生物质发电机组模拟量控制与热工保护的探析

郝胜涛 姚雪梅

摘 要：随着发电机组自动化程度的不断提高，模拟量控制系统管理和控制的范围逐步增加，使系统也变得更加复杂，控制系统中的信号测量、传输、执行、逻辑及供电系统等任何一个环节出现故障，都会导致整个自动化系统的安全和稳定受到影响，因此热工保护系统的重要性随之日益凸显。热工保护系统是发电机组中必不可缺的重要部分，当机组主要参数发生异常时，对其进行正确判断及逻辑运算，紧急停炉或停机，防止发生设备或人身事故。因此，确保热工保护系统运行可靠，消除热工保护拒动、误动的意义非常重大。

关键词：模拟量控制;热工联锁保护

我国是农业大国，生物质资源丰富，近些年随着可再生能源行业发展迅速，生物质发电凭借资源可再生的优势而广受推崇，生物质发电装机容量与上网电量稳定持续提升。生物质锅炉直燃是生物质发电的主要技术路线，生物质燃料在锅炉中直接燃烧释放大量热能，与烟冷器、省煤器、过热器等设备进行能量交换，产生大量高温高压蒸汽，推动汽轮机做功发电。本文就模拟量控制系统与热工保护系统在生物质发电机组热中的应用进行分析与探讨。

1 模拟量控制系统

模拟量控制系统肩负着锅炉、汽机及主要辅助设备的主要参数控制，它是机组自动化控制的重要组成部分，随着自动化程度的不断提高，模拟量控制系统显得尤为重要。合理的设计模拟量控制系统，以及模拟量控制系统是否能否在各种工况下将被调量控制在允许范围内，对提高机组自动化水平，减轻运行人员负担，增加机组运行的安全性、可靠性具有重要意义。

单元机组模拟量控制系统由协调控制系统及控制子系统、辅助设备自动控制系統构成。协调控制系统包括机组负荷指令控制、汽机主控、锅炉主控、压力设定、频率校正等控制回路。协调控制系统主要有给水控制系统、汽温控制系统、燃烧控制系统、和汽机控制系统。

汽包锅炉的给水控制系统由汽包水位控制系统和给水泵再循环控制系统组成。低负荷下单冲量汽包水位控制主要由给水泵再循环系统控制，30%以上负荷时采用三冲量汽包水位控制系统，通过调整给水泵转速控制汽包水位。

由于生物质锅炉无再热系统，其汽温控制系统的主要任务是过热蒸汽温度控制，主要包括过热汽一级喷水减温、过热汽二级喷水减温、过热汽三级喷水减温和主汽温控制。

燃烧控制系统包括炉膛压力控制、一次风量控制、氧量控制、炉排振动循环控制、给料控制等自动控制系统。

辅助设备自动控制系统主要有除氧器水位、除氧器压力、凝汽器水位、烟冷器出口温度、空预器温度、汽包压力等自动控制系统。

2 热工联锁保护系统

热工联锁保护系统肩负保护主、辅机设备，保证机组安全运行和防止事故扩大的重任。它是机组自动化控制的重要组成部分，随着机组自动化水平的提高，热工保护系统的重要性日益凸显。合理的热工联锁保护策略，正确的联锁保护逻辑，准确的联锁保护定值，能够最大程度地减少保护误动和保护拒动事件，提高热工保护的可靠性。为防止保护误动和保护拒动事件，热工保护系统应采用可靠的措施，如重要保护参数冗余测量。

热工保护内容主要有限制保护、联锁保护、紧急停炉或停机保护。生物质发电机组的热工保护系统主要包括炉膛安全监控系统（FSSS）、主燃料跳闸系统（MFT）、汽轮机安全监测系统（TSI）、汽轮机紧急跳闸保护系统（ETS）和辅助系统监视与保护。

炉膛安全监控系统（FSSS）是锅炉机组必备的监控系统，在锅炉各种运行工况下，连续监视锅炉系统的大量参数和状态并进行逻辑运算和判断，必要时发出控制指令，使系统总的各种设备按照一定的逻辑顺序进行自动操作和保护动作，以保证锅炉系统的安全。主燃料跳闸系统（MFT）是炉膛安全监控系统最重要的安全功能，当出现任何危及锅炉安全运行的情况时，MFT动作切断所有进入炉膛燃料，实现紧急停炉，以保证设备安全。生物质锅炉MFT保护动作条件为：a.送风系统保护动作：空预器出口风量低、送风机出口风压高、送风机出口风压低;b.烟气系统保护动作：引风机入口烟气压力高、引风机入口烟气压力低;c.炉膛压力保护动作：炉膛压力高、炉膛压力低;d.蒸汽循环保护动作：汽包压力高、过热器出口汽温高;e.水循环保护动作：汽包水位高、汽包水位低;f.手动紧急停炉;g.汽轮机跳闸。

汽轮机安全监测系统（TSI）是一种可靠的连续监测汽轮机发电机组转子和汽缸的机械工作参数的多路监控系统，用于连续显示机组的启停和运行状态，并为记录仪表提供信号，具有参数显示功能、状态显示与开关量输出功能、参数设定功能、缓冲输出功能、通道旁路功能以及自检功能等。当被测参数超过整定值时发出报警信号，必要时采取自动保护停机，并能提供故障诊断的各种测量数据。汽轮机紧急跳闸系统（ETS）是汽轮机最重要的安全保护装置，当汽轮机运行参数超出允许范围时，系统发出紧急停机信号，迅速关闭主汽门、调节汽门，紧急停机，防止发生飞车、断裂等事故。生物质发电机组汽轮机ETS保护动作条件为：a.手动紧急停机;b.锅炉汽包水位异常;c.发电机主保护动作;d.电调装置停机;e.真空低;f.润滑油压低;g.推力轴承回油温度高;h.推力瓦块温度高;i.径向瓦块温度高;j.轴振动大;k.轴瓦振动大;l.轴向位移大;m.胀差大;n.超速保护动作。

参考文献：

[1]王志祥.热工控制与顺序控制.中国电力出版社1995.

[2]朱北恒.火电厂热工自动化系统试验.中国电力出版社2005.

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