分析汽包水位测孔与一次测量装置问题对监控保安系统的影响，已成为系统完善与提高可靠性的主要障碍，在实施DCS改造时应同步解决之。提出针对性技改目标与要求。华能淮阴电厂应用‘水位多测孔接管’技术，解决了测孔过少、取位不当问题，以及使用‘电接点水位计高精度取样测量筒’解决汽包水位准确可靠测量的问题。

1、汽包水位监控保护系统的安全分析

汽包水位是锅炉最重要的安全参数。监控保安系统由水位仪表、自动调节、信号报警和停炉保护等几个子系统组成，保障锅炉设备及水位运行的安全。只要处于可靠的工作状态，汽包水位自动调节系统就可每分每秒、忠实地将水位准确地钳制在允许的范围内。水位参数正常就意味着安全。因此，水位自动调节也是一个安全系统。水位高2值联锁保护即：当水位升高至“高2值”时自动打开事故放水门，向排污扩容器放水，使水位降低至“高1值”以下时自动关闭事故放水门。水位低2值联锁保护即：当水位降低至“低2值”时自动关闭连续排污总门，当水位高于“低1值”时自动打开连续排污总门。这两种水位工况自动控制实际上是“二位式” 自动调节保安系统。

事故放水管口的口径较大，又是向排污扩容器放水，故放水流量很大。当水位升高至定值时，只要能可靠地自动打开事故放水门，就能使水位快速回降，避免汽包满水。由于放水管口位于“0水位”高度， 水位只能回降至“0水位”， 如放水门拒关，仅继续对排污扩容器放汽，不会造成缺水事故。因此该保护能较可靠地将水位钳制在“0水位”与“高2值”之间。可见，该保护的拒动概率应不大于误动概率，在系统可靠性设计时必须予以注意。

因为连续排污管口的口径较小、实际运行中的连续排污量与给水流量相比很小，所以低2值保护防止汽包缺水的能力有限。由于某种原因，水位高过“高2值”，且自动打开事故放水门保护拒动，水位将高至厂家认为可能危及锅炉安全的“高3值”时自动停炉，称“高

水位停炉保护”，又称“满水停炉保护”。 由于某种原因，水位降低至“低3值”时，为防止降水管严重带汽或水循环中断而锅炉烧坏时，自动停炉，称为“缺水停炉保护”。这两种保护属于“设备危机保护”，是电力锅炉最重要的主保护，运行中必不可少。其可靠性之高应居电站设备保护可靠性水平之最，既不能误动，更不能拒动。

在锅炉水位事故统计中，缺水事故比率远比满水事故率多。其原因是，导致缺水事故的因素比满水事故多得多，例如：由众多设备串联而成的给水系统中，任何一个故障都可能中断锅炉给水；锅炉水冷壁、省煤器等炉水系统设备大面积爆管泄漏而不能维持汽包水位；高低2值工况保护效力的差异大等等。因此预防缺水事故又是重中之重。

在锅炉运行中，运行人员看不见水位比看不见压力温度流量，危险得多。汽包水位表的安全地位不亚于安全门。它既是运行人员手动控制汽包水位的眼睛，又是赖以判断给水、自调与保护系统工作是否正常，不可缺少的最重要表计。在锅炉给水与炉水系统故障时，水位表是否正常，往往决定了运行人员紧急事故处理的正误。如果两个主要表计显示不一致，人员很难果断处理事故。

近些年来，由于水位测量变送单元准确性和可靠性的提高，特别是DCS系统控制的成功应用，人们认为，常规汽包水位表不那么重要了，似乎可以减少，例如在一些设计中，未按规程规定的数量设置水位表。加之，汽包水位表和满缺水停炉保护等系列问题长期未能解决，致使少数火电站付出了沉重的代价。

2、问题的提出

秦皇岛热电厂#4炉为1025t/h亚临界锅炉，采用现代化的DCS（MAX-1000）

控制系统。1997.12.16的给水断水事故，扩大为锅炉严重损坏重大事故，直接经济损失三百多万元。人们不禁要问，采用现代化先进控制系统，何以不能保证锅炉设备的安全？这个问题已引起了一些专家的关注，并进行更深层次的思考。

此次重大事故报告[注1]指出，事故的直接原因是，汽包水位计测量误差致使汽包低水位停炉保护拒动，水位表和给水流量表误显示误导了运行人员误判断、误处理。从事故报告中还可以看出，汽包水位监控保护系统设计不符合《蒸汽锅炉安全技术检察规程》、《电力工业锅炉压力容器检察规程DL612 1996》（简称《电锅规》）、《火力发电厂设计技术规程DL5000 94》（简称《设规》）、《火力发电厂热工自动化设计技术规程（简称《热自规》）DNGJ16 89》等有关规程要求，配套不完善、可靠性不足，是导致事故的根本原因。再细究其根源，并非设计考虑不周，亦不是不按规程办，而是汽包水位测孔和一次测量装置问题未能解决，限制了设计水平。这是系统完善与提高可靠性的主要障碍。采用DCS控制系统，

并不等于解决这两个问题。

现代控制系统（包括DCS）以冗余技术为主、辅之以各自诊断技术，以最大限度面向运行人员的各种窗口设计开发人的潜在能力，以求提高监控保安的可靠性。可以说，只要汽包上有足够的、独立的、合格的水位测孔，准确可靠的一次测量装置，就可以轻而易举地将原系统改造成高可靠性的、功能齐全、更完善的一流系统。

测孔是汽包水位监控保安设计的基础资源。现有锅炉的汽包水位测孔问题是：一方面是数量过少，一般只有4~8对，不能满足一流水位监控保安系统及其可靠性改造设计的需求；另一方面是测孔选位不当，易受干扰，不符合水位测量技术要求。此问题对于具体锅炉而言，有的是以测孔过少为主，有的是以取样点不当为主。这两方面问题属于热控与锅炉两专业之间的边缘课题。按电力企业内部习惯分工，由热控方向锅炉方提出测孔数量及测孔取位的技术要求，由锅炉方解决，但遗憾的是，锅炉方（包括锅炉制造厂）往往很难满足热控方的要求。

对汽包水位进行准确、稳定、可靠的一次测量，是监控保护系统安全可靠运行的最重要前提。一次测量问题较多，如就地水位表和电接点水位表存在严重的负误差，差压式水位计的温度压力校正不准且易漂移等。这些问题解决不好，必然对监视仪表、自调、信号报警和保护产生一系列影响。

3、一次测量问题对汽包水位监控保安的影响

水位仪表不准，影响人员正确判断处理水位事故

秦皇岛热电厂#4炉断水事故后至锅炉损坏前，汽包处于严重缺水状态，而电接点水位表和CRT中差压式水位计指示一直在缺水停炉定值以上，使运行人员犹豫不决，不能果断手动紧急停炉，导致锅炉设备严重损坏。可见，在水位事故状态下，水位表误显示使人员正确处理事故的能力大打折扣。很多案例证明了这一点。

电接点水位表和就地云母水位表的严重负误差，使汽包内实际运行水位长期偏高厂家设计值，影响锅炉安全经济运行

水位仪表正负偏差直接导致汽包长期低水位或高水位运行. 以运行人员这信赖的电接点水位表为例。理论计算和运行实验表明，用于400t/h、670t/h锅炉15.5 MPa 压力时0水位取样负误差为100 115mm，1025t/h 亚临界锅炉0水位负误差为140 155mm。那末，汽包内实际运行水位长期偏高厂家设计值分别为100 115mm，140 155mm。顺便指出，此项负误差不能靠改变测量筒、就地云母水位表的机械安装0位办法定点校正。若此，当水位低或压力低时，将出现严重的正误差，可能导致汽包缺水而损坏锅炉。理论分析，高水位运行增加旋风分离器阻力，降低水循环速度，增加饱和汽湿度，导致锅炉热效率下降明显[注2]。运行实践证明，有的锅炉以就地云母水位表为准控制水位，引起高水位运行，在大负荷时使饱和汽严重带水，既限制锅炉出力，又影响锅炉安全。

测量不准对保护的影响

秦皇岛热电厂#4炉满水停炉保护定值为：+300mm、-384mm，其开关量信号由差压式水位计给出。由于厂家温度补偿设定值不当等原因造成偏差过大，可使指示水位虚高108mm，在断水事故后,汽包内水位已低于厂家规定的停炉值，而水位计不发缺水停炉信号，使保护拒动。

配套普通测量筒的电接点水位表或液位报警器，高水位开关量定值误差太大。例如用于670t/h 15.5 MPa锅炉，则+300mm停炉定值取样负误差为195mm，即保护动作时汽包内运行水位已达到495mm，高于厂家规定值195mm，炉水已淹没给水清洗孔板，饱和汽已严重带水，实属满水停炉保护动作过于迟缓，亦可认为,汽包内水位已达到+300mm时保护拒动。

测量不准同样会导致高低2值保护、水位报警信号拒动或误动。

4、测点选位不当对水位监控保安系统的影响

《电锅规》）9.3.3指出，“汽包上水位表的汽、水连接管接出位置不应影响水位的正确指示，能正确反映汽包的真实水位”。对此，《电锅规说明》9.3.3解释是，“一些超高压、亚临界参数汽包水位表由于内部汽水工况的影响，同一汽包上的就地水位表指示就有相差，有的还很大，无法判断真实水位。现在很多大型锅炉的汽水连接管已改从汽包封头引出，以减少汽包汽水扰动对水位测量的影响”。显然，测点选位应在汽包封头。

目前，很多在役汽包的远传水位测点位于汽包中段，距旋风分离器、给水清洗孔板、下降管口很近，汽水流对取样精度影响较大，特别在旋风分离器倾倒与顶帽脱开（此类故障率较高）或给水清洗孔板倾斜时，汽水流冲向测孔，使取样误差大大增加，使同一汽包上的水位表、水位变送器、水位开关的取样相差很大，甚至达100~200mm。加之汽包中段各点实际水位随燃烧工况、锅炉负荷等因素变化，不同点的水位有时相差较多。这些取样干扰变化，不仅使运行难于判断真实水位，热工维护人员不易哪个装置准确，还会使水位自调稳定性差，甚至失控。正是由于这种“隐蔽的”取样干扰变化，大幅度降低保护定值精度，使一些电厂发生了满缺水停炉保护“不明不白”的误动，以致不顾增加拒动概率而采用三信号串联回路降低误动率，甚至不敢投入满缺水停炉保护。

5、测孔数量过少对监控保安的影响

使很多锅炉满缺水停炉保护的无法实现真正的“三选二”冗余逻辑设计。

“三选二”是“高保真”信号系统，属于对称表决判断逻辑网络，故障率远低于单、双信号回路。如果单信号的拒动与误动概率相等，则该网络拒动与误动概率也相等，即具有均衡的抗拒动、抗误动能力。因此，“三选二”是热机主保护理想的信号网络[注3]。真正的“三选二”信号逻辑要求三个信号从测量取样端彼此独立。

尽管《设规》《热自规》规定，“重要热工保护的输入信号应多重化”，“对于直接作用停炉、停机保护信号，在可能时宜按“三取二”方式选取”，但由于缺乏测孔，即缺乏独立水位信号，使设计师无法按规程要求设计“三选二”满缺水停炉保护。

例如：秦皇岛热电厂#4炉、华能淮阴电厂670t/h超高压锅炉等，只好采用用单信号回路，可靠性过低，不能适应主保护的要求。例如，河北西北坡电厂等采用双信号串联回路，河南焦作电厂等采用三信号串联回路以降低误动概率。这是以增加拒动概率为代价的，有违于“保护主设备”的宗旨。

使一些大型锅炉水位自调的水位信号系统仍然采用单信号设计。这与当今流行的“三选中”判断网络相比，可靠性、稳定性和准确性都差得多。

迫使 “三选二”停炉保护与“三取中” 水位自调系统设计 “合用”

测孔或“合用”二次水位信号。这在国内极为普遍。“合用”二次水位信号与现代分散控制系统（DCS）的“信息共享”不能混为一谈。