电站锅炉长程吹灰器故障报警逻辑优化

李宗攀，孙长安，罗瑞文

（国能浙江宁海发电有限公司，浙江 宁波 315600）

引言

大型火力发电厂锅炉长程吹灰器主要用于炉膛内过热器、再热器及省煤器换热面的清洁，防止换热面长时间运行后积灰、结焦造成传热恶化。长程吹灰器数量众多，其工作环境较为恶劣，由于布置在室外锅炉钢结构上，振动、粉尘、高温等恶劣环境会导致在吹灰过程中出现卡涩、行程开关误动作、中途掉电停运等缺陷。宁海电厂某机组曾发生过因就地控制回路电源保险熔断,导致正在工作的吹灰枪停在炉膛内，而由于DCS 吹灰控制系统没有引入单支吹灰枪的实际进退信号，同时吹灰器报警逻辑设计不完善，操作员未及时发现这些异常，当吹灰汽源被切断后，吹灰枪被高温烟气加热导致弯曲变形，存在掉落砸坏炉底水冷壁的风险，严重影响了机组安全稳定运行。

1 长程吹灰器的系统配置和控制原理

该厂一期4 台630 MW 机组在锅炉过热器、再热器两侧左右对称配置了湖北戴蒙德公司生产的长程吹灰器，锅炉左墙、右墙各28 支。当锅炉负荷达到70%时，操作员在集控室通过DCS 操作画面远程启动吹灰程序，炉膛两侧各有一只长吹采用对吹的方式进行吹灰，28 对吹灰器在DCS 控制下按顺序进行吹灰。

DCS 系统通过DO 卡件向吹灰动力控制柜发送10 s 启动脉冲，控制柜内接触器动作，电机正转，带动吹灰枪开始进入炉膛，蒸汽阀门通过机械结构自动打开，蒸汽吹灰开始。当吹灰器前进到进限位开关位置时，通过电路控制电机反转，吹灰枪自动折返。吹灰器后退到退限位开关时，控制电路断电，同时通过机械结构自动切断汽源，一个吹灰过程结束。

图1 所示为单支吹灰枪的电气控制原理图，该回路是一个退优先的吹灰器电机换向控制回路。当就地按下START 或DCS 发出一个启动脉冲时，F 前进接触器吸合，吹灰器前进。同时，F 的辅助触点F-1 闭合，当吹灰器前进后LSR 闭合，从而使得F 接触器形成自锁回路，此时方可松开START 按钮或者复位启动脉冲。当吹灰器继续前行进到位后，LSF 断开，F 接触器失电断开，此时F-2 闭合，后退接触器R 得电，吹灰器后退，直到后退至退到位开关LSR 时，R 失电。至此，一个进退行程完成，吹灰结束。

2 吹灰控制系统存在的问题

由于吹灰器数量众多，为了减少基建期信号电缆和I/O 通道的数量，同侧的吹灰器信号进行了并联。DCS 控制系统对锅炉左墙、右墙吹灰器各分配31 个I/O 点参与控制：其中28 个DO 点用于DCS 发出启动脉冲给每台吹灰器控制电路、28 台吹灰器的电机前进接触器辅助触点并联后形成1 个DI 点送给DCS，用来表征左墙有吹灰器在前进、后退接触器和热继电器。同理，也是通过并联的方式，各用1 个DI 点进DCS。

由于每台吹灰器的进到位、退到位信号并未引入到DCS，DCS 系统只能通过单台吹灰器的启动指令和进接触器状态、退接触器状态，综合判断当前正在吹灰器的工作状态为停止、前进中、后退中，并不能准确表征每台吹灰器是否真正后退到位。

吹灰器在吹灰时，如果发生以下3 种异常情况，DCS 由于引入的现场信号过少，现有逻辑将无法进行识别报警，会误以为该吹灰器吹灰结束。

吹灰时若控制电路的保险丝熔断，控制电源失电；吹灰器在退行程时，退到位行程开关故障；机械卡涩或传动系统故障，导致吹灰枪停止前进或后退，电机长期空转，无法触发热继电器动作时。

以上情况会导致吹灰器停止前进或者后退，吹灰枪长时间停在炉膛固定位置吹灰而不易被发现。吹灰器长时间在固定位置吹灰会导致该处过热器管壁被高压蒸汽吹损减薄，严重时会发生爆管事故。在锅炉吹灰子组结束吹灰时，蒸汽汽源会被切断，这将导致停留在炉膛内的故障吹灰枪失去冷却汽源，从而造成吹灰器枪管被烧弯，严重时会掉落砸伤炉膛底部水冷壁和捞渣机，造成安全事故。

3 报警逻辑的设计与组态

3.1 吹灰器报警逻辑的优化

吹灰控制系统原有报警逻辑只有电机过载报警，无法对本文描述的3 种典型故障进行识别报警。由于吹灰器的机械传动系统为电机—齿轮减速—齿条传动，其传动比固定，查阅吹灰枪历史曲线发现，全行程时间T 的误差在±2 s 以内，据此，本文设计了图2 所示的吹灰器逻辑报警优化回路。

在图2 的报警逻辑中，XG01 为有吹灰器前进接触器吸合，XG02 为有吹灰器后退接触器在吸合状态，远方启动信号由操作员手动发出或者顺控程序自动发出。本报警逻辑可以对吹灰器运行过程中的3 类故障进行监控报警。

1）吹灰器启动失败报警：在DCS 发出启动脉冲10 s 后，在10～11 s 时间段，检测吹灰器驱动电机前进接触器的吸合状态。如果该逻辑为1，则表明启动指令发出后接触器自锁回路在10 s 内未成功建立，这说明就地吹灰枪并未移动或吹灰枪已前行，但退到位行程开关故障。

2）吹灰过程中吹灰枪异常停运：在单支吹灰枪进、退行程中检测进、退接触器的吸合状态，如果有异常原因导致控制回路失电，使得XG01 或XG02 信号丢失，则会延时2 s 触发报警。其中脉冲长度T1由全行程时间T 减去10 s 计算得到，延时2 s 则是考虑了进、退接触器切换的时间差，防止因正常切换造成报警误发。

3）吹灰器运行超时报警：通过判断进、退接触器的吸合时间是否超过正常运行时间来进行判断。这里的T-on 延时时间T2一般为正常运行时间+10 s，应用T-off 定时器的2 s 反延时是为了防止电机进、退接触器的切换差造成定时器T-on 计时中断。

3.2 新增报警逻辑的组态

由于锅炉吹灰器数量多，而本文中设计的报警逻辑需要占用DCS 控制器的6 个定时器，如果每支吹灰器都进行逻辑完善，需要占用多达336 个定时器资源且逻辑组态任务量大。

考虑到吹灰器的传动系统为电机—齿轮减速—齿条传动，其传动比固定，且吹灰枪历史曲线全行程时间误差在±2 s 以内。通过对多支吹灰器的历史运行时间进行分析，找出运行时间相近的吹灰器（例如运行时间误差≤5 s 内的），这些吹灰器的报警逻辑就可以只做一套，将故障信号与某支吹灰器的运行状态进行逻辑与运算，就可以将报警信号锁定到具体故障的吹灰器，这样分组可大大减少定时器资源耗费、减少了逻辑组态工作量[1]。

4 结语

本文设计的吹灰器报警逻辑在不进行任何硬件设备的改动下，通过软件的逻辑判断，实现了对吹灰器启动失败、中途故障停运、运行超时等异常工况的识别报警，可有效预防由于吹灰枪故障停运在炉膛内不能及时发现而导致的换热器吹损爆管、吹灰枪断汽变形等事故的发生。