汽包水位测量系统应合理配置

PAGE1PAGE4发表于《中国电力》2004第4期，本文由热工自动化标准化委员会主任侯子良教授审稿汽包水位测量系统的合理配置收稿日期：2003-09-19；修回日期：2004-02-05发表于《中国电力》2004第4期，本文由热工自动化标准化委员会主任侯子良教授审稿收稿日期：2003-09-19；修回日期：2004-02-05作者简介：高维信（1942－），男，江苏睢宁人，高级工程师（教授级），从事火电厂热工自动化工作。E-mail:webmaster@高维信1，荆予华2淮安维信仪器仪表有限公司，江苏淮安223001；2.焦作电厂，河南焦作454001)摘要：分析汽包水位监控保护测量系统按2套就地水位表、3套差压水位计配置（简称“5套配置”）的缺陷及采用“5套配置”的客观原因。介绍“多测孔接管”技术不需在汽包上开孔而增加独立取样测孔，解决了汽包原有水位测孔过少影响合理配置的难题，以及新型电接点水位测量筒高精度取样、高可靠性传感，使电接点水位计可靠地用于监视主表和保护。简介汽包水位测量系统优化配置原则与效果，建议尽早修订有关“5套配置”的规定。关键词：电厂锅炉；汽包水位；监控保护；测量系统；优化配置中图分类号：TK316文献标识码：B文章编号：1004-9649（2004）04-0000-000引言大型锅炉汽包内各局部汽流、水流及汽水混合物的流速分布往往不均匀，导致水位高低不平，水位测量易受各种干扰。这是准确、稳定测量水位的困难之处及要实施多点测量的原因所在。汽包水位监控的任务是：将水位准确控制在0线附近，使饱和蒸汽品质最佳；事故水位时手动或自动停炉；特殊操作监控，如停炉后汽包满水快冷的上水操作和满水状态的监视，缺水停炉后及时判断可否补水，尽快恢复运行等。满足汽包水位安全监控和事故处理的需求是水位测量技术进步的动力。仪表行业采取化难为易的策略，针对监视、自动调节、保护的不同功能系统要求，研制了各种水位计，其性能又各有长短，形成在用水位计多样化。显然，监控保护系统设计应针对水位计的现状，扬长避短，按不同功能需求优选、冗余配置水位计［1］。长期以来，水位计测量与配置问题导致运行人员误判断、误操作，水位预警失灵，停炉保护拒动，造成锅炉多起重大水位事故，而保护误动事故更多。因此要求尽快解决水位测量问题的呼声很高。借助于分散控制系统（DCS）技术，差压水位计在一定程度上提高了性能，所以2001年《国家电力公司电站锅炉汽包水位测量系统配置、安装和使用若干规定（试行）》正式出台。尽管这一规定中的“安装和使用”等条款对防止重大水位事故有重要作用，但由于受到汽包水位测孔少、普通电接点水位计不足以用于监视主表（基准表）和保护仪表等客观技术条件的限制，对于至关重要的测量系统配置问题，采取了简化处理（按“5套配置”），遗留问题较多，难以收到预期效果。汽包水位测量技术的进步必然促进监控保护测量系统配置的更新。先进的测量技术与装置如多测孔接管技术和新一代电接点水位计的成功应用，使得原本认为相对合理的配置有了新的认识。目前来看，“5套配置”及相应的原则性条款已限制了汽包水位测量系统更合理的配置改进，影响监控保护系统设计进一步满足运行需求，这一问题已引起电厂和热控专家的密切关注。1“5套配置”的缺陷“5套配置”的主要内容是：监视辅表有2套(老式)就地水位表，其中1套可用电极式水位测量装置替代；3套差压水位计用于监视主表（基准表）、“三取二”保护（含报警）、“三选中”自动调节。1监视系统缺陷1.1.1指示偏差大与经过压力温度理想化修正的差压水位计相比，电接点水位计、云母水位计在超高压、亚临界压力下0水位显示分别偏低80、140mm。使各水位计0位一致的2种做法：（1）进行电接点、云母水位计0位定点修正，则低压运行时或满水、缺水时仍会有较大的显示偏差。（2）2套就地水位计不进行定点修正，下调差压水位计实测值，将使汽包严重高水位运行。2监视基准问题“5套配置”“以差压水位计为准”的规定依据不充分，可操作性较差，有风险：（1）参比水柱温度准确修正难度大，不易消除正负压管传输附加差压，使实测值易随机性大幅度漂移，误差模糊、可信度低，在点火升负荷阶段尤为明显［2］。这些缺陷降低了基准认定的合理性。（2）规定中的“应定期根据环境温度变化对修正回路进行设定”，“以（老式）就地水位表为准，每班校正0水位”，是对基准认定的自行否定。（3）运行人员难以掌握就地式和差压式2个“基准”的应用尺度，易导致事故判断犹豫和处理混乱。（4）低负荷运行时须升压至额定压力才能校正，故0位监督易流于形式。不能有效核对全量程线性误差。1.1.3未满足特殊监控需求为防止汽包壁上下温差超限，停炉后采用汽包满水快冷。在给水系统临时故障导致缺水保护停炉后，若汽包内还有水，可及时补水恢复运行。其安全措施要求有能监视满、缺水的水位计，而“5套配置”未能满足这一特殊监控需求。1.2危险集中“三取二”保护和“三选中”自动调节合用3套差压水位计信号，形成信号“危险集中”。文献［3］指出，“不应混淆DCS信息共享与合用信号概念，DCS对信息的处理与应用是分等级的，其精髓是危险分散”。保护和自调“合用”信号，不符合行业标准（DL／T5175－2003）关于“保护用的接点信号应取自专用的开关量仪表”，不符合《25项反措》中“汽包水位高、低保护应采用独立测量的三取二的逻辑判断方式”的规定。也不符合许多国外权威标准关于“在基本控制系统和安全联锁系统之间应在地理上和功能上分开”、“用于基本控制系统的传感器不应用于安全系统”等规定的原则［4］。环境温度与附加差压变化、压力与温度修正参数设定不当等是同时影响3个差压信号测量的共同因素，可能使2个测量值大幅同向漂移，导致监视严重失准、自调失灵、保护误动或拒动事故同时发生。2002年11月，国电发电集团安徽某厂1025t/h锅炉缺水事故是最新案例：1个平衡容器管路泄漏,使邻近平衡容器参比水柱温度升高，形成2个差压水位计检测水位升高，自调缓慢减少给水，导致汽包缺水，保护拒动，CRT显示未见严重异常。因管路堵塞，水位TV指示下降缓慢，与CRT显示相差不大。幸亏后来发现2个监视系统应至少有1种测量准确、实测可信，无需经常核对校正，常显示、醒目直观的主表。新型电接点水位计综合性能优于差压水位计，可首选按3重冗余配置。保护与调节系统间及系统内部的3个信号应从取样端彼此独立。“三取二”保护需要的是定点测量的开关量。2个信号同时失灵的几率，电极式比差压式小得多。“危险分散”原则强调基本控制系统与安全系统分开，未强调监视与保护分开，故保护仪表可首选新型电接点水位计。自动调节所需信号是小范围内水位相对变量，对水位计要求尽管相对较低，但为提高调节品质和手动停炉的准确性，可优选双恒单室平衡容器。测孔少，应增加测孔。若取样点干扰大，应将取样点移至最佳点，或加装屏蔽装置。主表和保护仪表选用封头测孔，自动调节和监视辅表可使用中段测孔。保护与调节系统内部的3个信号取样点不应选在汽包同一端。5优化配置效果焦作电厂、马头发电总厂、华能淮阴电厂［6］等电厂采用多测孔接管技术增加汽包封头测孔，阳泉二电厂、衡水电厂等电厂充分利用原有测孔，增加仪表冗余度，实现了汽包水位测量系统合理优化配置和保护与自动调节信号危险分散，解决了主表与保护仪表不能充分满足运行需求的矛盾，安全效果显著。（1）GJT-2000型测量筒解决了实际水位监控不准的难题：焦作电厂、阳泉二电厂、衡水电厂测量水柱温度为饱和汽温度［5］，理论上间接证实了测量准确、可信。以新型电接点水位计为准监控水位三四年后，比较汽包水线与0线偏差：马头发电总厂8号炉2002年9月实测偏低23mm；华能淮阴电厂2号炉2003年10月12日实测偏低10mm。运行证实，测量已逼近汽包内实际水位。（2）新型电接点水位计解决了差压水位计校核调整问题：电接点水位计除提供准确的监视手段外，还从点火起提供差压水位计全工况、全量程准确校核手段。4～20mA阶梯模拟量引进DCS水位历史记录系统，不仅可准确了解水位事故过程，还可实时核对差压水位计测量误差，便于压力温度修正参数整定与调试。解决了最为关注的2种主要的远传水位计偏差问题。（3）解决了汽包全程水位监视问题：GJT－2000Q全程电接点水位计在扬州二电厂600MW机组锅炉的运行证实，锅炉运行中能全程全工况显示实际水位，能监视到主表量程外的事故水位值，停炉后能监视满水与缺水具体数值，指导满水安全快冷和缺水事故处理。（4）手动停炉可靠性高：3个新型电接点水位计为主表、3个按电接点水位计准确调校的CRT水位计为辅表、2个云母水位计还有全程或大量程水位计，焦作电厂、马头电厂、华能淮阴电厂3个电厂按这种配置方式，可确保事故水位准确判断，果断手动停炉。（5）“三取二”保护动作测量值准确，保护可靠：GJT-2000型测量筒水柱温度等于饱和温度，使高低1、2、3信号电极如同在汽包内检测，保证6个“三取二”逻辑判断网络输出信号准确。几年来，近百台测量筒运行从未发生机械密封泄漏事故，没有发生过保护拒动、误动事故。较高的保护可靠性使得从点火起即可投入停炉保护、联锁与报警。采用新型测量筒后，水位实际传动校验不需升降汽包水位，易操作、无风险，校验准确、可信，可定期校验。且因测量故障使“三取二”保护和“三选中”自调系统同时瘫痪的几率极小。6结论（1）新型电接点水位计可解决主表与保护仪表不能充分满足运行需求的矛盾，比差压水位计更适合用作监视主表(基准表)和保护仪表。（2）多测孔技术能可靠解决水位测孔少问题，从而避免保护与自动调节系统合用测孔、合用信号的“危险集中”。（3）愈来愈多的电厂在超高压、亚临界压力各种容量锅炉上突破“5套配置”框框，采用GJT-2000型汽包水位电接点测量筒和以多测孔接管为代表的关键性新技术，进行测量系统优化配置和选型，经几年的工业应用证明，安全效果显著。（4）以上情况表明，已基本具备调整汽包水位测量系统配置技术政策的条件，建议尽早修订“5套配置”规定。参考文献：高维信.汽包水位监控保护测量系统配置优化[J].热工自动化信息，2003

，（1）：页码7-12.高维信，董

强，荆予华，等.锅炉汽包水位监视基准表和保护仪表选型[J].中国电力，2003，36（7）：51-55.高天云.上海电网火电机组2002年度热控保护概况及分析[J].

中国电力，2003，36（5）：56-59.张晋斌，张徐亮.火电厂安全保护系统设计探讨[J].中国电力，1998，31（5）：69－71[J].高澎，滕会英，傅刚，等.汽包水位高精度取样电极传感器及其应用[J].中国电力，2002，35（10）：65－69.李刘军，高维信，傅刚，等