低转速信号，但由于空预器附近有大量灰尘并采用单路电源，容易产生低转速信号而误发，致使RB保护和主保护误动。为避免上述情况的出现，将空预器RB和主保护信号优化为空预器转速低且主、辅马达全停时才触发保护动作，从而极大地减少了机组的非计划停运。
(4) 原烟气不通畅，保护设计为1台空预器停且前后烟气挡板全部关闭时才使RB保护动作，否则就触发锅炉主保护动作。但烟气档板因过力矩等原因而有时关不到位，造成锅炉主保护动作，后来将其修改为只要有1个档板关到位就使RB保护动作，这样既避免了保护误动，也满足了空预器不能局部受热不均的要求。
(5) 原系统设计中所有的主保护信号均采用正逻辑控制，这种设计原则容易造成保护拒动，因此在调试中将所有的主保护信号均改成反逻辑控制，即信号正常时为1，异常时为0，这样有效地防止了保护的拒动。
(6) 原设计中没有炉膛灭火保护及主燃料跳闸保护，炉膛灭火时只能靠运行人员根据当时的实际情况进行判断。在近期的DCS改造中增加了2项保护，既保证了保护动作的及时性又避免了运行人员错误判断而造成的不必要的损失。
油枪点火程控也是通过AS220EHF自动系统来控制的。最初设计为3级点火系统，即电打火点燃瓦斯后再点燃轻油，这种设计既复杂也难控制，对锅炉点火相当不利，对此进行了改造：将3级点火改成2级点火，即高能打火直接点燃轻油，从而不仅简化了点火过程同时也极大缩短了点火时间，每只油枪点火时间由原来的382s缩短为77s，大大节约了成本。优化前、后的点火过程比较见表1。
表1 优化前、后的点火过程比较
步 序
优 化 前
优 化 后
1
挡板投自动，监视时间120s
等待时间改为2s(原设计风门投自动必须在第1步完成且优化后方可在第9步之前的任意时间内完成，从而节约了大量时间)
2
油枪插入，监视时间为8s
油枪插入，监视时间为8s
3
吹扫阀第1层打开，监视时间为5s
2层阀同时打开
4
雾化蒸汽阀打开，监视时间为5s
雾化蒸汽阀打开，监视时间为5s
5
蒸汽吹扫，监视时间为47s，等待时间为45s
监视时间改为17s，等待时间改为15s(已改为轻油点火，吹扫时间可适当缩短)
6
吹扫阀关闭，监视时间为5s
吹扫阀关闭，监视时间为5s
7
点火枪插入，监视时间为10s
点火枪插入，监视时间为10s
8
点火枪打火，监视时间为20s
监视时间改为5s(点火器已改为高能打火，可靠性大大提高)
9
油阀打开，监视时间为15s，等待时间为13s
监视时间改为9s，等待时间改为7s
10
点火枪停止打火并退出，挡板控制位置选择，监视时间为75s
监视时间改为10s(风门位置可在点火结束后继续调整)
11
点火结束
点火结束 对油枪点火程控进行了如下改进：
(1) 修改了点火逻辑。SIEMENS点火逻辑设计为只允许单只油枪的程控起停，即当某1只油枪的起停功能组正在执行时，其他油枪的程控均闭锁。这样对快速涨负荷极为不利。为此将逻辑进行了修改，取消了原程序每支油枪间的程控闭锁，可以实现同排4只油枪程控同时起停，这样既缩短了投油时间也节约了投油量。
(2) 增加了油管泄漏试验。设计中油系统没有油管路泄露试验，每次锅炉检修后无法检验油系统的严密性，只能通过检修和运行人员到现场巡检来判断是否漏油。在改造中增加了油管泄漏试验，根据油管路前后压降的变化就可以判断管路的严密性，从而避免了在投油过程中漏油的危险性。
(3) 改变了不合理的监视时间。原程序对功能组各步程序的监视时间设计不合理，因而在试运初期，程序经常中途停止。经过仔细检查发现原设计对现场设备运行情况估计不足，如油枪退出大概需要10s，而原程序设计只有5s，等待时间不足；因此将风门投自动反馈检测移到油阀开启前，从而节约了等待时间。在实践的基础上，基本上改变了所有不合理的监视时间，既保证了油枪的可靠运行，又保证了投油枪的快速性和合理性。
(4) 在点油枪前先开启进油阀。原设计启动每排第1支油枪程控的第1步时关闭平台进油阀和回油阀，等到油枪油阀打开后再逐渐开启平台进油阀。经过多次实验，发现油枪油阀在开启平台进油阀之前打开，顺序颠倒一下后，油枪基本很难点着，最后只保留了原程序的关闭回油阀，而在点油枪前就先开启进油阀。
(5) 将吹扫时打开1层吹扫阀改为打开2层吹扫阀。原设计吹扫功能组中只打开吹扫阀的1层(吹扫阀共2层：20%、100%)，不能将油枪残余物吹尽，给下1次投油枪带来不利影响，因此将原程序修改为吹扫时打开2层吹扫阀，有效地保证了油枪的正常运行。
(6) 增加油枪火检装置量程间切换的闭锁程序。原设计火焰检测有3个量程范围(量程Ⅰ对应为油枪在停止状态，量程Ⅱ为只有油枪在运行时检测火焰，量程Ⅲ为油煤混烧时检测火焰)，根据油枪和磨煤机的运行状态切换量程范围。当油枪停止而磨煤机运行时，量程Ⅰ可观测煤火焰，此时油枪因有假火检而禁止再投入运行，因而不利于在紧急情况下快速投油枪，为此增加了油枪火检装置量程间切换的闭锁程序，即只有在油阀打开的情况下才允许火检装置检测到火焰。
由于锅炉是直流液态排渣炉，对燃烧配风的要求相当复杂。在锅炉点火及投煤燃烧的过程当中，需根据燃烧器的不同运行状态，进行风门挡板开度定位，以保证锅炉燃烧的经济性。原设计中，风门挡板定位时经常会出现油枪被吹灭的现象。根据长期实践的经验，对风门挡板开度进行了重新定位。经过一段时间的实践表明：重新定位的配风比例大大提高了锅炉燃烧的经济性。改进后的燃烧器二次风挡板定位状态列于表2。
表2 燃烧器二次风挡板位置定位状态
燃烧器 状态
二次风挡板名称
中心风挡板
旋流风挡板
二次风调门Ⅰ
二次风调门Ⅱ
冷却状态
10%
30%
10%
10%
锅炉吹扫
100%
100%
100%
100%
油点火
50%
30%
40%
调节
油运行
50%
30%
40%
调节
油点煤
50%
30%
调节
调节
油煤混燃
20%
45%
调节
调节
煤运行
20%
45%
调节
调节
煤点油
20%
45%
调节
调节
油枪吹扫
20%
30%
50%
调节
3 结论
根据华能北京热电厂机组的实际情况，对AS220EHF自动系统进行了一系列的改进与优化，总结出了一套更适合于机组运行的控制方法；改进后系统运行非常稳定，保护正确动作率达100%，使锅炉安全和燃烧器管理更为先进而有效，大大提高了企业的效益。从FSSS设计规范及锅炉防爆标准来看，采用三取二CPU冗余方式比采用主辅CPU运行方式更安全可靠；所以，这种配置方式有较大的优越性。
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