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[摘要] 通过对仁化电厂#2锅炉安全门保护控制回路及设备的优化改造，并引入DCS系统作为控制和显示，完善其控制系统，消除了隐患。
[关键词] 锅炉安全门保护 控制回路 现场设备 DCS控制
一、 设备概况
仁化电厂#2机组配备的锅炉为东方锅炉厂设计制造的DG-260/9.8/540型循环流化床锅炉，设有汽包安全门、过热器安全门各一台，使用为锅炉厂提供的脉冲式电磁安全门，当主蒸汽压力高于10.3MPa时，自动打开过热器安全门；当主蒸汽压力继续升高到达11.7MPa时，开启汽包安全门。其控制系统采用传统的硬接线+接触器+电接点压力表组成，在BTG盘上进行独立硬手操。
图 1
注：“汽压高”、“汽压低”是指电接点压力表接点
“保护开关”是指投切开关
“安全门启座”、“安全门回座”是指相应的电磁铁动作
其设计了两种控制方式：
1.自动控制时由现场安装的电接点压力表发讯从而自动开关脉冲式电磁安全门；
2.手动控制则直接操作切换开关控制电磁铁受电进行开关电磁脉冲安全门。
脉冲式电磁安全门的控制原理框图如图1所示。
二、 故障现象
锅炉安全门是锅炉主蒸汽压力高保护的重要装置，当运行中发生主蒸汽超压情况时，安全门自动打开，对空排汽，以防设备损坏。
2006年5月15日#2炉在运，由于运行工况发生变化，运行人员对运行参数未能及时调整，导致主蒸汽压力升高，超出额定压力9.81 MPa，并持续上升，到达10.3 MPa时，过热安全门拒动，短时间内汽压继续上升到11.7 MPa时，汽包安全门拒动。运行人员马上手动开启过热器对空排汽电动门进行排汽，并在PTG盘上将切换开关切到“打开”位置；过热器安全门仍未动作，汽包安全门打开排汽。在这期间汽压最高曾升至15.4 MPa，远超出额定压力范围。
此次由于保护拒动引起锅炉超压运行直接造成锅炉紧急停炉，机组停运，并对炉内承压部件造成冲击
三、原因分析
首先，了解安全门控制原理：当主蒸汽压力超过允许值时，电接点压力表动作，使打开接触器的线圈通电，因而使打开电磁线圈通电，产生一个向上的附加力，再加上主蒸汽压力对脉冲门门芯的向上的作用力，使脉冲门打开，蒸汽通过脉冲管道进入主安全门上部活塞，活塞产生一个向下的作用力，直到克服弹簧力时，主安全门打开，对空排汽。
热工保护故障现象可分为保护拒动和误动，根据以上的控制方式原理进行分析，可能存在的故障包括；
1、引起保护误动的因素：
1.1保护测量发讯装置采用的电接点压力表故障，误发讯给控制回路
2、引起保护拒动的因素：
2.1安装在现场的电磁线圈故障，无法带动脉冲安全门
2.2控制信号电缆或连接电缆出现绝缘不好或其它故障，导致信号失灵。
2.3控制部分使用的切换开关、接触器、中间继电器由于长期工作性能下降，造成工作不正常。
另外：由于整个控制回路只有一套硬操作系统，且所有参数相对独立，没有与DCS联系，无法调用历史数据进行分析，給安全生产工作带来极大的不便。
四、原因排查
1、在发现保护拒动后立即对电磁铁线圈进行检查，发现关闭电磁线圈YC已烧坏短路或开路；这是由于在运行中关闭电磁线圈YC长期带电，如线圈电流过大则会造成发热，当温度升至一定时会烧坏线圈。以往该类设备都是将一个适当阻值的电阻与线圈串联，以达到分流的效果，但现设备没有设置。
2、保护测量发讯装置采用的是普通电接电压力表作为信号检测，抗扰动、振动性能较差。取样管路不符合安装规范；取样管没有固定牢固，当主蒸汽管道内介质发生骤变时，引起取样管瞬间振动，原定值在振动下会移位，从而造成保护误动或拒动。
3、通过对信号电缆的接线端子紧固检查、电缆绝缘检查和线芯阻值检查，可以排除信号连接电缆引起的故障。
4、对整个控制回路使用的切换开关、接触器、中间继电器进行检查，产品均为正规厂家生产，附有合格证书及出厂检验证书，在多次试验中均能可靠动作，故此可以排除此类设备所引起的故障。
5、缺少备用操作回路，没有监视功能，给机组安全运行带来隐患。
五、措施及对策
1、对原使用的控制电磁铁进行改造换型，选用沈阳专用电磁设备厂制造的MZZ6-60SJ（G）直流制动节能防水常带电型电磁铁。其中MZZ6-60SJ常带电型作为关闭用电磁铁，MZZ6-60SG短时带电型作为开启用电磁铁。短时带电型为常规电磁铁，不作具体分析；现对常带电型电磁铁进行分析：
①MZZ6-60SJ型电磁铁控制线路图图2所示。
②工作原理；
电磁铁通电后起动线圈L2励磁后迅速吸起铁心，牵引负荷至吸合位置，当铁心到达吸合位置时，铁芯上的撞杆使行程开关K动作，常闭接点断开，L1和L2串联受电，此时线圈以小电流使电磁铁保持在吸合位置，避免了线圈长期带大电流造成发热现象，消除运行中的不安全因素。
2、对取压测量回路各硬件设备进行改造：
① 一次测量发讯元件进行改型：选用美国CCS公司生产的紧凑型压力开关，该类开关具有动作值准确，重复性高，微压区响应好，无漂移，耐冲击，防震动，抗抖动，基本上不受温度因素影响的显著特点，适合用于重要的保护控制中。
② 对取样管路进行整改：压力开关安装点移位并将其固定，使取样管路的安装达到电力企业的规范要求。
图2
注：
C——为消弧电容
K——为常闭型行程开关
L1——为副线圈，阻值约为1.5KΩ，在铁心动作后由行程开关控制与主线圈串联，起到分流作用
L2 ——为主线圈，阻值约为100Ω，线圈得电后吸引铁心产生位移
3、对整个保护控制回路所有的电缆接线端子进行全面的紧固，杜绝线缆松脱的现象出现。
4、在原有的控制回路基础上对其进行优化改造，增加DCS系统对安全门的控制和监视。具体措施如下：
①在DCS中增加4对DI和4对DO，并将其命名、编号添加入点目录中。
②根据控制原理图1，对控制逻辑进行组态，为区别于硬件操作回路，达到真正冗余的效果，该逻辑采用了模拟量信号作为信号源。
说明：通过DCS画面选择“自动联锁投切”，判断功能块根据“过热器出口压力”实时值决定开或关电磁铁，对应接触器动作后其辅助接点也相应在逻辑中显示其状态，当控制电源消失时，报警信号随之闪烁。
③在原控制接线图的基础上对控制线路进行改造（如图4所示）
在原控制回路中加入DCS控制信号，当硬接线回路故障时，现场设备仍能接收动作信号
六、总结
通过采取以上措施及对策后，#2炉的两台安全门保护至今未出现误动或拒动现象，在定期试验中动作及时、准确。由于增加了DCS控制，各项参数都得到了有效监控，给分析工作带来方便，同时有效的保障了锅炉的安全运行，消除了运行中存在的不安全因素。
[关键词] 锅炉安全门保护 控制回路 现场设备 DCS控制
一、 设备概况
仁化电厂#2机组配备的锅炉为东方锅炉厂设计制造的DG-260/9.8/540型循环流化床锅炉，设有汽包安全门、过热器安全门各一台，使用为锅炉厂提供的脉冲式电磁安全门，当主蒸汽压力高于10.3MPa时，自动打开过热器安全门；当主蒸汽压力继续升高到达11.7MPa时，开启汽包安全门。其控制系统采用传统的硬接线+接触器+电接点压力表组成，在BTG盘上进行独立硬手操。
图 1
注：“汽压高”、“汽压低”是指电接点压力表接点
“保护开关”是指投切开关
“安全门启座”、“安全门回座”是指相应的电磁铁动作
其设计了两种控制方式：
1.自动控制时由现场安装的电接点压力表发讯从而自动开关脉冲式电磁安全门；
2.手动控制则直接操作切换开关控制电磁铁受电进行开关电磁脉冲安全门。
脉冲式电磁安全门的控制原理框图如图1所示。
二、 故障现象
锅炉安全门是锅炉主蒸汽压力高保护的重要装置，当运行中发生主蒸汽超压情况时，安全门自动打开，对空排汽，以防设备损坏。
2006年5月15日#2炉在运，由于运行工况发生变化，运行人员对运行参数未能及时调整，导致主蒸汽压力升高，超出额定压力9.81 MPa，并持续上升，到达10.3 MPa时，过热安全门拒动，短时间内汽压继续上升到11.7 MPa时，汽包安全门拒动。运行人员马上手动开启过热器对空排汽电动门进行排汽，并在PTG盘上将切换开关切到“打开”位置；过热器安全门仍未动作，汽包安全门打开排汽。在这期间汽压最高曾升至15.4 MPa，远超出额定压力范围。
此次由于保护拒动引起锅炉超压运行直接造成锅炉紧急停炉，机组停运，并对炉内承压部件造成冲击
三、原因分析
首先，了解安全门控制原理：当主蒸汽压力超过允许值时，电接点压力表动作，使打开接触器的线圈通电，因而使打开电磁线圈通电，产生一个向上的附加力，再加上主蒸汽压力对脉冲门门芯的向上的作用力，使脉冲门打开，蒸汽通过脉冲管道进入主安全门上部活塞，活塞产生一个向下的作用力，直到克服弹簧力时，主安全门打开，对空排汽。
热工保护故障现象可分为保护拒动和误动，根据以上的控制方式原理进行分析，可能存在的故障包括；
1、引起保护误动的因素：
1.1保护测量发讯装置采用的电接点压力表故障，误发讯给控制回路
2、引起保护拒动的因素：
2.1安装在现场的电磁线圈故障，无法带动脉冲安全门
2.2控制信号电缆或连接电缆出现绝缘不好或其它故障，导致信号失灵。
2.3控制部分使用的切换开关、接触器、中间继电器由于长期工作性能下降，造成工作不正常。
另外：由于整个控制回路只有一套硬操作系统，且所有参数相对独立，没有与DCS联系，无法调用历史数据进行分析，給安全生产工作带来极大的不便。
四、原因排查
1、在发现保护拒动后立即对电磁铁线圈进行检查，发现关闭电磁线圈YC已烧坏短路或开路；这是由于在运行中关闭电磁线圈YC长期带电，如线圈电流过大则会造成发热，当温度升至一定时会烧坏线圈。以往该类设备都是将一个适当阻值的电阻与线圈串联，以达到分流的效果，但现设备没有设置。
2、保护测量发讯装置采用的是普通电接电压力表作为信号检测，抗扰动、振动性能较差。取样管路不符合安装规范；取样管没有固定牢固，当主蒸汽管道内介质发生骤变时，引起取样管瞬间振动，原定值在振动下会移位，从而造成保护误动或拒动。
3、通过对信号电缆的接线端子紧固检查、电缆绝缘检查和线芯阻值检查，可以排除信号连接电缆引起的故障。
4、对整个控制回路使用的切换开关、接触器、中间继电器进行检查，产品均为正规厂家生产，附有合格证书及出厂检验证书，在多次试验中均能可靠动作，故此可以排除此类设备所引起的故障。
5、缺少备用操作回路，没有监视功能，给机组安全运行带来隐患。
五、措施及对策
1、对原使用的控制电磁铁进行改造换型，选用沈阳专用电磁设备厂制造的MZZ6-60SJ（G）直流制动节能防水常带电型电磁铁。其中MZZ6-60SJ常带电型作为关闭用电磁铁，MZZ6-60SG短时带电型作为开启用电磁铁。短时带电型为常规电磁铁，不作具体分析；现对常带电型电磁铁进行分析：
①MZZ6-60SJ型电磁铁控制线路图图2所示。
②工作原理；
电磁铁通电后起动线圈L2励磁后迅速吸起铁心，牵引负荷至吸合位置，当铁心到达吸合位置时，铁芯上的撞杆使行程开关K动作，常闭接点断开，L1和L2串联受电，此时线圈以小电流使电磁铁保持在吸合位置，避免了线圈长期带大电流造成发热现象，消除运行中的不安全因素。
2、对取压测量回路各硬件设备进行改造：
① 一次测量发讯元件进行改型：选用美国CCS公司生产的紧凑型压力开关，该类开关具有动作值准确，重复性高，微压区响应好，无漂移，耐冲击，防震动，抗抖动，基本上不受温度因素影响的显著特点，适合用于重要的保护控制中。
② 对取样管路进行整改：压力开关安装点移位并将其固定，使取样管路的安装达到电力企业的规范要求。
图2
注：
C——为消弧电容
K——为常闭型行程开关
L1——为副线圈，阻值约为1.5KΩ，在铁心动作后由行程开关控制与主线圈串联，起到分流作用
L2 ——为主线圈，阻值约为100Ω，线圈得电后吸引铁心产生位移
3、对整个保护控制回路所有的电缆接线端子进行全面的紧固，杜绝线缆松脱的现象出现。
4、在原有的控制回路基础上对其进行优化改造，增加DCS系统对安全门的控制和监视。具体措施如下：
①在DCS中增加4对DI和4对DO，并将其命名、编号添加入点目录中。
②根据控制原理图1，对控制逻辑进行组态，为区别于硬件操作回路，达到真正冗余的效果，该逻辑采用了模拟量信号作为信号源。
说明：通过DCS画面选择“自动联锁投切”，判断功能块根据“过热器出口压力”实时值决定开或关电磁铁，对应接触器动作后其辅助接点也相应在逻辑中显示其状态，当控制电源消失时，报警信号随之闪烁。
③在原控制接线图的基础上对控制线路进行改造（如图4所示）
在原控制回路中加入DCS控制信号，当硬接线回路故障时，现场设备仍能接收动作信号
六、总结
通过采取以上措施及对策后，#2炉的两台安全门保护至今未出现误动或拒动现象，在定期试验中动作及时、准确。由于增加了DCS控制，各项参数都得到了有效监控，给分析工作带来方便，同时有效的保障了锅炉的安全运行，消除了运行中存在的不安全因素。