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1、火电厂顺序控制与保护,第一章 绪论,一、大型火电机组的自动化技术 热工自动化包括：监测（Monitor）、控制（Control）、报警（Alarm）、保护（Protection）。简称（CAMP）。 1 热工自动化技术的发展过程 a. 50年代，就地指示仪表。 b. 80年代，集中的模拟显示仪表（DDZII, DDZIII） c. 微机化的组件式仪表。（SPEC-200) d. 分散控制系统（DCS）。ABB的INFI-90，西屋的WDPF，新华电站的（XDPS-2000），华北电力大学的LN2000等。,2 热工自动化包括的内容及缩写 计算机监视系统（DAS） 模拟量控制系统（MCS） 炉膛
2、安全监控系统（FSSS） 汽轮机控制系统（TCS） 汽轮机监视仪表（TSI） 旁路控制系统 （BPC） 顺序控制系统 （SCS）,二、热工联锁保护的作用及组成 定义：机组出现危险工况时，自动采取措施，防止事 故产生和避免事故扩大，保证设备及人身安全。 当故障发生时，热工保护系统的优先级最高。超越运行人员的手动操作，按照预先规定的方式处理事故。 联锁：热工保护系统的一种重要技术。联：联动；锁：闭锁。 1 锅炉热工保护 汽压保护、水位保护、温度保护、炉膛安全监控系统（FSSS）。,2 汽轮机的热工保护 轴向位移保护、缸胀和差胀保护、超速（零转速保护）、振动监测及保护、主轴弯曲保护、轴承温度高和润滑
3、油压力低保护、真空度低保护、汽轮机进水保护等。 3 机、炉、电大联锁保护 单元机组是一个整体。 燃料 锅炉 汽轮机 发电机 电网 任何一个故障都会影响整个系统。,三、火电厂顺序控制系统作用及组成 1 定义：将生产过程的部分工艺按照事先规定好的条件及顺序进行自动操作。可以是闭环的，也可以是开环的。 2 组成 锅炉定期排污顺控系统 炉膛吹灰系统 化学水处理顺控系统 输煤程控系统,第一章 开关量控制系统的基本知识,重点 （1）理解开关量切换差的含义。 （2）了解常用热工开关的工作原理 （3）掌握常用电器的工作原理，包括继电器，接触器等。,1-1 热工开关量变送器 一、开关特性 切换差：被测物理量上升
4、时开关动作值与下降时开关动作值之差。,切换差例子 切换差误差，切换差大小应按使用场合确定。,二、热工开关变送器 1 压力开关 图1-3,2 流量开关 水、蒸汽等，用孔板或喷嘴测量流量，由流量整定值得到开关信号，测量精确。 煤流，断煤开关。,3 液位开关 浮子式，图1-8 电接触式，图1-9 4 温度开关。0100度：固体膨胀式温度开关； 100250度：气体膨胀式温度开关； 250度：热电偶、热电阻 模拟量 开关量,5 行程开关 反映运动部件的位置信息。,1-2 常用控制电器 一、手动电器（开关） 1 按钮 主令电器 2 组合开关 闸刀开关 3 控制开关 多个触点，不同触点接通产生不同命令。,
5、二、自动电器 有两个回路，工作线圈回路接通时，产生电流，产生磁场，吸合衔铁，执行元件回路接通工作。小功率回路控制大功率回路。 1 电磁式继电器 图1-15 电流继电器、电压继电器、中间继电器、时间继电器 2 接触器 频繁接通断开大功率设备的自动开关,常用控制电器符号,第二章 锅炉机组的热工保护,2-1 概述 一、保护系统的特点 1 优先级最高。 2 应采用独立的信号检测传感器。 3 保护系统具有可维护性，有一定的实验手段。 4 保护动作是单方向的。保护系统动作后，必须排除故 障后，设备才能重新启动。 二、保护系统的手段 （1）限值保护。根据锅炉和辅机的运行工况对锅炉的 最大出力进行限值。 （2
6、）联锁保护 （3）紧急停炉,三、锅炉及其辅机的主要保护 汽压保护 给水泵保护 参数保护 汽温保护 设备保护 磨煤机保护 水位保护 给煤机保护 灭火保护 点火系统保护,2-2 锅炉汽压保护 重点 （1）掌握脉冲式安全门的工作原理。 （2）理解不同部位安全门启动压力的关系。 （3）学会分析继电器控制电路。,一、安全门 当锅炉介质超过允许压力时，安全门开启，排出蒸汽，保证安全。汽压降到安全值以下后，自动关闭。 汽包、过热器、再热器都安装有安全门。,过热器安全门：1.02倍工作压力 汽包安全门： 1.05倍工作压力 过热器安全门先于汽包安全门打开。 脉冲安全门控制框图：,1 正常情况：5-6通，7-8
7、通。 2 超压情况： P高通 J带电 J1通自保持 P低断 J2通，5-6通 KC带电 KC1通 BJ带电 BJ1通（为关阀准备） KC2通 DCK带电开阀 BJ2通（为安全门关准备） 自动关阀 汽压下降 P低闭合 J掉电 J2断 KC失电 KC2断 J3通BJ2通 GC带电 DCK失电。 GC4通 DCG带电（关阀门） GC3断 GC2通 闪烁。正在关阀 GC1通 启动定时SJ 10s后SJ断 BJ失电 BJ2断 GC失电 GC3闭合 LD亮 GC4断 DCG失电 关阀动作结束。,二、汽压保护系统 汽压高一、高二、高三值。保护动作 图2-4,2-3 锅炉水位保护 重点 （1）锅炉汽包水位保护
8、的重要性。 （2）掌握水位高和水位低的保护方法。 （3）理解水位保护的继电器原理图。,一、水位保护的重要性（汽包锅炉） 汽包是汽水的分界处。 水位过高：汽包内蒸汽和水的分离行程变短，造成蒸汽带水带盐、导致汽机进水，过热器汽机结垢。 水位过低：锅炉的自然循环被破坏，造成水冷壁干烧。 二、水位保护系统 水位高一、高二、高三（+50，+150，+250）， 水位低一、低二、低三（-50，-150，-250） 水位保护原理图 图2-5 安全门动作时，会引起汽包压力的变化，使汽包产生虚假水位现象。安全门动作时，有60秒的禁止信号。,三、继电器原理图,水位高一 23ZJ带电 水位高二 4ZJ带电 1ZJ闭
9、合（无安全门动作） 2ZJ闭合（无计算机指令） 相与 6ZJ带电 开放水门 安全门动作时间逻辑。 安全门动作 DKJ闭合 SJ带电 60s后SJ触点 1ZJ失电 解锁 1ZJ带电禁止事故放水门 四 直流锅炉的断水保护 直流炉无汽包，水在水冷壁一次循环直接变为蒸汽，无明显的汽水分界面。必须建立一定的给水压力。由给水泵流量信号进行监视。 图2-7,汽包水位事故案例 水位表计失灵、指示不正确，引起误判断误操作，水位保护拒动。 1 某厂2炉（HG670t/h）在负荷由15万千瓦升至16万千瓦时，燃烧不稳，水位波动大，运行监视失误，误判断、误操作，锅炉先满水后干锅严重损坏。水冷壁爆管6根另有9根损坏。水
10、冷壁鳍间焊口裂缝，后墙6米，前墙20米。 2 某厂4炉（SG400t/h）检修后启动过程中，负荷由4万千瓦猛增到7万千瓦时，由于给水调节操作不当，造成严重缺水，173根水冷壁管烧坏。 3 某厂2炉（苏制670t/h）在大修后启动中1218kg/cm2时，锅炉负荷60t/h，差压水位表及差压水位记录表不能投入运行，电接点水位计因测量筒水脏亦不正常作为参考，靠司水手拨水位调整水位。司水监视云母水位计技术不熟练，未能准确报告水位，加之给水流量表因小信号切除无指示，调整给水操作失误，导致锅炉长时间缺水，烧坏249根水冷壁管，构成重大损坏事故,2-4 再热器保护 一、再热器壁温高保护 在机组启动时，产生
11、蒸汽量少，再热器的蒸汽冷却作 用弱。如果锅炉再热器布置在烟道的高温部分，必须进行保护。图2-8 二、再热器汽温高保护 再热器汽温高的保护手段：改变燃烧器角度、切除上层燃烧器。喷水减温作为事故保护手段（会引起锅炉效率降低）。,2-5 炉膛安全监控系统 重点 （1）FSSS系统的组成和作用 （2）炉膛爆炸的原因和防止措施 （3）火焰检测系统的工作原理 （4）煤、油燃烧器的控制 （5）燃料安全系统,一、概述 作用：在锅炉运行的各个阶段对炉膛状态参数进行连续监视；按照安全规定对采集到的状态参数进行判断、运算。遇到危险工况，能自动的启动有关设备进行紧急跳闸，切断燃料，实现紧急停炉，保证主、辅设备不受损害
12、。 组成 a 燃料安全系统（Furnace Safeguard System, FSS） 重要参数监测（如炉膛中是否有火焰）、主燃料跳闸（MFT）及首出原因、炉膛吹扫。 b 燃烧器管理系统（BCS） 点火及暖炉油枪控制 、煤燃烧器控制 c 炉水循环泵控制 强制循环,结构： 现场设备：检测元件（压力开关、温度流量开关、火焰检测器），执行机构（阀门驱动机构、油枪伸缩机构） 逻辑控制：过程控制计算机,FSSS在不同阶段的作用：,二、炉膛的主要事故炉膛爆炸 1 外爆 当锅炉灭火或燃烧不稳定时，进入炉膛的部分燃料未燃尽，和空气形成可燃混合物，当遇到点火火源时，发生爆炸。外爆 冷态放炮 Q高 T低 危害严
13、重 热态放炮 Q低 T高 爆燃,2 内爆 炉膛内压力突然降低，炉膛负压过大，炉膛向内塌陷 在高负荷时炉膛突然灭火 送引风机联锁失败 3 可燃物堆积原因 （1）空气不足或点火能量暂时中断失去火焰。 （2）炉膛灭火，没有及时切断燃料。 （3）停运期间，有泄漏 4 防爆措施 （1）主燃料与空气混合物进口处有足够的点火能量。 （2）对于已进入炉膛的可燃混合物应尽快冲淡。 （3）当进入炉膛的燃料只有部分燃烧时，应继续冲淡， 使之成为不可燃的混合物。,油枪泄漏实验 1主油阀开,回油阀关,燃油压力调整门手动关,等待5min充压30%; 2主油阀关; 3等待5min,测试油压不低(P1非)、不高(P4非);
14、4油泄漏测试OK; 5回油阀开,燃油压力控制投自动;6主油阀开结束。如果测试压力高则主油阀泄漏;反之则回油阀或油枪泄漏。,三、火焰检测系统 1 火焰检测器原理 不同燃料燃烧时发出不同的火焰。 煤：可见光，红外线，脉动频率10Hz 油：可见光，紫外线 天然气：紫外线, 30Hz以上 针对不同的燃料火焰采用不同的火焰检测器。 CE公司的可见光火焰检测器的敏感波长在400 700nm之间，对512Hz最为敏感。 火焰检测器安装在二次风口里，并有冷却风机送风冷却。,2 火焰检测器组成 光电转换 图2-15 强度检测 图2-16 频率检测 图2-17 故障检测 图2-18,3 层火焰监视 典型600MW
15、机组安装20只火检，分为五层，每层四只。 安装在二次风口中，并有冷却风机送风冷却。监视上下层火焰。每一层通过2/4，或3/4指示本层有火焰。 4 火检的问题 火检安装位置。燃烧器喷出煤燃烧经过四个阶段。第一段为预热区第二段是初始燃烧区, 亮度不是最大,但变化频率达到最大值;第三段为完全燃烧区, 亮度最高且稳定;第四段为燃烬区亮度和变化频率较低。火检探头的安装必须使其视线落在初始燃烧区中,如果视线在预热区,势必造成盲火;若在燃烧区靠近炉膛中心,则必然偷看其他燃烧器的火焰,不能反应本燃烧器的真实情况。火检视线应落在初始燃烧区内 。火检灵敏度要调整恰当,过低,火检不能足够灵敏地检测火焰状况,易造成误动;过高,又易使火检误发有火,火检可靠性不高的原因 火检探头镜面被烟灰污染；火检传感器及接线由于高温老化损伤；火检炉墙测孔积灰结渣；火检装置的整定值（强度、频率）和实际运行工况不符；火检探头的视角小，检测不到火焰。 5 提高灭火保护功能可靠性的途径 （1）提高火焰检测器的可靠性 火检安装位置恰当；采用“火焰亮度”和“火焰频率”双信号判定有火信号；光纤要可靠且要保证冷却风通畅；保证探头清洁；火检探头要标定合适；探头的数量要合适。 （2）加强入炉煤质管理，减少煤质的突然变化 （3）提高逻辑系统的可靠性。,四 燃烧器管理系统 包括油层控制和煤层控制。 燃烧器布置 温
