提高锅炉安全门保护装置可靠性.pdf

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1、 提高锅炉安全门保护装置可靠性 高建军 孙会娟 李震勇 （河北兴泰发电有限责任公司） 【摘 要】锅炉为压力容器，为了防止超压，发生爆炸，造成毁灭性事故，因此安全门对于锅炉来说是非常重 要的保护装置。当锅炉压力升高到危险值时，安全门动作，排掉多余蒸汽，降低压力，以保证锅炉的安全。河北兴 泰发电有限责任公司 200MW 机组锅炉安全门多次发生回座电磁铁烧毁线圈及压力表故障等原因， 导致保护误动或拒 动。为保证机组的安全、经济运行，通过对锅炉安全控制系统进行改造完善，达到了提高锅炉安全门保护装置的可 靠性的目的。 【关键词】安全门 三取二 PLC 控制回路 电磁铁 1 安全门的重要性和控制部分组成

2、锅炉的汽包、过热器、再热器以及蒸汽管道等承压部件在较高的压力和温度下，有关部件的钢 材强度余量已经极小，尤其是高温过热器是在接近裁量蠕变的极限过程下进行工作的，若增加压力 就可能发生爆管事故。为了避免在燃料变化、操作失误或汽轮机甩负荷时锅炉压力超限过度，必须 装设主汽压力高保护装置。 锅炉主汽压力高保护的最后执行对象是锅炉安全门。所以锅炉安全门保护装置，是防止锅炉超 压损坏的根本措施，因此锅炉安全门在锅炉保护中显得尤其重要。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，以防止设备损坏。对于大型锅炉，当汽包安全门动作后，大量蒸汽会 从安全门排出，将使过热器的蒸汽流量突然大为减少，因而

3、使过热器的不到足够的冷却，就有烧坏 的危险。因此，再热器亦应装安全门，并且动作定值要低于汽包安全门。锅炉安全门保护包括汽包 安全门、过热器安全门和再热器安全门三个内容。 目前河北兴泰发电责任有限公司的 200MW 机组 670t/h 锅炉均装设有汽包安全门、过热器安全 门和再热器安全门。各安全门由主安全门和脉冲门组成，为脉冲式电磁安全门。 在锅炉的蒸汽压力超过允许压力时，脉冲门启座电磁铁带电，安全门开启，排放蒸汽，降低蒸 汽压力，确保锅炉承压部件安全运行。在安全门排汽降压到允许压力值时，脉冲门回座电磁铁动作， 安全门关闭。另外每个安全门都可以通过主控室内安全门保护面板上的操作开关控制启座、回座

4、。 其自动控制原理框图见图一。 改造前安全门保护装置主要组成部分：继电器控制回路、启座接触器、回座接触器、电接点压 力表、启座电磁铁、回座电磁铁、保护开关、指示灯等。 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 图一 脉冲式电磁安全门控制原理框图 2 保护装置存在的问题和改造完善的内容 2.1 控制逻辑硬件改造 原有继电器控制线路结构复杂，故障接点较多，不利于逻辑实现和故障迅速排除。时值兴泰公 司 200MW 机组进行 DCS（即分散控制系统）改造，安全门保护控制逻辑在 DCS 中进行组态实现是 十分简单的，但考虑到保护装置的独立可靠性即当 DCS 系统故障时，作为主蒸

5、汽压力保护的核心控 制部分能起到应有作用。决定采用硬件可靠性高、顺序控制运算速度快的 PLC(即可编程控制器)独 立实现安全门保护控制逻辑。 由于脉冲门的启闭是通过控制启座、回座电磁铁实现的。启座回座电磁铁分别由接触器控制。 为解决直流继电器输出接点动作过程中易造成烧毁的问题，将安全门启座、回座线圈控制继电器改 用优质交流继电器，并将双主触点并联。从而有效的避免触点拉弧烧毁，安全性得以提高。控制回 路的简化减少了直流接地等故障现象发生，另外为了减少就地接线盒和电磁铁受潮或雨淋造成直流 接地，对就地的脉冲安全门控制装置加装了防雨罩。 2.2 安全门动作控制信号采用三取二逻辑 原安全门控制回路采用

6、的是单一信号法控制，当汽包安全门、过热器安全门和再热器安全门对 应的电接点压力表达到规定值时，相应的安全门启座动作。如果压力表计因抖动、内漏或冬季表管 冻造成内部膨胀接点接通造成压力高信号误发，那么对应的安全门将发生误动，管路泄漏高温蒸汽 造成电缆短路和接线盒的不可预见的进水造成控制回路的短路也将造成相应的安全门的动作。这些 因素给安全埋下了隐患，是必须解决的问题。因此在安全门压力控制回路应采用三取二逻辑控制。 以#8 炉为例，147 安全门控制回路原取样信号不变，继续使用，另增加两路汽包压力信号，组成三 路 147 安全门控制信号，三路信号采用三取二逻辑动作安全门，当任一表计达到定值信号时，

7、用三 取一逻辑发“147 压力表异常”热工信号，提醒运行人员注意，并通知检修人员检查处理，这样当 任一表计故障或其回路故障时 147 安全门不会发生误动。因为 147、151 安全门压力信号测点都取自 汽包，所以 151 安全门压力高信号用 147 安全门三取一信号来证实即 147 安全门三取一信号与 151 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 安全门组成二取二与门动作控制回路，151 安全门压力表达到定值时发“151 安全门压力高异常”热 工信号，当 147 安全门三取一信号也存在时，151 安全门动作。压力高信号控制逻辑如图二所示 图二 压力信号控制逻辑 同

8、理，164、168 安全门控制回路压力高信号逻辑实现同 147、151 安全门。 再热器热端安全门用左热（1）右热（1）两块压力表和新加装的右热表压力高信号组成三取二 逻辑控制回路，当任意两块表达到动作定值时，左、右热安全门动作，当任一表计达到定值信号时， 用三取一逻辑发“再热压力表异常”热工信号，提醒运行人员注意，并通知检修人员检查原因，同 样当任一表计故障或其回路故障时左、右热安全门不会发生误动。 同理，再热器冷端安全门控制回路压力高信号逻辑实现同再热器热端安全门。 为了防止表管的泄漏和冬季结冻将压力表的安装位置移至就地保温柜，缩短了测量管路，表管 增加了电伴热。保证压力信号的准确性。 以

9、上汽包安全门、过热器安全门和再热器安全门任意一个动作都将输出 SOE 开关量到 DCS 进 行记忆。其中主安全门动作信号作为闭锁汽包水位保护虚假水位信号。 2.3 电源回路的改进 原设计采用继电器逻辑控制系统和安全门电接点压力表一取一启回座控制回路，电源采用一路 交流 220V 电源，其存在的问题是显而易见的。当表计或管路泄漏及其他原因造成电源接地时，控 制部分的交流电源就会消失，造成该保护的全部功能退出。 同理安全门控制回路采用一套直流 220V 电源，当某一回路设备故障时易造成总熔断器烧毁引 起全部安全门动作，而且手操回路失去电源无法控制，使故障造成扩大。先后采取了如下改进措施： 2.3.

10、1 交流回路采用两路供电，一路供可编程控制器主机及各模块电源，这部分设备均在主控室保 护盘内，不受外部因素影响，一般情况下不会故障失去电源，提高了主机的可靠性。另一路电源供 各安全门的手操回路和电接点压力表回路，为防止压力表回路接地造成总直流的损坏，压力表回路 采用了交流电，同时在每一块压力表回路加装了一个 1A 电流的单极开关，当某一块压力表故障短 路只跳本回路的单极开关，而整个系统不会受到影响。同时也利于故障消除和电接点压力表更换等 检修工作的开展。采用两路供电优点是任意一路电源故障时，不影响设备的使用，也就是说主机回 路电源故障时，手动操作回路还可以继续操作。同样，当手动操作回路电源故障

11、时，主机回路还能 继续使用。两路电源均取自 UPS 不停电电源，编号为 9A62 和 10A62。电源的可靠性得到进一步的 提高。控制原理图见图三 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 图三 安全门控制原理图 2.3.2 直流电源采用两路供电，为防止越级烧毁总直流熔断器，造成安全门失去直流而全部动作， 我们对直流回路改进为两路供电。一路直流供 164 安全门、151 安全门、再热器热端左热（1）安全 门、再热器冷端左冷（1）安全门，另一路直流供 160 安全门、147 安全门、再热器热端右热（1） 安全门、再热器冷端右冷（1）安全门，增加了设备的安全系数。 2.3

12、.3 对每个安全门安装直流电源保险座并进行容量核定，用万用表电流档测量回路动作时电流大 小，其大小均在 2A 左右，根据测量结果制定出各安全门直流保险为实测值的 1.5 倍既 3A，两个直 流分总开关为支路分保险总和的两倍即用 20A 开关。既满足了安全门动作需要，又不会越级跳保险 使安全门保护安全可靠。 2.4 安全门回座电磁铁控制回路的改进 安全门回座电磁铁采用 MZT2 系列直流通用电磁铁，电气接线图如图四： 图四 MZT2 电磁铁电气接线图 当电磁铁未带电时行程开关 XC 触点为接通状态，电磁铁刚带电瞬间，图中 1.5K和 100线 圈为并联方式，通过电流较大为 2.2A，因此产生很强

13、的磁力。铁芯带动回座脉冲门连杆可靠回座。 当铁芯吸合到位时，行程开关 XC 触点断开，1.5K和 100线圈为串联方式。此时回路中电流较小 为 0.4A，但磁力能保持回座状态，有效的避免了 100线圈的烧毁。但往往由于每月安全门定期试 验或正常动作后及锅炉检修停送电之后造成铁芯吸合不到位开关触点不能正常断开，另外由于电磁 铁带电动作后，行程开关触点拉弧造成粘连。都会引起线圈的发热烧毁，造成安全门误动。而回路 中的二极管击穿或损坏都会造成回座电磁铁不能正确动作。 根据以上引起安全门故障的几个因素，研究分析后，决定将回座电磁铁内部线路进行改造。以 消除因为二极管击穿和行程开关触点损坏对电磁铁线圈造

14、成的直接影响。 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 在安全门控制回路中增加 3CJ 继电器。更改 PLC 程序，使安全门在回座时，3CJ 继电器线圈带 电，延时 5 秒后，使 3CJ 继电器线圈失电。用 3CJ 继电器触点代替行程开关触点，消除因为行程开 关损坏对回座电磁铁线圈造成的影响。 图五 改造后回座电磁铁控制接线图 回座线圈内部接线更改后如图五：将回座电磁铁内部二极管和行程开关触点去除，用 3CJ 触点 代替。仅保留行程开关传至控制室安全门保护面板作为回座状态指示灯显示信号，显示安全门实际 位置，不再参与控制。同时解决了由于二极管击穿对回座电磁铁线圈造成

15、的影响。当安全门回座时， 3CJ 触点闭合，依靠线圈 1 的强大吸力使安全门动作。5 秒之后， 3CJ 触点断开，使线圈 1 和线圈 2 串联。起到降低线圈 1 中电流的作用。 真正有效的防止了回座电磁铁的损坏。 3 结论 通过对安全门保护装置不断改进，提高了锅炉主蒸汽压力保护可靠性，实现了保护正确动作率 100%的要求， 改造后安全门未发生过误动和拒动现象。 多次机组系统故障安全门均启回座动作正常， 有效的保证了机组的安全性和经济性，降低了维护量和维护费用。因此河北兴泰发电有限责任公司 对安全门控制系统的改造是必要的和成功的。 参考文献： 1热工仪表及自动装置 山西省电力工业局编 中国电力出版社 2热工控制与运行 辽宁省电力工业局组编 张本贤 主编 中国电力出版社 作者简介： 第一作者姓名：高建军 职称：工程师 从事专业：发电厂热工控制 工作单位：河北兴泰发电有限责任 公司设备技术部 单位地址：河北省邢台市光华路一号 邮编：054000; 电话：0319- 2092243 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建