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1、关于汽包水位保护信号源选用的讨论汽包水位保护信号应取自开关量仪表，还是取自模拟量仪表？这是保护设计认真讨论的问题。开关量仪表似指直接为 DCS 提供开关量的电接点水位计。模拟量仪表是指为 DCS 提供模拟量的差压水位计。在汽包水位监控保护系统现用仪表中，可作为保护信号源的只有这两种仪表，应从两方面考虑选用保护信号源：一是，仪表的准确性、稳定性与可靠性，以及满水和缺水实际传动校验性能，选择其综合性能最佳者；二是，选用信号源不应导致保护与自调系统信号“危险集中” 。1 对保护信号源尚未明令废止的规程规定火力发电厂设计技术规程 DL50009410.6.1.1 规定， “热工保护用的接点信号宜来自一
2、次仪表。 火力发电厂热工自动化设计技术规程 DNGJ16896.1.4 规定， “保护用的接点信号应取自专用的开关量仪表” 。所谓一次仪表是指，诸如电接点压力表、电接点水银温度表、电接点双金属温度表等，不须进行二次测量转换的，仪表。这类仪表在具体保护系统中又称为压力开关、温度开关、浮球液位开关、炉膛负压开关等。之所以规定选用一次仪表是因为，这类仪表测量及提供开关量的原理和结构都很简单，测量可信，也很可靠。2.电接点水位计和和差压水位计的综合性能比较2.1 电接点水位计从测量原理上讲，汽包电接点水位计接近于一次仪表。测量筒中的电极不是在水中，就是在汽中（除了水位恰处于电极头部之内） 。在水、汽中
3、，电极对地电阻分别为低阻、高阻状态，一个电极就是一个水位报警开关，所提供的电阻信号是“准”开关量，可直接驱动开关电路。而保护需要的是开关量信号，所以电接点水位开关更适合于保护。多个电极组成标尺，成为电接点水位表测量传感器（测量筒）中水位。所以，基于分段报警式测量的电接点水位表，在水位取样精度高的前提下，检测显示及开关量信号可信度高。目前国内外制造的汽包电接点水位开关电测环节的准确性和可靠性基本上都能满足保护的需求。其主要问题在于：1，传感器（测量筒）水位取样负误差增大，例如在亚临界压力下高水位停炉值负误差可达250mm，高水位动作严重滞后，饱和蒸汽早已严重带水，可视为保护拒动；2，电极机械密封
4、泄漏率高，水质差，电极易污染，需经常排污冲洗，增加保护切投次数和故障率。但这些问题并非不可解决。近几年出现的 GJT-2000 型高精度取样电接点测量筒参见“汽包水位高精度取样电极传感器及其应用”.中国电力.2002 年第 10 期. ，经工业运行和各种试验证明：水样平均温度逼近饱和水温，水位取样不受环境温度影响，且已逼近汽包内水位；电极如同在汽包内部定点检测一样，测量基本不受人为因素影响，电接点水位计显示和开关量报警真实可信；强大的水质自优化功能保证水质好、免排污，电极组件机械密封不泄漏，可靠性好；能全工况工作，从点火起就有准确可靠的开关量输出，保证从点火起投入停炉保护；在锅炉运行中，不需升
5、降汽包水位即可进行“满水和缺水实际传动校验” ，校验快、准、易行，使保护在锅炉运行中定期校验成为可能。2.2 差压水位计尽管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） （简称试行规定 ）要求差压水位计以作为保护信号源，但有很多具体问题未解决，并非是较理想的保护信号源，且会由此而引发出保护与自调系统信号“危险集中”问题。差压水位计测量原理较电接点水位计复杂得多，须由平衡容器实现“水位差压”转换、差压传输、“差压电流”变送，水位模拟量电流与设定定值电流比较转换为开关量。差压变送器，DCS 中的压力与环境温度修正计算、保护给定值设置等环节之准确性与可靠性，均毋需置疑，那么，
6、差压水位计主要问题在于平衡容器“水位差压”转换中的压力与环境温度准确修正难度大，差压传输的附加差压随机变化大，致使测量稳定性差，易出现大幅 0 飘。以单室平衡容器系统为例简要说明之。2.2.1 压力与环境温度准确修正难度大负压侧压力修正简单，且准确。但环境温度准确修正难度大。正压侧平均温度与汽包压力、环境温度、放热系数、导热系数、几何参数有关，具体的修正准确计算复杂，难度大。因此，电厂和电力试验研究所实际上都不进行 0 水位、水位报警和保护动作值准确计算，而以简单测量或平均温度给定进行修正，待差压水位计投运后与电接点水位表或云母水位表进行比较，根据不同压力、环境温度下的偏差，反复调整修正参数设
7、定值，甚至直接迁移 0 位，以求偏差小于 30mm。对于实际修正，应指出：调整期长，工作量大；调整离不开参比仪表，如果参比仪表误差大，则调整误差大；当设定参数与实际不符时，修正误差变化较大。2.2.2 差压传输问题正负压管传输竖直管路较长。伴热腔投停伴热或其它管路排污，电伴热带烧坏或电源消失，或风向改变，正负压管路在排污时滞留有空气泡等，都会使两管产生较大的附加差压，必然导致差压水位计“0 飘” 。附加差压变化引起的“0 飘”带有随机性，很难诊断。2.2.3 实际测量不稳定、可信度低差压水位计能准确测量，只是纯理论的概念。实际上，由于环境温度难于准确修正和一次测量附加差压的存在，使差压水位计实
8、际测量值具有很大的不确定性（测量误差模糊性） ，和测量值“飘移”的随机性。在没有能准确测量的仪表与之对比校核的情况下，实际测量的可信度低。汽包差压水位计实际测量误差之所以被忽视，就是因为没有准确水位计与之对比。在 300MW 机组锅炉上安装 GJT 测量筒，在 280300MW 负荷时，差压水位计（西门子专用软件修正）比电接点水位计偏低约15mm；在 180MW 负荷时，偏低约 50mm；在 120130MW 负荷时，偏低约 100mm。表明汽包压力愈低，误差愈大。可推知，在点火至 50MW 负荷时，误差可大到使仪表完全失效的程度。而在此之前，人们认为差压水位计已有压力环境温度修正，是最准的。
9、2.2.4 开关量存在同样的问题由差压水位计模拟量转换而成的开关量存在同样的问题。如果测量值大幅度飘移，修正后的测量值非线性误差大，可能导致保护动作超前（误动）或滞后（拒动） 。为了防止测量值飘移引起保护误动，有些电厂不得不设置时间较大的保护动作延时，有的甚至大到 10s，以便有时间核对水位是否到达事故值而采取应对措施。2.2.5 差压式保护的水位实际传动试验性能差。如果差压水位计出现大幅度“0 飘” ，每个运行班尚可以核对 0 水位偏差与以应对，但无法核对保护动作测量值(接近上下限)偏差，故必须规定升降汽包水位进行保护实际水位传动校验。但锅炉运行时大幅度升降汽包水位传动校验的风险较大。有的电
10、厂在正常运行试验差点出了大问题，被迫终止试验。在机组大小修好不容易并网后，电厂领导更不愿意、也不敢冒险试验。须在冷态或低压运行状态下进行试验。因为低压运行（包括冷态）测量值可能与高压运行测量值差异较大，试验只能验证开关量信号传递是否正确（和信号短接法模拟传动试验结果没有区别） 、定值设置是否准确，而对于长期处于高压运行的保护测量值验证是模糊的。2.2.6 全工况准确、稳定测量性能较差差压水位计全工况准确、稳定测量性能较差，冷态点火升负荷阶段尤为明显。模拟量信号不稳定，意味着开关量不稳定，不具备保护投入条件。不少电厂 1025t/h 锅炉只能等到负荷升至 40-50 额定负荷时才投入保护。2.3
11、 比较结论从准确性、稳定性、可信度和水位实际传动试验性能比较，考虑，显然，电接点水位计综合性能优于差压水位计，更适宜用作保护信号源。3.差压水位计同时用于保护与自调信号源的“危险集中”问题很多监控保护仪表系统中只有三个差压水位计，按试行规定必然形成保护与自调信号的“危险集中” 。25 项重大反措之防止锅炉汽包满水和缺水事故规定， “保护应采用独立测量的三取二的逻辑判断方式” 火力发电厂热工自动化设计技术规程 DNGJ1689规定， “保护用的接点信号应取自专用的开关量仪表” 。 电力工业锅炉压力容器监察规程 DL6121996规定， “强制性主燃料跳闸的检查元件和线路，应与其他控制监视系统分开
12、” 。许多国外权威标准强调控制系统与保安系统的“危险分散”原则，反映了控制与保护信号设计的趋势。例如，AICHE 指出，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；IECTC65WG10 标准规定，受控设备的控制系统应与安全相关系统及减小危险的外部设施相互分开和独立；ISASP84 标准也指出，用于控制系统的传感器不应用于安全系统。美国核工业系统有关规定也指出，安全系统应考虑冗余，冗余系统应相互独立，并在地理上和功能上互相分开” 参见中国电力1998 年第 5 期“火电厂安全保护系统设计探讨” 。显然， 试行规定不符合保护信号独立原则，不利于引导保护与自调信号源的“危险分散”设计。
13、试行规定之所以采取保护与自调信号“危险集中”的技术政策是因为，汽包水位测孔少，且认为测孔少技术问题难于解决，在规定“每个水位测量装置都应有独立的取样孔。不得在同一取样孔上并联多个水位测量装置。 ”的同时，难于安装足够的测量装置，使两个三重冗余信号系统的 6 个信号从取样端彼此独立。其实，测孔问题已由“汽包水位多测孔接管”最新专利技术圆满解决，不用在汽包上重新开孔而增加在水位测孔。该技术已为大型锅炉汽包增加 70 余对测孔。同样， 试行规定以差压水位计为保护信号源，是认为电接点水位计的准确性和可靠性亦不能解决。其实，配套 GJT 测量筒的电接点水位计的出现，已成功解决了停炉保护信号源问题，并已在多台大型超高压、亚临界锅炉上成功用于保护。
