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标  题: 汽包水位监控保护测量系统改进
发信站: 哈工大紫丁香 (2002年10月09日12:53:58 星期三), 站内信件

题  目：汽包水位监控保护测量系统改进   
作  者:高维信 
关键字:汽包水位测量系统；多测孔接管 增加测孔；高精度电极传感器    论文搜索 
类  别:电力行业 
  
汽包水位监控保护测量系统改进 
图见出处的链接
高维信1 傅 刚2 荆予华3 
（1.华能淮阴电厂 江苏 淮安 223001； 2.马头发电总厂 河北 邯郸 056044；
3. 焦作发电厂 河南 焦作 473056；）


　　摘要 阐述汽包水位测量系统改进的必要性与实用性。多测孔接管技解决了限制测量
装置冗余配置的测孔难题。汽包水位高精度电极传感器消除了电接点水位计严重负误差
，使之可靠地用于监视主表和炉保护。介绍汽包水位监控保护测量系统改造设计思路、
效果与经验。
　　关键词 汽包水位测量系统；多测孔接管 增加测孔；高精度电极传感器
　　马头发电总厂、焦作电厂、华能淮阴电厂为落实"防止锅炉汽包满水和缺水事故"要
求，在进行DCS改造同时，将670/13.7锅炉汽包水位陈旧的监控保护系统改进为准确、完
善、可靠的一流系统。 

　　 
1.三家电厂汽包水位原监控保护测量系统问题
　　1.1保护与自调信号系统问题
　　改进前监控保护系统见图1、2、3、4。满、缺水停炉保护、水位高低联锁及热工报
警信不是"三取二"而是"一取一"、"二取二"、"三取三" 判断逻辑，可靠性低。图3、4自
动调节系统信号不是"三选中"冗余信号系统，图2自调"三选中" 设计也不是严格意义上
的从取样端彼此独立的三重信号冗余。
　　1.2汽包水位测孔问题
　　《电力工业锅炉压力容器监察规程DL612-1996》要求，水位测孔"数量应满足监控的
需要"，"水位表应分别与汽包连接"。 而图2由于汽包水位测孔数量过少，保护设计不得
不放弃"三取二"对称选择判断网络，而采用"一取一" 信号，监视仪表、保护、调节系统
4、5个一次测量装置以"并联母管合用测孔"方式与汽包连接，取样点处汽水流干扰、管
路泄漏、排污易使几个装置同时失效，形成"危险集中"。该厂曾因排污、泄漏发生2次水
位停炉保护误动事故，保护与自调系统经常因排污、泄漏同时退出运行。 规程规定"保
护用的接点信号应取自专用的开关量仪表"。国外一些权威标准，如AICHE等标准强调"基
本控制系统和安全联锁系统之间应在地理上和功能上分开、冗余系统应相互独立" [注2]
。图3、4保护与调节系统合用变送器信号，图2"合用测孔"，均不符合这些规定。 
　　汽包封头处汽流、水流和水位较汽包直段处稳定，是水位测孔最佳取位，干扰相对
较小，取样有代表性。图3、4水位计测孔数量不少，但均开在汽包直段，测量取样口距
离汽包内装置、下降管口很近，易受干扰。当锅筒内部装置故障时取样干扰大增，几个
水位计指示相差可大到100～150mm。在检查汽包外测量系统确属正常情况下，很难判断
哪个水位计准确，更不敢冒然投入保护。
　　因此，要实现保护"三取三"、自调""三选中"设计，并使所有容余信号从取样端彼此
独立，必须解决水位测孔过少问题，应增加封头水位测孔，要提高监视、保护仪表的准
确性、稳定性，要解决测孔取位不佳问题，应改在封头取样。
　　1.3水位测孔资源分配使用问题
　　以图2为例，5对测孔资源中，只有2对用于最重要的远方监控保护，3对用于运行现
已显得不太重要的就地云母水位计。因此，应改变一次测量系统设计，重新分配使用测
孔资源。
　　1.4电接点水位计问题
　　三厂均以电接点水位计为监控主表，又用于保护，测量筒负误差大，0水位取样负误
差约为100mm，满水定值负误差约为 190 mm，导致汽包长期高水位运行，高水位保护动
作时实际水位严重高于厂家规定值。电极易污染，需经常排污，电极机械密封泄漏率高
，用于停炉保护，可靠性低。
　　1.5大量程电接点测量筒 




　　图4 焦作电厂#3炉水位测孔改前系统 

图2、4中，大量程测量筒，只能适用于停炉后。在锅炉运行时仪表失效，测量筒满水，
使锅水通过测量筒进入过热器，故在运行时必须解列，停炉后又须及时到炉顶恢复测量
。

2. 监控保护系统改进方案
　　2.1利用多测孔接管技术改造测孔
　　"汽包与测量装置之间多测孔接管"（简称多测孔接管）最新技术，巧妙地为在役汽
包增加水位测孔提供了安全手段，可在原有水位测孔不增加的前提下，即不必在汽包上
重新开孔，增加几对相互独立的封头测孔，或将原取样点移至最佳位置。一般来说可增
加4对测孔，与在封头上直接开孔取样没有区别，能满足仪表取样动态要求。




图6 马头发电总厂#6测孔改造后系统
　　三厂经论证认为，该技术避开了在汽包壁上钻孔、焊接、热处理、金相检查等关键
问题，与在汽包封头上直接重新开孔增孔方案相比，实施风险小，难度小、工期短、费
用低，从而确认了新技术实用性和可行性。测孔改造采用淮安维信仪器仪表公司专利技
术设计，由电厂施工。在云母水位计接管（图5位于封头，图6、图7在直段，与封头相隔
3只旋风分离器）上安装多测孔接管系统。外观上看（参看图5），多测孔接管上的E、F
、K分接管是并联的，但取样却是独立的，互不干扰。新增测孔E、F在封头取样，并带有
取样屏蔽装置。增加4对新测孔，加上原有5对测孔，可满足监控改造需求。
　　2.2监控保护一流系统改造设计
　　改造后的汽包水位一次测量系统和监控保护系统见图5、图6、图7。
三个电接点水位计组成主表监视系统，原测量筒更换为淮安维信仪器仪表有限公司制造
的GJT-2000A新型测量筒，图6、图7中增加一个电接点水位计。由CRT水位计、水位TV、
大电量程接点水位计组成辅表监视系统。图5、图6中大电量程接点水位计改配GJT-2000B
新型测量筒。
　　满、缺水停炉保护、水位高低联锁及热工报警信号全部为"三取二"冗余信号系统，
信号来自电接点水位计。自调系统的水位 为"三选中" 信号。由DCS完成三重信号逻辑运
算。
一次测量系统装置从汽包独立取样测量。电接点水位计为远方监控保护中最重要仪表，
占用封头测孔取样测量。GJT－2000型测量筒采用综合技术措施，实现了全工况工高精度
取样和高可靠性传感，又具有良好的"水位实际传动校验"性能，可满足主表和保护的准
确性与可靠性需求，故取代原测量筒。由于电接点水位计问题主要在于测量筒，二次表
可靠性基本上可满足要求，故未予更换。
　　自调系统对变送器绝对0水位的准确性和稳定性要求相对较低，故图6、7中平衡容器
仍使用直段测孔取样，两种性能落后的平衡容器暂未更换为热套式双室平衡容器。 
　　图2系统，由于采用调速给水泵，机械式双波纹水位计实用价值小，故予取消。
　　之所以设置三个电接点水位计主表，是为了在发生水位事故时，保证运行人员能按"
三取二"判据快速判断、果断手动停炉，与保护停炉构成人机双重保安系统。
　　电接点水位计开关量用于保护、联锁和信号报警，考虑到用于监视的主表与水位自
动调节系统无关，对控制自动化而言，可视为保护专用仪表。如此设计，可缓解封头测
孔数量不足矛盾，可使运行人员及时发现信号源故障，利用热工人员丰富的维护经验及
时消除故障，对提高保护可靠性有利。
　　3.改造效果与测试
　　3.1采用多测孔接管的效果
　　增加4对在封头取样的测孔，解决了限制一流测量系统改造的测孔问题。
　　多测孔接管取样独立性试验良好。图5系统进行过取样干扰试验。云母水位计C冲洗
时属最强干扰，变送器输出变化小于0.5%（包括水位自身的变化），电接点水位计显示
未见变化，自调未见异常。测量筒D排污时，两变送器输出均未见变化。
　　图5多测孔接管位于封头，有利于测量装置的现场布置较改前流畅、取样管路短。
图6系统中为苏制双炉膛锅炉，原测量筒位于汽包两侧空间狭小的夹层，又处于高温与尘
埃恶劣环境中，维护十分不便。由于GJT-2000测量筒独特性能，可加长取样管道，改后
安装于封头处，既维修方便，又利于测量筒可靠运行。
　　3.2电接点测量筒可靠性运行情况
　　新旧测量筒取样对比试验表明，GJT-2000型测量筒消除了旧测量筒严重的取样误差
，用铠装热电偶实测水柱温度表明，筒内水温柱为饱和汽温，取样水柱为汽包内真实水
位。
RDJ-2000电极与测量筒之间机械密封可靠，未发生泄漏故障，电极拆装方便，从未排污
过，依然保持良好的水质，维护工作量很小。
　　3.3电接点水位计用于现场核对CRT水位计
　　改造后的电接点水位计准确性与可靠性高于CRT水位计，故可作为基准表现场核对后
者。由电接点水位计显示变化可知汽包内准确水位。降水位时，显示由＋15变为0的瞬间
，由电极头部测量有7mm的死区，可知准确水位为＋12mm；由0变为－15的瞬间，可知水
位为－4mm。升水位时亦可准确知之。按规定，CRT水位计每班要核对一次。核对如有问
题，可方便、准确调整变送器0位，在更大范围内校核CRT水位计，从而解决CRT水位计与
电接点水位计示值偏差问题。
　　3.4改进后的大量程水位计具有全工况取样性能
　　在锅炉运行时可高精度取样测量，增加了仪表冗余度，在主表量程上限以上显示满
水具体事故值，便于事故处理和分析。停炉后仍可供上水操作和满水状态之监视，减轻
运行人员劳动强度
　　3.5保护与自调可靠性大幅度提高
　　水位停炉保护从点火起就可投入，至今未发生误动与拒动事故。
　　自调水位信号实现了真正的三重冗余，提高了水位控制的准确性与稳定性。
　　3.6提高汽包水位运行质量
　　3.6.1解决了严重高水运行问题
　　改进前，三厂均以电接点水位计指示为准控制汽包水位，因其在0水位有－105～－1
15mm误差，使水位高于厂家规定值105～115mm运行，会产生一定影响。为此，在河南焦
作电厂＃3炉进行高低水位与汽水品质对比试验，试验历时近2小时，结果是：
　　高水位工况进行5次采样，饱和汽电导度(μΩ/cm)分别为2.2，1.8，1.6，1.5，1.6
，平均值为1.7；低水位工况下，进行4次采样，饱和汽电导度分别为4，6，6，6，平均
值为5.5；炉水sio2含量均为0.1mg/I 。电导度增加3.8，表明在炉水品质未变情况下，
饱和汽品质明显变差。这将加快过热器结垢，对安全经济运行不利。
　　3.6.2增加封头水位测点，有利于防止汽包两头水位大幅度偏斜。
　　焦作电厂#3炉汽包两侧封头各有2台电接点水位计，4个电接点水位表显示一致。当
两侧水位偏斜时，运行人员不再怀疑仪表不准，及时采取诸如调整燃烧等措施使两侧水
位趋于一致。
　　4.结语
　　在役汽包水位测孔少是制约全面落实《防止锅炉汽包满水和缺水事故》措施的主要
障碍，多测孔接管技术解决了测孔问题，可为水位监控保护系统改进设计采用容余技术
，提供更多更好的独立信号源。对汽包水位一次测量系统装置进行优化配置，特别是选
用GJT2000型汽包水位高精度取样电极传感器，解决了电接点水位计误差大、可靠性低的
问题，那末结合DCS改造，就能为大型锅炉配备准确、完善、可靠的汽包水位监控保护一
流系统。
[注1] 参见《电力工业锅炉压力容器检察规程DL612-1996》9.3.3。
[注2] 引自《火电厂安全保护系统设计探讨》 张晋斌、张徐亮 《中国电力》1998.5

第一作者简介：高维信（1942-），男，江苏睢宁人，高级工程师（教授级），从事火电
热工自动化工作。 

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