Re:论文

DCS系统在锅炉炉膛安全保护中的应用
(乌石化分公司热电厂 任卫兵 邮编830019)
　
摘要： 乌石化热电厂采用FISHER-ROSEMOUNT公司的DCS系统在3号机组得到了成功的应用，该套DCS系统具有DAS(数据采集)、CCS（闭环控制）、SCS(顺序控制)、BMS（锅炉安全保护）及SOE（事故追忆）功能。其控制水平已达到国内30万以上机组水平，整个DCS系统在一段时期内将处于国内20万以下机组尤其是总公司自备电厂的领先地位，特别是DCS系统成功的应用于锅炉炉膛安全保护上，这对于国内今后DCS系统在电厂应用是一个很好的借鉴。本文将从电厂3#号炉炉膛安全保护的功能实现、逻辑的特点、应用、探讨等方面来分析DCS系统在锅炉炉膛安全保护上的应用
　
1. 概述
DCS系统在应用于火力发电厂时对于锅炉炉膛安全保护系统采用单独设计一套程控系统即BMS 系统（炉膛安全保护及燃烧器管理系统），BMS系统再与DCS系统通讯相连接。这样做主要是存在对锅炉炉膛安全保护的资格认证问题。而目前DCS系统中已取得认证资格的并能够在DCS系统内作BMS的国内唯有西屋的WDPF-II系统和贝利的INFI-90系统。我厂3号炉DCS系统为FISHER-ROSEMOUNT的PROVOX系统，BMS功能做在DCS系统内，DCS系统成功地实现了BMS功能，下面就对这一应用进行分析。
　
2.    BMS的功能在DCS系统内的实现及其特点
我厂3号炉BMS的逻辑采用由炉膛安全保护认证资格的上海发电设备成套所出据的逻辑方案，在由PROVOX系统来实现其逻辑功能。采用这种方法具有以下特点：
2.1.锅炉炉膛安全保护系统具备了认证资格，保证了BMS系统的可靠性
2.2.做到了BMS是DCS系统中的一部分，避免了那种由于单独采用程控系统再与DCS系
统连接，不能实现通讯等许多问题
2.3.降低了系统的投资成本，减少了采用单独一套程控系统的投资
2.4.DCS系统的功能更全面，使得BMS中与DCS的其他功能之间相联系的相关点如汽包
水位信号、火检信号、送风机、给粉机等信号均采用DCS系统内部通讯来实现，降低了大量的外设投资，减少了因外设造成的故障率。根据目前的应用看，收到了很好的效果。3号炉BMS系统未出现一起误动、拒动或单独采用保护装置出现死机等故障。
在BMS的逻辑功能上，传统的BMS 逻辑一般包括：燃油逻辑、煤油混烧逻辑、燃煤逻辑、燃气逻辑、煤气混烧及油气混烧逻辑。这就造成点数增多，投资增大、逻辑条件复杂、繁琐、外设多故障率高，维护工作量大，保护很多功能无法投用且增加了误动、拒动的机率。我厂3号炉的BMS逻辑结合1#2#炉及国内12.5万以下机组的保护特点，采用了一套针对3号炉实际情况的保护逻辑。其主要逻辑包括：炉膛灭火、燃料中断、炉膛压力、汽包水位越限、送、引风中断、风量小于30%及手动MFT等。在对燃油及燃气系统上只对燃油速断阀及燃气速断阀进行控制。各油角阀只是状态进行DCS。整个BMS逻辑简洁、明了、可靠、实用。其逻辑图如图一所示。
　

　
　
3. BMS的应用及逻辑分析
3.1.BMS在应用中，考虑DCS硬件及软件的特点，安全、可靠应放在第一位。首先要防止拒动、误动。软件一旦做好，其逻辑不会改变，故硬件的故障便是造成误动、拒动的直接原因，因此在硬件上采用如下做法：
3.1.1 控制器的配置 控制器采用1：1冗余方式配置。两台控制器同时出故障的可能性几乎为零，这样避免了因控制器硬件故障出现保护功能丧失的问题。采用SRX EMX控制器来实现逻辑功能，提高了运算速度。
3.1.2 I/O的硬件分布 将同一逻辑条件的点分散布置，做到了故障分散、危险分散。每块I/O卡件由16个点，若一块卡件故障会造成16个点故障，同一逻辑条件如果集中在一块卡件上会因I/O卡件故障导致保护误动或拒动对炉膛火焰信号的十六个点信号分布于四块卡件。这样即使一块卡件故障，也不会造成因炉膛火焰信号的丧失而导致的误动作。对汽包水位信号、炉膛压力信号、给粉机状态信号等均采用了分散布置。
3.1.3 采集重要参数的I/O卡件采用4：1冗余配置。如汽包水位信号等，当工作的I/O卡件故障时，备用的I/O卡将自动投上，进一步降低了硬件的故障率。
3.1.4 BMS相关的参数在控制器之间传送时，通过硬接线方式接入。如汽包水位信号、风量信号等的采集处理是在IFC101控制器内，对水位越限信号由IFC控制器输出到端子模块上，通过硬接线再到SRX控制器端子模块上进入SRX控制器进行控制，BMS逻辑的信号在控制器之间进行传递时没有通过Data Highway进行通讯传递，其目的是为了避免在事故状态下各种报警增多，Data Highway上通讯繁忙造成通讯速度减慢、阻塞或中断等故障，以提高可靠性。其传递方式如下图所示

　
　
3.2. BMS的逻辑为保证可靠性，分别采用了“四选三”、“三取二”、“四取二”、“三取中”等多重判断。
3.2.1.炉膛火焰逻辑：采用“四选三”逻辑，每层有三个灭火，则该层灭火，四层同时灭火则为全炉膛灭火，且有给粉机运行证实，输出MFT信号。火焰信号采用4?0mA模拟量输入，低于7mA判断为无火焰信号。在CRT画面上用棒柱模拟显示4?0mA火焰信号，即能判断火焰的有无，又能反映火焰的强弱。
3.2.2.燃料中断逻辑： 当同时满足以下条件时，输出MFT信号。
a.所有给粉机全停。
b.燃油、燃气速断阀关闭。
c.四个油角阀必须先开过再全关。
燃料中断逻辑还包括在煤、油混烧状态下，当出现所有给粉机中断时，若5秒内没有MFT输出信号，则输出MFT信号，以防止在此状态下出断粉后发生炉膛灭火，灭火保护未动作，油速断阀没有关闭，造成锅炉爆燃事故的发生。
3.2.3.送引风中断逻辑： 两台送风机或两台引风机全停时，输出MFT信号。
3.2.4.炉膛压力高、低越限逻辑：用压力开关检测炉膛负压信号。正负压越限均采用 “三取二”原则，正、负压越限时分别输出MFT信号。
3.2.5.汽包水位高低越限逻辑：水位信号的采集处理采用“三取中”原则。即对三个水位模拟量信号先进行比较，再取一个中间值作为准确的水位信号进行判断处理。当水位出现高低越限时输出MFT信号。
3.2.6.风量小于30%逻辑：送风总量小于30%时输出MFT信号。
3.2.7.手动MFT逻辑：同时按下盘面上两个手动MFT按钮时输出MFT信号。
3.2.8.燃油速断阀逻辑：速断阀开的条件是必须同时满足油压高、油角阀关且没有阀关的条件存在；阀关闭的条件是当出现MFT信号或任一台送引风机跳闸
3.2.9.吹扫逻辑：当MFT动作停炉后，必须经过5分钟的吹扫才使MFT复归，允许点火。其逻辑条件为：必须同时满足燃油、燃气速断阀关闭、所有排粉机停、任意一台送引风机运行、风量小于30%、无手动MFT信号、炉内无火、汽包液位正常、所有油角阀全关。若在整个吹扫过程中出现任一条不满足将会使吹扫中断，待条件满足后再重新吹扫，吹扫完毕后是MFT复归。
3.2.10.首次跳闸记忆：用于记忆最先引起MFT动作的逻辑条件。
3.2.11.手动MFT复归：此项功能用于当出现MFT动作条件后，将MFT手动切除（软手操），使MFT信号不输出，以使操作人员在最短的时间内将锅炉恢复正常。若无此功能，受吹扫逻辑的限制，MFT很难复归，致使点炉极为困难。
在BMS的逻辑中当MFT输出时，在连锁引风机、送风机、排风机、磨风机、给粉机等相关电气设备时，MFT只动作停排粉机，由排粉机通过电气联锁停相关设备，这样避免了引、送、排、磨、给粉机等电气连锁回路中既有电气联锁又有热工联锁造成的误动及无法分析故障原因的现象。
　
4. 存在的不足及探讨
4.1 硬件的配置及分布
4.1.1.与BMS相关的所有逻辑点应做在SRX EMX控制器内,再将与CCS、DAS相关的点通过Data Highway利用通讯方式传送。汽包水位信号应组态在SRX控制器内，再将其组态的点经Highway送至SR90 IFC控制器内进行CCS控制或者不经过Highway通过AO输出至IFC控制器内。风量信号也是如此。其目的是首先保证BMS的功能。并且减少点数，降低硬件投资。
4.1.2.I/O卡件的冗余配置上，冗余的I/O卡件应分布在BMS的SRX EMX控制器内更为可靠。而实际分布在CCS的IFC控制器内。在冗余配置的I/O卡件中只有汽包水位、风量、压力信号。而火检信号、送、引风机及给粉机信号等与BMS相关的点均应采用冗余配置。
4.2 逻辑的原理设计上
4.2.1. 汽包水位信号应采用“三取平均值”的逻辑，即三个水位信号先进行品质判断，当三个信号均正常时，取其平均值做为最终液位值；若有一个出故障时，取其余两个正常信号的平均值为最终液位值；当有两个信号出现故障时，取正常信号值为最终液位值；当三个信号同时故障时，将水位保护跳闸逻辑切除。而现在采用的“三取中”原则，将可能出现所取的中间值不准或三个值均异常引起的保护误动作。
4.2.2.风量信号采用文邱利管差压原理测风量。因受检测元件的限制，而不能准确测量风量，使风量小于30%保护不能投入。此项逻辑应采用对调节阀的阀位及DCS输出至调节阀的AO控制信号，来间接的取风量信号，使风量小于30%保护正常投入运行，并且对相应的阀位及AO信号增加品质判断。
4.2.3.吹扫逻辑条件多，在实际应用中形同虚设，此项逻辑对于3号炉实际情况没有实际意义。炉膛的吹扫可在运行的管理中实现。此项逻辑可以取消或则将油角阀状态、给粉机状态、风量等条件取消或用短接线强制实现，只保留主要的送、引风机状态条件即可
4.2.4.燃料中断逻辑条件多且复杂。此项逻辑因现场油角阀及十二台给粉机状态信号不可靠，几乎不可能动作。燃料中断反映的最终结果是炉内无火，该逻辑应简化成只对给粉机及油速断阀进行判断。
4.2.5.对一些不可靠的状态应选用选择判断。如油角阀全关应选用四选二、或四选三判断，十二台给粉机全停应选用四选三判断。而目前实际应用中，往往由于一个阀位状态或给粉机状态的不可靠，根本发不出油角阀全关信号及十二台给粉机全停信号。
　
5. 结束语
乌石化热电厂3号机组的PROVOX-OWP DCS系统是继WDPF系统、INFI-90系统之后又一个将BMS功能做在DCS系统内的成功典范。其整个系统的控制水平尤其是DCS系统具有BMS功能已达到国内30万以上机组的标准。DCS系统在3号机组的成功应用开创了国内20万以下机组应用DCS系统的先列。用DCS系统来实现BMS功能在我厂的应用对今后国内20万以下机组应用DCS系统是很好的范例。我厂3号炉BMS功能还需要不断的进行完善，才能使DCS的功能在锅炉炉膛安全保护中发挥出更加全面可靠的作用。
　
　
　
作者简介 任卫兵 1989年毕业于华南理工大学电气工程系仪表自动化专业，在乌石化公司热电厂从事热工自控工作至今，现任专职工程师。联系地址 乌鲁木齐石化公司热电厂热工车间， 邮编 830019 ，联系电话 6907780，传真 6903081。