FSSS系统在600MW火电机组仿真机的开发和应用

      摘要：锅炉安全监控系统（FSSS）是现代大型火电机组必备的一种监控系统，主要承担机组安全保护和燃烧器系统控制的任务。文中以国内某发电厂600MW机组仿真机为例，介绍其锅炉安全监控系统的主要逻辑及应用。
关键词：仿真 保护 逻辑 燃烧器系统控制 安全监控系统
 
0．引言
      目前，火力发电在我国电力工业中占绝对主导地位，随着大容量、高参数机组的投入运行和新技术应用于火电机组中，电站系统日趋复杂。为确保机组运行的安全性及经济性，对运行人员的熟练操作和事故处理能力，以及管理人员的监控管理水平都有了更高的要求。因此，针对具体机组开发1：1全范围仿真培训系统，以培训新的运行人员和轮训在职人员显得越来越重要。电厂仿真系统原本是作为实验的辅助工具而应用的，而后又用于训练目的，现在仿真系统的应用包括：系统概念研究、系统的可行性研究、系统的分析与设计、系统开发、系统测试与评估、系统操作人员的培训、系统预测、系统的使用与维护等各个方面。它的应用领域已经发展到军用以及与国民经济相关的各个重要领域。

      电站控制仿真系统[1][2]是一个复杂的高新技术，它是在以建模理论[3]、计算方法、计算机技术、网络技术、多媒体技术、信息处理、自动控制及系统工程等理论的基础上，建立操作站、操作系统、数据库系统、仿真系统软件开发支撑系统、模型软件等软硬件系统。
1．FSSS系统简介
      FSSS系统，即炉膛安全监控系统（Furnace Safeguard Supervisory System），也可称作燃烧器管理系统(Burner Management System )，简称BMS。炉膛安全监控系统[4] [5]是现代大型火电机组锅炉必须具备的一种监控系统，它能在锅炉正常工作和起停等各种运行方式下，连续密切监视燃烧系统的大量参数与状态，不断的进行逻辑判断和运算，必要时发出动作指令，通过种种连锁装置，使燃烧设备中的有关部件严格按照既定的合理程序，完成必要的操作或处理未遂性事故，以保证锅炉燃烧系统的安全。实际上它是把燃烧系统的安全运行规程用一个逻辑控制系统来实现。采用BMS系统不仅能自动完成各种操作和保护动作，还能避免运行人员在手动操作时的误动作，并能及时执行手操来不及的快动作，如紧急切断和跳闸等。
      我们以国内某大型火电厂为例，对于该发电厂的600MW机组FSSS仿真系统来说，其操作显示是采用WONDER WAREINTOUCH VERSION 7.0建立的，控制对象是建立在APROS5.0平台上的，其中最重要的控制逻辑是以仿真支撑系统TCS为工具开发的。
2．FSSS系统功能
       FSSS系统一般分为两个部分，即燃烧器控制系统BCS（Burner ControlSystem）和燃料安全系统FSS(Fuel Safety System)。燃烧器控制系统的功能是对锅炉燃烧系统设备进行监视和控制，保证点火器，油枪和磨煤机组系统的安全启动、停止和运行。燃料安全系统的功能是在锅炉点火前和跳闸停炉后对炉膛进行吹扫，防止可燃物在炉膛堆积。在检测到危及设备、人身安全的运行工况时，启动主燃料跳闸（MFT），迅速切断燃料，紧急停炉。
      该发电厂600MW火电机组锅炉为美国B&W公司的亚临界，一次再热，自然循环汽包炉，配有6台MPS-89G型磨煤机，每台磨煤机配一台给煤机；共36个煤粉燃烧器，前后墙对冲布置三层，每层六个；每个燃烧器配置一个CFS点火油枪；在底层与煤燃烧器同时布置12个油燃烧器，油燃烧器和点火油枪全部投入可带30％负荷；点火油枪采用高能点火器HEI引燃。火焰检测采用单燃烧器检测，每个燃烧器配有两个火焰监测器。针对机组实际情况，其安全监控仿真系统的逻辑功能主要包括以下几个方面：炉膛吹扫，主燃料跳闸，燃烧器系统控制。其中逻辑程序是根据B&W逻辑图为基础，同时参照实际运行中的现实情况，经过相应的修改，从而实现的。
2．1炉膛吹扫
      FSSS的逻辑控制中的一个核心问题是通过周密的安全连锁和许可条件，防止可燃性混和物在炉膛煤粉管道和燃烧器中积存，以防止炉膛爆炸产生。因此，炉膛吹扫是安全运行的必要措施。FSSS的吹扫控制功能主要是在吹扫前对锅炉的有关设备进行安全性检查，在满足全部吹扫许可条件后，开始进行吹扫。吹扫时，切断所有进入炉膛的燃料输入，吹扫空气流量大于30％且小于40％额定风量，吹扫时间不少于5分钟。
2．2主燃料跳闸
  
      主燃料跳闸（MFT）是FSSS系统中最重要的安全功能，当出现任何危及锅炉安全运行的危险工况时，MFT动作将快速切断所有进入炉膛的燃料，即切断所有煤和油的输入，实现紧急停炉，汽机跳闸，以保证设备安全，避免重大事故发生。同时，该逻辑中具有首次跳闸原因指示功能，它能对引起主燃料跳闸的最初原因记忆并在CRT上显示出来，为故障原因分析及解决提供了条件。
      当出现下列任一种情况时，会引发MFT：二台送风机全停；二台引风机全停；二次风母管压力高（大于2.8 kPa，三取二，延时2秒），RB延时5秒；二次风母管压力高高（大于3.5 kPa，三取二，延时5秒），且联跳送风机；锅炉总风量小于25%(547t/h)，延时2秒；汽包水位高高（大于＋203.2 mm，水位变送器三取二，延时20秒），RB延时60秒；汽包水位低低（小于－228.6 mm，水位变送器三取二，延时20秒) ，RB延时60秒；炉膛压力高（大于＋1.25 kPa ，三取二，延时2秒），RB延时5秒；炉膛压力低（小于－1.75 kPa，三取二，延时2秒），RB延时5秒；炉膛压力高高（大于＋2.5 kPa，三取二，延时5秒），且联跳送风机；燃料失去；再热器遮断(任一条件满足时)：1）主汽流量＞300t/h时汽机跳闸；2）主汽流量≤300t/h，发电机已并网达60秒且旁路未投，汽机跳闸，延时60秒；3）发电机未并网且旁路未投，投用油枪数超限（注：＃1机为油枪＞24）；汽机跳闸，延时90秒；手动MFT。MFT后，会引发一系列的设备跳闸和关闭，从而实现保护功能。
2．3燃烧器系统
      燃烧器系统包括煤、油燃烧器和点火油系统。
      点火油系统包括点火油母管、点火油枪组。FSSS系统控制其启动、停止和跳闸。600MW机组的每台燃烧器配置一个点火油枪，共36支。点火油枪以组为单位投入运行，每层六个点火油枪的1、3、5分为一组，2、4、6分为一组分别来控制。在满足点火油枪组启动许可条件后，就可以发出启动信号。具体启动过程为：点火油枪推进－打开雾化蒸汽阀－高能点火器打火－开油阀；停止顺序是：高能点火器打火－关闭油阀－打开吹扫阀－关闭雾化蒸汽阀－120秒后打开雾化蒸汽阀－点火油枪退回，关闭雾化蒸汽阀。
      FSSS系统控制包括油燃烧器母管、油燃烧器组和油燃烧器在内的油燃烧器系统的启动、停止和跳闸。其中油燃烧器的母管控制包括油燃烧器母管跳闸阀和再循环阀的控制。油燃烧器的投运和停止也是以组为单位进行的，1、3、5分为一组，2、4、6分为一组。当油燃烧器启动许可条件满足即吹扫结束，MFT复归后，就可以推进油枪，打开雾化蒸汽阀、冷却风阀以及进油电磁阀。
      主燃料系统，即制粉系统，包括磨煤机、给煤机、一次风机、润滑油泵及相关阀门的启动、停止、跳闸及隔离、充惰、清扫过程也均有FSSS系统逻辑控制。这些设备的运行可由运行人员通过CRT进行操作，整个磨组设备也可由磨组的自动顺序启停来控制。磨组的启停是燃料系统中重要的一环，对于600MW机组，共6台磨煤机，每台磨煤机与相应的给煤机等其他配套设施构成一个磨组，独立控制。
      在主燃料系统中，磨的启停是非常重要的。对于此仿真系统，控制逻辑为：允许启条件（条件均满足）：无磨煤机跳闸信号；点火条件满足；二次风流量挡板在点火位置；任一一次风机运行；任一油泵运行且磨润滑油压> 2.1 bar；该层两组点火油枪均运行；磨煤机充惰结束；磨煤机选择正常方式，无“dirty”信号；磨煤机密封风压正常(>10kPa)；磨煤机一次风隔离挡板开启；一次风量正常；所有磨煤机出口摆阀开；磨出口温度＞60℃。跳闸条件（条件任一满足）：MFT；RB（仅A、E、F、C四台磨参与RB跳磨逻辑）；一次风机全停；磨煤机一次风量比最少流量小10%（58t/h），延时20秒；磨煤机一次风量比最少流量小15%（53t/h），延时15秒；给煤机运行60S内任一点火组不在运行且摆阀不全关；给煤机停运后该层无火，任一点火组不在运行且摆阀不全关；“Heating”按钮未强制，给煤机停运60S后，摆阀不全关且任一点火组不在运行；“Heating”按钮未强制，给煤机运行60S后，摆阀不全关且该层无火；磨煤机运行时该层所有摆阀关；给煤机运行时两个以上摆阀关；磨煤机两台润滑油泵均跳闸，延时5秒；磨煤机润滑油压＜138kPa，延时50秒；磨煤机出口温度＞93℃；磨煤机启动失败。（其中Heating按钮是为在暖磨过程中节省油燃料而设计的补充逻辑）。
      此燃烧器逻辑系统的一大特点是采用分层控制的方式，每个层、组和设备的故障不会影响整个机组的运行，从而大大提高了整体的可靠性和可用率。
3．结束语
      FSSS锅炉安全监控系统主要承担机组保护和燃烧器管理的任务，其系统要求有最高的可靠性、最高的优先级（相对于其它系统指令），同时系统设计必须遵循能最大限度消除可能出现的误动及完全消除可能出现的拒动为原则[6][7]。为满足这点，控制系统的设计思想应该先进、完善，控制系统设备质量必须可靠，软件逻辑设计正确、合理。该火电厂1号600MW机组FSSS仿真系统经过不断地调整和完善，基本上满足了600MW机组的设计和运行要求。