摘 要：汽包水位是锅炉正常运行中最主要的监视参数之一，锅炉满水时蒸汽大量带水，会引起管道和汽机内产生严重的水冲击，造成设备的损坏。水位过低，会引起水循环的破坏，使水冷壁管超温过热，严重缺水时，还可能造成更严重的设备损坏事故。本文主要介绍了锅炉汽包水位的影响因素，通过对陡河发电厂200MW机组水位保护逻辑修改前后的对比的分析，找出旧有逻辑误动风险较高的原因，并根据修改后的逻辑研读，对进行相关机组汽包水位保护逻辑优化有一定的借鉴意义。
关键词：汽包水位；影响因素；汽包水位保护；四取三；三取二；二取一
中图分类号：TK1 文献标识码：A
文章编号：1009-0118（2012）07-0219-02
锅炉汽包水位控制系统是亚临界锅炉控制中相对复杂的自动控制系统，由于亚临界锅炉的汽包作为自然循环的汽水介质的循环与分离的重要压力容器，对于水位的控制有着严格的要求。200MW机组以往使用的根据水位测量值点进行判断的旧控制逻辑有进一步优化的必要，以期实现汽包水位保护有效的投入，避免误动和拒动情况的发生。以下介绍锅炉汽包水位的影响因素，通过对陡河电厂200MW机组水位保护逻辑修改前后的对比的分析，找出旧有逻辑误动风险较高的原因，并根据修改后的逻辑研读，对进行相关机组汽包水位保护逻辑优化有一定的借鉴意义。
一、锅炉汽包水位的影响因素
锅炉在运行中水位是经常变化的，引起水位发生变化的原因很多，而最主要的因素是给水量、蒸汽流量等。
（一）给水量变化的影响
给水压力变化时，将使给水流量发生变化，从而破坏了给水量与蒸发量的平衡，引起水位变化。当给水压力增加时，给水流量增大，水位上升；给水压力下降时，给水流量减少，水位下降。给水压力波动过大，将使给水自动调节器失调。水压过低，则汽包进水困难，若给水压力低于汽包压力，给水将无法进入汽包，会造成锅炉严重缺水。
现代大型锅炉，汽包水位的飞升速度是非常快的，对于1025t/h锅炉，当给水产生100%扰动时，一般15秒左右汽包水位就会到达事故停炉值。这在设计汽包水位停炉保护回路中的延时值时要充分考虑这一情况。
（二）蒸汽流量变化的影响
汽包水位的变化与锅炉蒸汽流量的变化有密切关系，因为蒸汽是从给水进入锅炉以后逐渐受热汽化而产生的，当负荷变化时，蒸发受热面中水消耗量发生变化，必然引起汽包水位的变化。当负荷增加时，如果给水量不变或增加不及时，则蒸发设备中的水量逐渐被消耗，其最终结果将使水位下降；反之，水位上升。水位变化的幅度反映了锅炉蒸发量与给水量之间平衡关系相称程度，如给水量大于蒸发量，则水位上升；给水量小于蒸发量，则水位下降。只有给水量等于蒸发量(排污及阀门泄漏除外)即蒸发设备中保持物质平衡时，水位才能保持稳定。
在蒸汽流量阶跃增加的扰动初期，汽包水位不仅不降低，反而在一段时间内上升，这种现象人们习惯称为“虚假水位”。“虚假水位”的形成是由于当锅炉负荷急剧变化时，例如蒸汽流量快速增加，此时，汽包压力将随之快速降低，对应的饱和水温度降低，于是汽包水平面以下的水容积中的一部分水会汽化而生成汽泡，造成汽包水位抬高，由于炉水汽化造成的水位抬高速度快于汽水不平衡造成的水位下降速度。反之，当蒸汽流量快速减少时，汽包压力增加，由于对应的饱和水温度升高，使汽包水平面以下水容积中的一部汽泡变成水，汽泡含量减少，造成水位先行降低的“虚假水位”现象。
我们必须清醒的认识到，由于汽包压力急剧变化引起的“虚假水位”实际上是汽包内实实在在的真水位，人们称之谓“虚假水位”是因为，它不是由于汽水不平衡引起的持续的飞升变化，而是由于汽包压力急剧变化，使炉水中汽泡含量瞬间增减而造成的汽包水位瞬间变化，而且当达到一定值后，将不再变化，待压力恢复正常时，水位又会恢复到原先状态。“虚假水位”的出现一般在几秒钟时间内就完成了。
当“虚假水位”超过紧急停炉水位值时，同样也会造成炉水被带入过热器，甚至汽轮机中，轻则造成蒸汽品质恶化，含盐量增加，重则进入主蒸汽管道和汽轮机的蒸汽中含水造成水冲击。但是，由于“虚假水位”最大值的出现时间较短，而且锅炉停炉保护的汽包水位动作值还留有一定余地，因此，由于“虚假水位”而使汽包水位短时达到保护动作值时，一般不会酿成事故。为了防止不必要的停炉，设计中可以考虑在汽包水位事故停炉信号回路中增加一个延时回路，但必须注意的是，该延时只应设计成在汽包压力变化率超过一定值时才发挥作用。而且延时回路的延时时间不宜过大。
（三）燃烧率扰动下汽包水位的动态特性
当燃烧率变化时，如燃烧率阶跃增加时，炉膛热负荷增加，由于锅炉蒸发强度增大而使汽压升高，即使蒸汽流量有所增加，而蒸发强度增加同样使水面下汽泡容积增大，因此也会导致“虚假水位”现象，只是由于汽压同时增加使汽泡容积增加比蒸汽流量扰动下要小，因而“虚假水位”变化的幅度和速度相对较小，比蒸汽流量扰动下水位动态特性增加一个纯延迟时间τ。
二、差压式锅炉汽包水位计的测量原理
陡河发电厂200WM机组锅炉汽包水位测量采用是基于差压式原理的锅炉汽包水位计。差压式水位计是通过把水位高度的变化转换成差压的变化来测量水位的，因此，其测量仪表就是差压变送器。差压式水位计准确测量汽包水位的关键是水位与差压之间的准确转换，这种转换是通过平衡容器形成参比水柱来实现的。我厂采用的是通过单室平衡容器下的参比水柱形成差压来测量汽包水位。
由于汽包水位显示值是以汽包零水位为基准表示的，即得出差压与水位的函数关系，从而可根据变送器测得的差压来反映汽包水位。
（一）陡河厂200MW机组汽包水位保护逻辑修改分析
陡河发电厂200MW机组以往使用的根据水位测量值点进行判断的旧控制逻辑有进一步优化的必要，以期实现汽包水位保护有效的投入，避免误动和拒动情况的发生。
（二）200MW机组汽包水位保护逻辑修改前研读
200MW机组使用的汽包水位保护逻辑被安排在模拟量控制系统（又称MCS）中，其主要由“MCS6004汽包水位高三值”和“MCS6005汽包水位低三值”组成。
可以看出其输入信号有：“甲侧汽包水位信号高”，“甲侧汽包水位信号低”，“乙侧汽包水位信号高”，“乙侧汽北京电力高等专科学校学报
No.07.2012 Beijing Electric Power College 体育与艺术 ■D