FSSS在1000MW机组中的应用

张 亮,刘国华,范廷举

(1.东北电力科学研究院有限公司,辽宁 沈阳 110006;2.绥中发电有限责任公司,辽宁 葫芦岛 125222)

随着我国电力工业的迅速发展,火电厂建设已经进入大机组、高参数、高度自动化时代,目前新建或扩建电厂多采用1 000 MW超超临界机组。大容量、高参数机组对运行的安全性、经济性和自动化程度要求日益提高,需要控制的与锅炉燃烧有关的设备和系统越来越多。这些设备和系统类型繁杂,操作方式多变,操作过程复杂。尤其在锅炉启停和事故工况下,燃烧设备的操作更加繁琐,如果操作不当很容易造成意外事故。故大型机组必须为锅炉提供安全、可靠、完善的控制和保护系统,以保障机组设备及人身的安全。从20世纪60年代起,在国外火电机组上就开始投入使用一系列火焰检测装置和炉膛安全监控系统 (Furnace Safeguard Supervisory System,简称FSSS),并将其作为火电机组自动保护和自动控制系统的一个重要组成部分,完成锅炉安全监测和保护。从20世纪70年代起,炉膛安全监控系统也开始在我国火电机组上使用。

1 机组概况

绥中二期工程2×1 000 MW超超临界机组锅炉由东方锅炉厂有限公司制造,锅炉型号为DG3000/26.15-Ⅱ型锅炉,锅炉为高效超超临界参数变压直流炉,采用单炉膛、一次中间再热、平衡通风、运转层以上露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构 П型锅炉。锅炉采用0号轻柴油点火和助燃,共48只点火助燃油枪,油枪为机械雾化。整个锅炉配置6层粉燃烧器 (A、B、C、D、E、F),制粉系统为正压直吹式,配置了6台ZMG-133G中速磨煤机。锅炉设计参数见表1。

表1 锅炉设计参数

FSSS控制逻辑分布在8对控制器,分别为AP02、AP03、AP04、AP05、AP06、AP07、AP10、AP13。其逻辑功能由南京西门子电站有限公司开发的SPPA-T3000分散控制系统来实现。控制器分布如下。

AP02 AP07∶6个控制器每一控制器分配一层粉燃烧器和对应的油燃烧器。

AP10控制器 (公用逻辑):油泄漏试验、炉膛吹扫、MFT、点火允许、RUN BACK、火检冷却风机、密封风机。

AP13控制器:微油点火

2 FSSS组成

FSSS由4部分组成:控制台、逻辑控制系统、执行机构和检测元件。

控制台包括运行人员控制台、就地控制台、系统模拟台等。

逻辑控制系统是FSSS的核心,需要控制的设备多,流程和操作方式多变,使得FSSS的逻辑控制系统比较复杂。

执行机构也称驱动装置,是FSSS中的驱动机构。包括各种电磁阀、控制阀;点火枪的驱动机构;各种挡板的驱动装置;给煤机的电机控制器等。

检测元件是FSSS的信号源泉,主要作用是将反映燃烧系统状态的各种参数转换成FSSS可接受的信号,主要是各种类型的开关量信号。

3 FSSS主要功能

FSSS功能在逻辑控制系统中实现。FSSS控制逻辑分为公用控制逻辑、燃油控制逻辑及燃煤控制逻辑三大部分。公用控制逻辑部分包含锅炉保护的全部内容,即油泄漏试验、炉膛吹扫、主燃料跳闸(MFT)与首出原因记忆、点火条件 (油层点火条件和煤层点火条件)、RB等。

3.1 油泄漏试验

油泄漏试验是针对主燃油跳闸阀、母管回油阀、油管路及单个油燃烧器跳闸阀的密闭性所做的试验,目的是防止燃油供油管路泄漏 (包括漏入炉膛)。燃油泄漏试验不成功将终止炉膛吹扫程序。

3.1.1 油泄漏试验允许条件

a. 油阀全关;

b.30%＜总风量 ＜55%;

c. 燃油系统进油压力正常;

d. 燃油系统进油快关阀已关;

e. 燃油系统回油快关阀已关;

f. 旁路切除;

g. 燃油系统泄漏试验阀已关;

h. 所有火焰丧失。

3.1.2 油泄漏试验过程

a. 当允许条件满足,将在CRT上指示 “油泄漏试验允许”,这时可以从CRT上发出 “试验启动”指令,CRT显示 “充油试验开始”,打开进油泄漏试验阀充压,等待进油快关阀后燃油压力大于3.2 MPa的信号产生。若60 s内此信号产生表明“充油试验完成”,关闭进油泄漏试验阀;反之,则为 “充油试验失败”,切除泄漏试验,关闭供油快关阀。

b. 充油试验完成,进油泄漏试验阀关闭,等待180 s,等待中 “进油快关阀后燃油压力大于2.8 MPa”信号消失,则泄漏试验失败,切除试验;反之,泄漏试验成功。

3.1.3 油泄漏试验复位条件

a. 油泄漏试验成功;

b. 充油失败;

c. 泄油失败;

d. 进油快关阀打开;

e. 回油快关阀打开;

f. MFT跳闸。

3.2 炉膛吹扫

炉膛吹扫的目的是将炉膛内的残留可燃物质清除掉,以防止锅炉点火时发生爆燃。锅炉点火前,必须进行炉膛吹扫。

炉膛吹扫一次条件,炉膛在吹扫时,必须满足下列所有条件,若条件不满足,将中断吹扫,待条件具备后,重新启动。

a.MFT跳闸;

b. 油阀全关;

c. 任意送风机运行;

d. 任意引风机运行;

e. 任意空预器运行;

f. 磨煤机出口挡板全关;

g. 磨煤机全停;

h. 一次风机全停;

i. 一次风机出口门全关;

j. 全炉膛无火焰;

k. 任意火检冷却风机运行;

l. 无MFT跳闸条件;

m. 燃油系统进油快关阀关;

n. 燃油系统进油泄漏试验阀关;

o.FGD烟道畅通;

p. 燃油泄漏试验成功。

炉膛吹扫二次条件,炉膛在吹扫时,必须满足下列所有条件,若条件不满足,将中断吹扫,待条件具备后,重新开始计时。

a. 二次风挡板吹扫位;

b.30%＜风量 ＜55%;

c. 三次风门未全关。

当吹扫条件满足后,CRT上显示 “炉膛吹扫许可”,在CRT上发出 “吹扫启动”指令,CRT上指示 “炉膛吹扫过程中”,吹扫过程持续300 s后,吹扫完成,CRT上显示 “炉膛吹扫完成”,MFT复归。若吹扫过程中吹扫条件不满足,自动中断炉膛吹扫程序。

3.3 主燃料跳闸 (MFT)

主燃料跳闸 (MFT)是锅炉安全保护的核心内容。在出现任何危及锅炉安全运行的危险工况时,MFT动作将快速切断所有进入炉膛的燃料,以保证锅炉安全,避免事故发生或限制事故进一步扩大。当MFT跳闸后,有首出跳闸原因显示;当MFT复位后,首出跳闸记忆清除。MFT跳闸条件如下:

a. 手动MFT;

b. 给水流量低低;

c. 给水泵全停;

d. 汽轮机跳闸;

e. 火检冷却风机压力低低;

f. 空预器全停;

g. 高温过热器出口集箱压力高高;

h. 送风机全停;

i. 引风机全停;

j. 总风量 ＜25%;

k. 所有燃料丧失;

l. 一次风机全停;

m. 全炉膛火焰丧失;

n. 临界火焰丧失;

o. 炉膛压力低低;

p. 炉膛压力高高;

q. 再热器保护;

r. FGD保护。

MFT设计成软、硬两路冗余回路,当MFT条件出现时软件会送出相应的信号来跳闸相关的设备,同时MFT跳闸继电器柜也会向这些重要设备送出一个硬接线信号来跳闸它们。例如,MFT发生时会通过相应逻辑输出信号来关闭主跳闸阀,同时MFT跳闸继电器柜也会送出信号来直接关闭主跳闸阀。这种软硬回路互相冗余有效地提高了MFT动作的可靠性。此功能在FSSS跳闸继电器柜内实现。

3.4 点火允许条件

3.4.1 油燃烧器点火允许条件

a.MFT复位;

b.OFT复位;

c. 燃油系统进油压力正常;

d. 燃油系统吹扫空气压力正常;

e. 火检冷却风压力正常;

f. 燃油系统进油快关阀已开;

g. 燃油系统回油快关阀已开;

h. 给水流量正常;

i. 30%＜风量 ＜55%。

3.4.2 煤燃烧器点火允许

a.MFT复位;

b. 任意一次风机运行;

c. 火检冷却风压力正常;

d.30%＜风量 ＜55%;

e. 热一次风母管温度正常;

f. 一次风母管压力正常;

g. 任意密封风机运行。

3.5 RB工况

CCS产生RB信号,以至少4台磨煤机投运为判断依据,依次切除1台磨,顺序为35-33-36。当发生RB信号时,自动跳闸35号磨煤机,35号磨煤机停运10 s后,自动跳闸33号磨煤机,待33号磨煤机也停运10 s后,自动跳闸36号磨煤机。最终机组运行时保留3台磨煤机运行。

4 调试中发现的问题及改进

MFT跳闸柜设计为继电器失电跳闸,由两路110 V直流电源供电,采用常闭接点进行控制。每个继电器配有两对常闭接点,调试中发现每个继电器控制2台设备的动作,这样很容易导致误动作。例如1台继电器掉电或抖动会导致2台设备跳闸,极大地影响了机组的安全运行。现改为一对一式,即1台继电器只控制1台设备的动作。

目前国内机组在MFT跳闸柜设计方案有2种:带电跳闸;失电跳闸;MFT柜的2种方案分析如下:带电跳闸采用常开接点进行控制,采用常开接点进行控制的方案虽减少了误动的可能性,但增加了拒动的可能性 (若DCS失电后MFT可能不能正常动作);失电跳闸采用常闭接点进行控制,即在DCS失电后,MFT仍能动作。比较来看,后者对机组运行更安全,减少了拒动的可能性,但却增加了误动的可能性 (如线路虚接或继电器抖动等都可引起误跳)。

目前已投入生产的火电机组中,保护拒动很少发生,但保护误动却比较频繁。因此,保护误动问题是当前威胁发电厂安全运行所急需解决的问题。FSSS作为火电厂主要的保护系统,在系统硬件可靠的基础上,如何防止误动也是十分重要的。

5 结束语

FSSS作为现代化大型火电机组中最重要的保护系统之一,其设计的合理与否极其重要,系统自身的故障将直接影响机组的安全稳定运行。目前,FSSS已大多在DCS中进行控制,已不再单独分开设计,但在保护功能的实现和信号的采集上,依然应采用隔离和可靠的冗余等措施,以确保自身的可靠性。

[1] 肖大雏.超超临界机组控制设备及系统 [M].北京:化学工业出版社,2008.

[2] DL/T1091—2008.火力发电厂锅炉炉膛安全监控系统技术规程 [S].