热工保护与顺序控制.docx

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热工保护与顺序控制

绪论

1、控制系统的功能:

数据采集、自动调节、顺序控制、联锁保护

2、几大系统：

计算机监视系统CMS、模拟量控制系统MCS、汽轮机控制系统TCS、锅炉炉膛安全监视系统、汽轮机安全监视仪表TSI、

顺序控制系统SCS、报警系统ANN

3、热工保护：

1）主要任务：

当机组在启停和运行过程中，发生危急设备和人身安全的故障时，

自动采取保护或联锁措施，防止事故产生和避免事故扩大，从而保证机组正常启停和安全运行。

2）内容：

锅炉机组热工保护、汽轮机组热工保护、炉机电大联锁

4、联锁：

是一种处理事故的控制技术，是将被控对象通过简单的逻辑关系联系

起来，使这些被控对象相互牵连，形成联锁反应。

5、自动报警：

监视机组运行过程中各种工况参数和设备状态，当发生参数越限

或设备故障时，以声、光形式发出报警信号，引起操作人员注意，

及时采取防范措施，保证机组正常运行。

6、大机组自动化与维护人员关系：

记录、干预、维修

第一章热工保护与顺序控制的基础知识

（一）开关量变送器

1、开关量变送器的任务：

将被测物理量转换成开关形式的电信号。

2、开关特性：

体现继电器特性、切换值、切换值可调

1-3通

3、压力开关（举个例子P31图）

工作原理：

压力开关用来将被测压力转换成为开关信号。

4、差压开关1-2通

5、流量开关

按其工作原理分：

差压式、电磁式、活塞式、p1p1+

p

浮子式、翼板式和叶片式

6、液位开关P32图

eg.浮子式、电极式、超声波式和电容式。

常用的是浮子式，电极式。

7、温度开关：

没有一种温度开关可以测量每一个温度

1）温度信号的开关量：

气体膨胀式温度开关

固体膨胀式温度开关

2）①0-100℃采用固体膨胀式温度开关（：

两种膨胀系数不同的薄金属片）

②100-250℃采用气体膨胀式（：

差压）

③250℃以上采用热电偶或热电阻

8、行程开关（PLC程序设计）

（二）常用控制电器

1、电磁式继电器：

电流继电器、电压继电器、中间继电器、

时间继电器（带电延迟、断电延迟、有记忆的带电延迟）

2、接触器：

通断电流大--控制电动机主回路

两类触点：

主触点（主回路）、辅助触点（控制回路）

（三）执行机构

一、电动执行机构（电动门的动力来源于电动机）

1、电动门控制电路的工作原理（P39图）

2、电动机控制电路类型：

高压厂用电动机3000V/6000V

低压厂用电动机380V

3、高压厂用电动机控制原理图P40（带电、不带电）

4、油断路器：

合闸线圈HQ、跳闸线圈TQ

：

是用于接通或断开电动机动力电源回路的一种高压电器，器触点的跳、合闸

动作是依靠操作机构完成的）

合闸线圈有合闸接触器HQ控制，合闸线圈带电时，将使连杆机构带动断路器主轴转动，从而闭合主触点，电动机启动运行，这时连杆机构依靠机械自保持，使断路器维持在合闸状态。

跳闸线圈带电时，使连杆机构失去机械自保持，在断路器跳闸弹簧力作用下，主轴反转，断开主触点，电动机停止运行。

5、TBJ防跳跃继电器

：

是一种采用电气方法防止油断路器产生跳闸现象。

油断路器跳、合闸速度很快，一般合闸时间不大于0.2s，跳闸时间不大于0.07s。

在某些故障情况下，操作机构将会是油断路器发生机械跳跃，不能很好地稳定在合闸或跳闸的位置上，即断路器发生了"跳跃现象"。

由于油断路器瞬间多次跳、合闸，其结果将会使断路器损坏，因此必须加以防止。

：

TBJ是双线圈继电器--电流线圈（I）、电压继电器（V）

二、气动执行机构

：

利用压缩空气的压力在薄膜或活塞上产生推力

（四）开关信号的可靠性

一、保护系统的可靠性

1、可靠性：

在一定的使用条件和规定时间内，正确持续完成预定功能的概率。

2、所谓“准备状态”，就是当设备正常运行时，保护系统处于带电准备状态，经

受长期的通电考验。

（当保护系统投入，其运行参数未超过保护定值的公差范

围时发生的保护动作，称之误动作）

3、所谓“工作状态”，就是当设备发生故障时，保护系统正常工作，起到保护设

备和人身安全的作用，称之为正确动作。

（当保护系统投入，其运行参数以超

过保护定值允许的公差范围时保护仍不动作，则称为拒动作）

4、热工保护系统的故障：

拒动、误动

二、开关量信号摄取方法

1、单一信号法：

（信号单元与检测元件的误动作率、拒动作率相等）

2、信号串联法：

（误动作率减小，拒动作率增大/只适用于特别强调减小保护系

统的误动作率，而对拒动作率要求不高的场合）

3、信号并联法：

（只能用于拒动作率小，而误动作要求不高的场合）

4、信号串并联法：

（提高单个检测元件的可靠性，以减小信号单元的误动作率和

拒动作率）

5、“三取二”信号法：

（P47图1-21PLC梯形图）

6、信号表决法:

7、信号的多重化摄取法:

三、保护系统动作原因分析

：

电气方面、机炉方面、热控设备方面、操作方面

四、提高热工保护可靠性的措施

：

提高热控专业技术水平、加强热控专业管理水平、加强事故分析

第二章锅炉的热工保护

一、锅炉汽水系统热工

1、锅炉的热工保护的功能：

限值保护、连锁保护、紧急停炉保护

2、汽包水位保护的重要性

：

维持汽包水位在一定范围内是保证锅炉安全运行的必要条件。

因为汽包水位过高将减少蒸汽重力分离行程，破坏汽水分离效果，使蒸汽带水造成过热器中盐类沉积，恶化过热器的工作条件，严重时还可能引起汽轮机水冲击，造成汽轮机大轴弯曲等恶性事故。

水位过低时锅炉水循环将遭到破坏，水冷壁安全受到威胁。

：

锅炉汽包水位常见事故：

锅炉缺水、锅炉满水

3、锅炉水位保护框图（P57—任意一个PLC程序）

4、直流锅炉断水保护系统

：

直流锅炉断水保护系统的断水信号摄取和组合方法：

①给水流量过低的信号组合来形成断水停炉信号

②给水母管压力低和给水流量低的信号组合来形成断水停炉信号

5、再热器保护通常分再热器壁温高保护再热汽温高保护两方面

6、MFT---主燃料跳闸

二、炉膛爆炸的原因及其防止措施

1、炉膛爆炸指的是在锅炉炉膛内积存的可燃混合物突然同时被点燃，即爆燃而使烟气侧压力升高而造成炉墙结构破坏现象，称为炉膛外爆。

烟气侧压力过低，造成炉墙结构破坏的现象，称为炉膛内爆。

2、炉膛外爆（由于炉膛压力过高，超过炉膛结构所能承受的压力，使炉墙外延崩塌，称为“外爆”。

）

：

从炉膛结构原理上分析，只有符合下列三种情况才有可能发生可燃混合物突然爆燃：

1）炉膛或烟道内有燃料和助燃空气同时存在

2）积存的燃料和空气混合物是爆炸性的

3）具有足够的点火能源存在

：

炉膛内最可能发生可燃混合物积存的几种危险情况：

1）燃料在停炉时积存或停炉后漏进锅炉炉膛中，未经吹扫，进行点火

2）重复不成功的点火，未及时吹扫，造成大量爆炸性混合物积聚

3）在多个燃烧器运行时，一个或几个燃烧器燃烧不良或失去火焰，从而堆积起可燃的混合物

4）运行中整个炉膛熄火，造成燃料和空气可燃混合物的积聚，随后再次点火或有其他点火源存在时，使这些可燃混合物点燃

：

最好的方法是防止爆燃的发生，关键是防止可燃混合物的积存

3、炉膛内爆

：

引起炉膛内爆的原因：

1）引风量大于送风量，造成介质质量的减少

2）炉膛灭火引起炉膛温度T下降，造成负压过大

4、防止炉膛爆炸的措施

（1）防止炉膛爆炸的原则：

1）在主燃料与空气混合物入口处有足够的点火能源，点火器的火焰要稳定，有

一定的点火能量，而且位置恰好能将主燃料点燃

2）当有未点燃的燃料进入炉膛时，这段时间应尽可能缩短，使积存的可燃物容积只占炉膛容积的极小部分

3）对于已进入炉膛未点燃的可燃混合物，尽快地冲淡，使它达不到可燃范围，

并不断地把它吹扫出去

4）当送入的燃料只有部分燃烧时，就加快冲淡，使之成为不可燃的混合物

（2）点火暖炉期间

：

点火前必须用空气吹扫炉膛和烟道

：

空气流量应不小于额定负荷时空气流量的25%（一般规定为30%）

：

吹扫时间必须连续保持5min，保证吹扫彻底

（3）火焰中断

：

任一燃烧器的火焰熄灭，就应立即切断该燃烧器的燃料。

如全部火焰熄灭，应立即切断全部燃料。

三、火焰检测器

1、火焰检测器有以下几种：

1）紫外光（UV）火焰检测器

2）红外光（IR）火焰检测器

3）可见光火焰检测器

4）离子棒（火焰棒）火焰检测器

2、火焰检测器的安装和调整

：

煤粉燃烧器的火焰监视一般采用交叉布置，即相邻两层煤粉喷嘴中间布置一层探头，该探头对于上、下相邻两层煤粉喷嘴火焰均有信号反映，而以下层火焰监视为主

：

为了提高火焰检测器的可靠性，在安装＆调整火焰检测器时须做到以下几点

（1）火焰检测器安装位置要得当

（2）探头的安装数量要合适

（3）采用“火焰强度”＆“闪烁频率”双信号断定火焰信号

（4）光纤必须可靠且要求冷却风通畅

（5）保持探头清洁

（6）做好调整标定工作

四、炉膛安全监控系统（FSSS）的作用和组成（FurnaceSafeguardSystem）

:

又称燃烧器管理系统BMS（BurnerManagementSystem）

1、炉膛安全监控系统一般分三部分：

燃烧器系统、燃烧安全系统、汽包锅炉的炉水循环泵控制

2、燃烧器控制系统BCS（BurnerControlSystem）主要作用：

连续监视运行，控制点火及暖炉油枪，对磨煤机、给煤机等制粉设备实现自启停或远方操作，分别监视油层、煤层及全炉膛火球火焰。

3、燃料安全系统FSS（FuelSafetySystem）主要作用：

炉膛的各个阶段，包括启停过程中，预防在锅炉德任何部分形成一种可爆燃德气粉混合物，防止炉膛爆炸。

_

4、汽包锅炉的炉水循环泵控制BCP（BoilerCirculationPumps）主要作用：

保证炉水循环泵的正常工作

注：

FSSS和MCS害死保障锅炉机组正常启停和安全运行的两大支柱，MCS主要起调节作用，而FSSS主要起安全保护作用。

5、FSSS功能：

1）炉膛吹扫

2）油枪或油枪组顺控

3）炉膛火焰检测

4）磨煤机组顺序启停和给煤机、磨煤机保护逻辑

5）主燃料跳闸（MFT）是锅炉安全监控系统的主要组成部分，它连续地监视预先确定的各种安全运行条件是否满足，一旦出现可能危及锅炉安全运行的危险情况，就快速切断进入炉膛的燃料，以免发生设备损坏事故，或限制事故的进一步扩大。

6、FSSS的组成：

操作盘、逻辑控制柜、现场设备

五、FSSS系统的逻辑程序

1、FSSS系统的逻辑程序组成部分：

炉膛吹扫、泄漏试验、油层控制、煤层控制、火焰检测及全炉膛灭火保护、主燃料跳闸、二次风挡板控制，辅机故障减负荷及机组快速甩负荷等控制逻辑。

2、燃油的作用是：

①作为煤粉燃烧器的点火油；

②作为锅炉启动初期的升温升压，即暖炉之用；

③当锅炉处于低负荷而燃烧不稳定时起稳定燃烧作用；

燃油系统的任务：

将燃油连续不断地送往锅炉内，以满足锅炉点火及低负荷助燃地需要。

送往锅炉地燃油必须满足以下要求：

①保证一定地燃油流量

②保证燃油地工作油压

3、目前大容量锅炉的点火方式：

（1）采用二级点火方式：

将高能点火器先点燃轻油燃烧器，再点燃煤粉燃

烧器

（2）采用三级点火方式：

将若干具有高能点火装置的轻油点火器（或称涡流板

式点火器）设置在每一只重油燃烧器和煤粉燃烧器的侧面

（3）采用一级点火方式：

直接由等离子点火装置点燃煤粉，但为满足锅炉稳燃

的需要，仍保留轻油系统，轻油还是由高能点火器

4、油系统泄漏试验：

在机组点火启动前必须进行油系统泄漏试验，其目的是为了防止油漏入炉膛而在点火瞬间发生爆炸的危险。

1）油层启动（对角线启动）（P79图PLC程序）

2）点火行程

5、油燃烧器的功能：

1）为锅炉启动到机组带20％～30％额定负荷的全过程提

供必需的燃料。

2）在锅炉主要辅机发生故障而减负荷（RB）、机组快速甩负荷（FCB）、停机不停炉、电网故障、主开关跳闸及机组带厂用电运行时，油燃烧器起稳定燃烧、维持低负荷运行的作用。

3）点燃煤粉燃烧器。

油点火控制

6、磨煤机组：

磨煤机、给煤机、磨出口阀门、有关风门挡板、磨油系统、磨密

封空气系统等。

（P82了解煤粉制备系统）

第三章汽轮机发电机组的热工保护

一、电涡流式传感器

1、工作原理：

（P93原理图）

2、结论：

当金属导体靠近传感器时，k增加、Q降低，其谐振曲线的峰值将下降。

3、测量方法：

电涡流式传感器的线圈与金属导体间距离d的变化，可以变换成线圈的等效电感L、等效阻抗Z和品质因素Q三个参量的变化。

二、旋转机械状态参数的测量

1、轴向位移测量的原因：

P107（高速旋转的汽轮机在启停和正常运行过程中，由于各种原因都可以是转子产生轴向推力）

2、汽轮机所受的轴向推力的产生原因：

①蒸汽进出各动叶片时的速度所产生的轴向推力。

②转子上各叶轮、动叶片及转鼓阶梯上前后的压力差所产生的轴向推力。

③由于转子的挠度不同而产生的转子重力沿轴向的分力。

3、轴向位移的测量方法：

液压式、电感式、电涡流式测量方法

4、差胀产生的原因（P114）

“差胀”：

汽缸和转子的相对膨胀、轴的绝对膨胀（轴相对大地）

5、差胀测量方法：

与轴向位移测量方法相同，一般采用电涡流式测量方法

6、缸胀测量：

1）汽缸绝对膨胀检测系统一般由一只直流线性差动变压器式传感器（配有

接线电缆）和一只安装在机架内的汽缸膨胀指示器组成。

2）线性差动变压器LVDT

3）缸胀测量原理（P117）

7、汽轮机发生振动的原因

1）由于机组运行中中心不正而引起振动

2）由于转子质量不平衡而引起振动

3）由于转子发生弹性弯曲而引起振动

4）由于轴承油膜不稳定或受到破坏而引起振动

5）由于汽轮机内部发生摩擦而引起振动

6）由于水冲击而引起振动

7）由于发电机内部故障而引起振动

8）由于汽轮机机械部件松动而引起振动

8、振动的危害（P119自己总结）

（汽轮机运行的可靠性在很大的程度上是由机组的振动状态决定的，过分强烈的振动，意味着机组存在严重缺陷。

在振动作用下，机组内各部件间的连接会松动，这就消弱汽缸、轴承座、基础台板和基础间的刚性连接，反过来加剧了机组的振动，甚至使动、静摩擦加剧，导致机组发生严重损坏而被迫停机。

）

9、复合式振动传感器示意图（P120）

10、主轴弯曲的原因：

1）主轴与静止部件间的摩擦产生高热而膨胀，相应产生反向压缩应力，促

使轴弯曲。

2）制造或安装不良引起的弯曲。

3）检修后的调整不当引起轴弯曲。

4）运行中操作不当引起轴弯曲。

11、汽轮机超速的原因：

（P127）---（转速监测的目的）

汽轮机运行中的转速是由调速器自动控制并保持恒定的，当负荷变动时，汽轮机转速将发生变化，这时调速器便动作，调速汽门随着负荷变化开大或关小，从而改变进汽量，使转速维持在额定的转速。

汽轮机发生超速的原因，主要是调速系统工作不正常，不能起到控制转速的作用。

12、发生汽轮机超速的原因

1）发电机运行中，由于电力系统线路故障，使发电机油断路器跳闸

2）汽轮机负荷突然摔倒零，或单元机组带负荷运行中负荷突然降低

3）正常停机过程中，解列时或解列后空负荷运行

4）汽轮机启动过程中，闯过临界转速后定速或定速后空速负荷运行

5）危急保安器作超速试验

6）运行操作不当，阀位限制设置不当，开启主汽门太快，或停机过程中带负荷解列等。

7）调速系统工作不正常：

①下限设置太高，当汽轮机甩负荷时，使调速汽门不能关小；

②速度变化率过大，当负荷有满负荷突将至零时，转速上升过快以致超速；

③调速系统迟缓率过大，在甩负荷时，调速汽门不能迅速关闭，造成超速；

④由于机械或油质不好引起调速门卡涩或卡死，失去控制转速能力。

13、汽轮机超速的危害（P127）

14、转速测量方法：

磁阻测速、磁敏测速、电涡流测速

三、汽轮机瞬态数据管理系统（TDM）（了解）

汽轮机瞬态系统数据管理系统用于将来自传感器的振动信号进行分析，给出各种各样的图表、图形、各参数的发展趋势以及其他有关信息，以此判断机组工作是否正常。