摘要：鍋爐安全監控系統（FSSS）是現代大型火電機組必備的一種監控系統，主要承擔機組安全保護和燃燒器系統控制的任務。文中以國內某發電廠600MW機組仿真機為例，介紹其鍋爐安全監控系統的主要邏輯及應用。
關鍵詞：仿真 保護 邏輯 燃燒器系統控制 安全監控系統
 
0．引言
      目前，火力發電在我國電力工業中占絕對主導地位，隨著大容量、高參數機組的投入運行和新技術應用于火電機組中，電站系統日趨復雜。為確保機組運行的安全性及經濟性，對運行人員的熟練操作和事故處理能力，以及管理人員的監控管理水平都有了更高的要求。因此，針對具體機組開發1：1全范圍仿真培訓系統，以培訓新的運行人員和輪訓在職人員顯得越來越重要。電廠仿真系統原本是作為實驗的輔助工具而應用的，而后又用于訓練目的，現在仿真系統的應用包括：系統概念研究、系統的可行性研究、系統的分析與設計、系統開發、系統測試與評估、系統操作人員的培訓、系統預測、系統的使用與維護等各個方面。它的應用領域已經發展到軍用以及與國民經濟相關的各個重要領域。

      電站控制仿真系統[1][2]是一個復雜的高新技術，它是在以建模理論[3]、計算方法、計算機技術、網絡技術、多媒體技術、信息處理、自動控制及系統工程等理論的基礎上，建立操作站、操作系統、數據庫系統、仿真系統軟件開發支撐系統、模型軟件等軟硬件系統。
1．FSSS系統簡介
      FSSS系統，即爐膛安全監控系統（Furnace Safeguard Supervisory System），也可稱作燃燒器管理系統(Burner Management System )，簡稱BMS。爐膛安全監控系統[4] [5]是現代大型火電機組鍋爐必須具備的一種監控系統，它能在鍋爐正常工作和起停等各種運行方式下，連續密切監視燃燒系統的大量參數與狀態，不斷的進行邏輯判斷和運算，必要時發出動作指令，通過種種連鎖裝置，使燃燒設備中的有關部件嚴格按照既定的合理程序，完成必要的操作或處理未遂性事故，以保證鍋爐燃燒系統的安全。實際上它是把燃燒系統的安全運行規程用一個邏輯控制系統來實現。采用BMS系統不僅能自動完成各種操作和保護動作，還能避免運行人員在手動操作時的誤動作，并能及時執行手操來不及的快動作，如緊急切斷和跳閘等。
      我們以國內某大型火電廠為例，對于該發電廠的600MW機組FSSS仿真系統來說，其操作顯示是采用WONDER WAREINTOUCH VERSION 7.0建立的，控制對象是建立在APROS5.0平臺上的，其中最重要的控制邏輯是以仿真支撐系統TCS為工具開發的。
2．FSSS系統功能
       FSSS系統一般分為兩個部分，即燃燒器控制系統BCS（Burner ControlSystem）和燃料安全系統FSS(Fuel Safety System)。燃燒器控制系統的功能是對鍋爐燃燒系統設備進行監視和控制，保證點火器，油槍和磨煤機組系統的安全啟動、停止和運行。燃料安全系統的功能是在鍋爐點火前和跳閘停爐后對爐膛進行吹掃，防止可燃物在爐膛堆積。在檢測到危及設備、人身安全的運行工況時，啟動主燃料跳閘（MFT），迅速切斷燃料，緊急停爐。
      該發電廠600MW火電機組鍋爐為美國B&W公司的亞臨界，一次再熱，自然循環汽包爐，配有6臺MPS-89G型磨煤機，每臺磨煤機配一臺給煤機；共36個煤粉燃燒器，前后墻對沖布置三層，每層六個；每個燃燒器配置一個CFS點火油槍；在底層與煤燃燒器同時布置12個油燃燒器，油燃燒器和點火油槍全部投入可帶30％負荷；點火油槍采用高能點火器HEI引燃�；鹧鏅z測采用單燃燒器檢測，每個燃燒器配有兩個火焰監測器。針對機組實際情況，其安全監控仿真系統的邏輯功能主要包括以下幾個方面：爐膛吹掃，主燃料跳閘，燃燒器系統控制。其中邏輯程序是根據B&W邏輯圖為基礎，同時參照實際運行中的現實情況，經過相應的修改，從而實現的。
2．1爐膛吹掃
      FSSS的邏輯控制中的一個核心問題是通過周密的安全連鎖和許可條件，防止可燃性混和物在爐膛煤粉管道和燃燒器中積存，以防止爐膛爆炸產生。因此，爐膛吹掃是安全運行的必要措施。FSSS的吹掃控制功能主要是在吹掃前對鍋爐的有關設備進行安全性檢查，在滿足全部吹掃許可條件后，開始進行吹掃。吹掃時，切斷所有進入爐膛的燃料輸入，吹掃空氣流量大于30％且小于40％額定風量，吹掃時間不少于5分鐘。
2．2主燃料跳閘
  
      主燃料跳閘（MFT）是FSSS系統中最重要的安全功能，當出現任何危及鍋爐安全運行的危險工況時，MFT動作將快速切斷所有進入爐膛的燃料，即切斷所有煤和油的輸入，實現緊急停爐，汽機跳閘，以保證設備安全，避免重大事故發生。同時，該邏輯中具有首次跳閘原因指示功能，它能對引起主燃料跳閘的最初原因記憶并在CRT上顯示出來，為故障原因分析及解決提供了條件。
      當出現下列任一種情況時，會引發MFT：二臺送風機全停；二臺引風機全停；二次風母管壓力高（大于2.8 kPa，三取二，延時2秒），RB延時5秒；二次風母管壓力高高（大于3.5 kPa，三取二，延時5秒），且聯跳送風機；鍋爐總風量小于25%(547t/h)，延時2秒；汽包水位高高（大于＋203.2 mm，水位變送器三取二，延時20秒），RB延時60秒；汽包水位低低（小于－228.6 mm，水位變送器三取二，延時20秒) ，RB延時60秒；爐膛壓力高（大于＋1.25 kPa ，三取二，延時2秒），RB延時5秒；爐膛壓力低（小于－1.75 kPa，三取二，延時2秒），RB延時5秒；爐膛壓力高高（大于＋2.5 kPa，三取二，延時5秒），且聯跳送風機；燃料失去；再熱器遮斷(任一條件滿足時)：1）主汽流量＞300t/h時汽機跳閘；2）主汽流量≤300t/h，發電機已并網達60秒且旁路未投，汽機跳閘，延時60秒；3）發電機未并網且旁路未投，投用油槍數超限（注：＃1機為油槍＞24）；汽機跳閘，延時90秒；手動MFT。MFT后，會引發一系列的設備跳閘和關閉，從而實現保護功能。
2．3燃燒器系統
      燃燒器系統包括煤、油燃燒器和點火油系統。
      點火油系統包括點火油母管、點火油槍組。FSSS系統控制其啟動、停止和跳閘。600MW機組的每臺燃燒器配置一個點火油槍，共36支。點火油槍以組為單位投入運行，每層六個點火油槍的1、3、5分為一組，2、4、6分為一組分別來控制。在滿足點火油槍組啟動許可條件后，就可以發出啟動信號。具體啟動過程為：點火油槍推進－打開霧化蒸汽閥－高能點火器打火－開油閥；停止順序是：高能點火器打火－關閉油閥－打開吹掃閥－關閉霧化蒸汽閥－120秒后打開霧化蒸汽閥－點火油槍退回，關閉霧化蒸汽閥。
      FSSS系統控制包括油燃燒器母管、油燃燒器組和油燃燒器在內的油燃燒器系統的啟動、停止和跳閘。其中油燃燒器的母管控制包括油燃燒器母管跳閘閥和再循環閥的控制。油燃燒器的投運和停止也是以組為單位進行的，1、3、5分為一組，2、4、6分為一組。當油燃燒器啟動許可條件滿足即吹掃結束，MFT復歸后，就可以推進油槍，打開霧化蒸汽閥、冷卻風閥以及進油電磁閥。
      主燃料系統，即制粉系統，包括磨煤機、給煤機、一次風機、潤滑油泵及相關閥門的啟動、停止、跳閘及隔離、充惰、清掃過程也均有FSSS系統邏輯控制。這些設備的運行可由運行人員通過CRT進行操作，整個磨組設備也可由磨組的自動順序啟停來控制。磨組的啟停是燃料系統中重要的一環，對于600MW機組，共6臺磨煤機，每臺磨煤機與相應的給煤機等其他配套設施構成一個磨組，獨立控制。
      在主燃料系統中，磨的啟停是非常重要的。對于此仿真系統，控制邏輯為：允許啟條件（條件均滿足）：無磨煤機跳閘信號；點火條件滿足；二次風流量擋板在點火位置；任一一次風機運行；任一油泵運行且磨潤滑油壓> 2.1 bar；該層兩組點火油槍均運行；磨煤機充惰結束；磨煤機選擇正常方式，無“dirty”信號；磨煤機密封風壓正常(>10kPa)；磨煤機一次風隔離擋板開啟；一次風量正常；所有磨煤機出口擺閥開；磨出口溫度＞60℃。跳閘條件（條件任一滿足）：MFT；RB（僅A、E、F、C四臺磨參與RB跳磨邏輯）；一次風機全停；磨煤機一次風量比最少流量小10%（58t/h），延時20秒；磨煤機一次風量比最少流量小15%（53t/h），延時15秒；給煤機運行60S內任一點火組不在運行且擺閥不全關；給煤機停運后該層無火，任一點火組不在運行且擺閥不全關；“Heating”按鈕未強制，給煤機停運60S后，擺閥不全關且任一點火組不在運行；“Heating”按鈕未強制，給煤機運行60S后，擺閥不全關且該層無火；磨煤機運行時該層所有擺閥關；給煤機運行時兩個以上擺閥關；磨煤機兩臺潤滑油泵均跳閘，延時5秒；磨煤機潤滑油壓＜138kPa，延時50秒；磨煤機出口溫度＞93℃；磨煤機啟動失敗。（其中Heating按鈕是為在暖磨過程中節省油燃料而設計的補充邏輯）。
      此燃燒器邏輯系統的一大特點是采用分層控制的方式，每個層、組和設備的故障不會影響整個機組的運行，從而大大提高了整體的可靠性和可用率。
3．結束語
      FSSS鍋爐安全監控系統主要承擔機組保護和燃燒器管理的任務，其系統要求有最高的可靠性、最高的優先級（相對于其它系統指令），同時系統設計必須遵循能最大限度消除可能出現的誤動及完全消除可能出現的拒動為原則[6][7]。為滿足這點，控制系統的設計思想應該先進、完善，控制系統設備質量必須可靠，軟件邏輯設計正確、合理。該火電廠1號600MW機組FSSS仿真系統經過不斷地調整和完善，基本上滿足了600MW機組的設計和運行要求。