汽包锅炉智能给水是指由逻辑进行判断,当给水系统本身故障时,DCS根据故障的不同性质及时发出信号报警,自动给水系统切至手动方式,给水泵组保护装置提前动作(达到保护动作值时跳闸给水泵组,未到跳闸值前、超过报警值后即触发RB提前动作,减粉降机组负荷,或跳泵的同时减粉降机组负荷)联启备用泵运行,此时需要运行人员手动控制锅炉给水,解决给水系统故障时的不足;当给水系统以外的原因造成辅机RB或机组甩负荷时,给水控制系统应尽量保持在自动方式运行,解决运行人员操作方面存在的不足。
1 汽包水位超限导致MFT案例分析
1.1 给水系统调节设备故障
事件简况:某厂2号机组(300MW)负荷190MW,蒸汽流量583吨/时,给水流量563吨/时,给水流量由两台变送器输出取平均后用于给水三冲量自动调节,由于其中一台变送器测量管路的正压侧渗漏,导致给水流量信号持续变小,两台汽泵转速自动升高,汽包水位快速上升,后虽经运行人员手动干预,终因实际给水流量远大于蒸汽流量,造成汽包水位上升较快,触发汽包水位高MFT。
针对性防范措施:完善给水流量信号之间偏差大切手动方式运行并报警的功能;完善给水流量与蒸汽流量信号偏差大切手动方式运行并报警的功能;完善给水流量变坏点切手动方式运行并报警的功能;举一反三的防范措施(后面内容会涉及,在此略去)。
相关说明:DCS卡件通道故障、热工测量电源失去、机组负荷大幅度变化、调节系统特性差造成的工作异常、热力系统设备本身故障等,一般都会通过热工测量信号变坏点或偏差大反映出来;对于给水系统设备(含泵组、测量仪表、控制和执行调节装置)本身故障或调节系统特性差造成的工作异常,需要运行人员及时进行干预。也就是说,在没有发生RB或机组负荷大幅度变化的情况下,给水系统热工信号变坏点或偏差大,就应该由逻辑实现给水自动调节系统的切手动方式运行,通过报警及时提醒运行人员进行干预。
1.2 给水系统以外的设备故障
事件简况:某厂2号机组(300MW)近满负荷运行,因局部灭火20台给粉机自动停运了14台,负荷快速下降,运行将汽泵解除手动控制水位,由于负荷变化过快加之又投油稳燃,致使汽包水位高MFT;某厂一台600MW机组一次风机RB后汽包水位-77mm,运行切水位自动到手动方式增大给水流量,由于调整过度造成汽包水位快速上升,后虽经停止一台给水泵运行,终因汽包水位高触发MFT动作。
防范措施:在给水自动调节系统中,增加“给水系统以外的设备故障RB”或“机组(甩)负荷大幅度变化”这两种情况的判据;当“给水系统以外的设备故障RB”或“机组甩负荷”时,闭锁给水自动调节系统逻辑切到手动方式运行,或通过提高自动调节系统切手动的条件范围,延迟锅炉给水自动切到手动运行方式。如要切到手动方式,需由运行人员进行“手动/自动”切换来实现。
相关说明:在辅机故障RB或其它原因造成机组甩负荷时,关联系统的多台设备都要协同动作才能保证机组的安全运行。在给水泵组及控制设备正常的情况下,应尽量实现汽包水位的自动调节;现在集控运行的人员都较少,机组自动化水平又较高,待到运行人员发现工况异常时本身就存在一定的时间延迟了,由逻辑实现联动会更加及时,如果由运行人员手动干预多套设备或参数可能会顾此失彼,加之机组正常运行期间很少需要运行人员操作,导致运行人员应急处理机组异常工况的能力是下降的,特别是经验不足的人员手动干预应急工况,效果可能比自动调节差很远。
对于给水系统正常的情况下,当“给水系统以外的设备故障RB”或“机组甩负荷”时,应通过完善控制方案和逻辑设计,尽量保持给水调节在自动方式运行,使运行人员把精力放在故障设备(系统)的处理上。
1.3 给水系统保护设备故障
事件简况:某厂2号机组(300MW)负荷259.2MW,AGC“R”模式运行,因小机#1轴承振动大(轴振信号出现几次大幅波动,期间振动信号4次变为坏品质)导致小机跳闸,RB动作,电动给水泵联锁启动正常(2号机组配置一台100%容量汽泵和一台50%容量电泵),因机组负荷和汽包压力较高,上水困难,最终导致汽包水位低三值锅炉MFT。
防范措施:对于单点保护的报警信息,以及当热控系统发出重要信号变坏点、通道坏信息时,都应设置异于普通报警的声音以提醒运行人员注意;由于给水泵跳闸RB后难以确保机组不“非停”,因此当给水泵组的单点保护信号超过报警值后,在其还没达到跳闸值之前,就应该提早由逻辑触发和人工操作实现机组负荷的“迫降”,提前应对可能到来的RB动作。当机组负荷较高时、甚至在单点保护信号达到报警值时就应触发RB动作(不到跳闸值前不跳闸给水泵组),以牺牲部分电量的代价来避免一次机组“非停”;加强对信号的间断性多次报警的管理,及时发现并处理设备(系统)存在的安全隐患。
2 汽包锅炉智能给水技术方案
以下是针对某厂一期工程(配置了单台100%容量汽泵和单台50%电泵)给水控制的草案。
2.1 模拟量调节信号超前报警与联动
当汽包水位信号、给水流量信号、蒸汽流量信号、给水执行器位置反馈信号、给水汽轮机转速信号变坏点时发出报警,由逻辑实现给水自动切为手动方式;当以下信号偏差超限时发出报警,由逻辑实现给水自动切为手动方式:汽包水位信号之间偏差大或汽包水位与给定值之间偏差大、给水流量信号之间偏差大、蒸汽流量信号之间偏差大、给水流量信号与蒸汽流量信号之间偏差大、给水执行器位置反馈信号与指令之间偏差大。
相关说明:在机组正常运行过程中,当给水泵组中的设备(含信号测量及自动控制装置)异常时,给水自动调节系统的调节品质或测量值就会有所反映,一般通过信号变坏点或信号之间偏差大体现出来,此时进行信号报警并把给水控制切为手动方式,能有效的防止事态扩大,及时提醒运行人员关注或进行必要的干预,是提高锅炉给水安全的重要手段;当给水泵组本身工作正常而因辅机故障RB或汽轮、发电机侧异常造成机组大幅度甩负荷时,人工干预锅炉给水受运行人员经验等多方面因素的影响,效果不如自动调节效果好,因此这时应尽量让锅炉给水系统工作在自动方式。通过增大自动切至手动方式的定值,或增加逻辑切换条件来实现,如要人工干预可由运行人员进行切换(运行人员切换的级别最高)。
2.2 保护信号异常时的提前报警与联动
参与小汽轮机保护跳闸的信号达到报警值或变坏点时报警,并联动RB动作(联启备用泵,达到跳闸值时跳闸对应的给水泵组);参与汽动给水泵保护跳闸的信号达到报警值或变坏点时报警,并联动RB动作(联启备用泵,达到跳闸值时跳闸对应的给水泵组);参与汽泵前置泵保护跳闸的信号达到报警值或变坏点时报警,并联动RB动作(联启备用泵,达到跳闸值时跳闸对应的给水泵组)。
相关说明:参与辅机保护跳闸的信号异常时,要么造成辅机保护误动,要么造成辅机保护拒动,都会造成不好的结果;对于配置了单台100%容量汽泵和单台50%电泵的汽包锅炉给水控制系统来说,当给水泵组保护动作(含误动)时,机组高负荷情况下RB一般都会造成锅炉MFT,当给水泵组保护故障拒动时,不仅会造成被保护设备的损坏,而且由于拒动不能及时联启备用泵,最终也会造成锅炉MFT;鉴于参与给水泵组保护跳闸的信号并不经常出问题,而一旦出问题往往会造成机组“非停”,因此在保护信号真假报警难以判别的情况下,当参与给水泵组保护跳闸的信号达到报警值或变坏点时就报警且触发RB动作能及时联启电泵运行,一般就不会造成机组“非停”,只是在保护信号误发RB时会造成一定的电量损失,却解决了给水泵组真正存在问题时的给水安全问题;如果在给水泵组保护跳闸的信号达到跳闸值时触发RB动作,与前者相比会延误联启电泵的时间,且水位偏离给定值的程度会更严重,不利于锅炉给水的安全稳定。
2.3 改善给水调节品质 提高设备寿命
设置汽包水位调节死区(不灵敏区),靠调节惯性使汽包水位接近给定(零)水位,减少给水调节执行器动作次数,提高执行器机械部件的寿命。例如:增加运算判断模块,当汽包水位测量值与给定值之差≤10mm或≥-10mm时,运算判断模块输出汽包水位与给定值之间的偏差值为0,当偏差>10mm或<-10mm时,运算判断模块输出恢复偏差值。采用这种方法时要适当加强给水自动调节的比例和积分作用,并通过试验进行验证其可行性。
3 结语
超前报警的设定值与RB动作值可以分开,超前报警是为了提醒运行人员注意,加强运行人员干预的能力,RB提前动作是为了弥补运行人员技能和给水系统本身的不足。正常运行时,给水自动调节系统中的信号偏差大应及时自动切到手动方式,但在RB动作以及汽轮、发电机侧异常造成机组大幅度甩负荷时,给水自动调节系统中信号偏差大的定值应扩大后再切到手动方式、甚至不设计成自动切到手动方式运行,如要切到手动方式需要运行人员操作才行。
完善锅炉灭火联动和保护逻辑,在保证灭火保护可靠的情况下,解除单个燃烧器火焰信号失去联跳给粉机的逻辑,以降低燃烧对汽包水位的影响,同时也提高了锅炉燃烧的稳定性(在进行灭火保护及相应燃烧逻辑设计时,应把煤、油燃烧器作为整体考虑更加科学)。当汽轮、发电机侧异常造成机组大幅度甩负荷时,由于给水自动可能已切为手动方式,运行人员应根据机组实际负荷对应的给水流量来操作,降低虚假水位对给水调节的影响,即在DCS给水画面上把给水流量和蒸汽流量的显示值放大显示,便于运行人员事故处理。举一反三,按照以上思路可对其它热工控制系统的逻辑进行完善,实现智能化。