CN116045269A - 一种电站锅炉汽包水位检测信号判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电站锅炉热工检测信号检测领域，公开了一种电站锅炉汽包水位检测信号判断方法，包括如下步骤：对每一个差压式水位检测信号进行可靠性判断；根据可靠性判断结果对三个差压式汽包水位信号进行偏差判断；屏蔽虚假的水位信号。本发明通过针对出现虚假水位的两种方式，设置可靠性判断和偏差判断方法，设计虚假水位屏蔽方案，实现对汽包水位信号的速率甄别和可靠性判断，避免因虚假的水位信号引起锅炉的监控、报警和安全联锁保护的误动作，保障锅炉安全运行。

Description

一种电站锅炉汽包水位检测信号判断方法

技术领域

本发明属于电站锅炉热工检测信号检测领域，尤其涉及一种电站锅炉汽包水位检测信号判断方法。

背景技术

锅炉是一种能量转换设备，电站锅炉以煤气为燃料，利用燃料燃烧释放的热能传递给容器内的水，使水转化为达到所需要的温度或一定压力的过热蒸汽。

在蒸汽锅炉中汽包是锅炉的主要部件之一，是锅炉内加热、蒸发、过热三个工艺过程的重要连接枢纽，汽包与下降管、水冷壁连接，组成锅炉水自然循环回路，水在循环回路流动过程中接受来自炉膛内燃料燃烧的热能，在汽包中给水加热成饱和水进一步被汽化成饱和蒸汽，因此汽包中储存着一定的水和蒸汽。

锅炉汽包水位是电站锅炉以及汽轮机安全运行重要的热工参数，汽包水位过高，会影响汽水分离装置的效果，使饱和蒸汽的湿度增大、含盐量增多，造成过热器和汽轮机通汽部分积垢，引起过热器管壁超温甚至爆管，以及汽轮机效率降低、轴向推力增大。直接威胁汽轮机安全经济运行。汽包水位过低，会影响自然循环锅炉的水循环安全，造成水冷壁管循环停滞，因而局部过热甚至爆管。

锅炉汽包水位的测量主要有几种方式：电接点水位计、双色云母水位计、差压式水位计。电接点水位计利用水和蒸汽的导电性能差别来检测水位变化，双色云母水位计利用水与蒸汽对光的折射率不同来检测水位，这两种方式的特点都是水位的检测信号是不连续、不精确的，只能作为差压式水位计测量信号的监控参比和补充。

差压式水位计根据液体静力学原理，通过测量变动水位和恒定水位之间的静压差，再通过差压变送器将静压差转换为随水位连续变化的标准电信号，由DCS计算机系统的采集模件等自动控制设备接收信号进行监控。中压、低压电站蒸汽锅炉一般在汽包左、右两侧安装2个差压式水位计，高压及以上蒸汽锅炉一般在汽包左、中、右三个位置安装3个差压式水位计，以确保锅炉水位检测的准确性。

锅炉汽包水位测量同时采用这三种检测仪表进行测量，差压式水位计检测锅炉静压差并将其转换为4～20mA标准信号接入计算机控制系统，作为锅炉水位实现参数监测报警、安全联锁保护和水位三冲量串级自动控制的调节对象，而电接点水位计和云母水位计因为其结构简单、观察直观清晰等特点，作为锅炉差压式水位的辅助参比对象。

水位作为锅炉给水自动控制系统和锅炉联锁安全保护的重要参数，受汽包水位对象复杂性和水位计测量原理的固有特性、测量设备的质量性能等影响，在实际测量中存在很多影响其检测准确性、真实性的不确定因素和较大的测量误差。例如，当锅炉汽包压力突升时，则用来蒸发炉水的热量相应减少，炉水中汽泡量减少，使汽水混合物的体积收缩，在真实水位不变的基础上促使水位检测值快速下降，形成虚假水位。此外当锅炉内燃料不稳导致热负荷增加或骤减时，水的比容也将增大或减小，也会形成虚假水位。还有锅炉负荷突变、灭火、安全阀动作、差压变送器故障等，都会产生虚假水位，从而引起操作人员和计算机控制系统的误判断，导致错误的操作指令，引起危及锅炉运行和人身安全事故的严重后果_。

引起锅炉虚假水位的原因，一方面是锅炉燃料、蒸汽负荷等工艺对象突变，以及安全阀、向空排汽阀等设备突然动作，还有差压式水位的测量组件如平衡容器、脉冲管路、差压变送器等堵塞或泄漏引起，其结果是引起水位测量信号急速上升或下降，特点是参数变化是连续性的大幅变化。另一方面，差压变送器故障、差压变送器输送标准电信号到计算机控制系统的信号电缆断线、计算机控制系统接收标准电信号的采集模件故障等同样会导致汽包水位信号突变形成虚假信号，其结果是引起水位测量信号瞬间回到零值，特点是参数变化是阶跃性的大幅变化，因此有必要提供一种电站锅炉汽包水位检测信号判断方法，根据虚假水位测量信号的变化特点，实现对汽包水位信号的速率甄别和可靠性判断，避免因虚假的水位信号引起锅炉的监控、报警和安全联锁保护的误动作，保障锅炉安全运行_。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种电站锅炉汽包水位检测信号判断方法,通过分析虚假水位测量信号的变化特点，在锅炉计算机自动控制系统中通过软件编程，实现对汽包水位信号的速率甄别和可靠性判断，避免因虚假的水位信号引起锅炉的监控、报警和安全联锁保护的误动作，保障锅炉安全运行。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种电站锅炉汽包水位检测信号判断方法，包括如下步骤：

对每一个差压式水位检测信号进行可靠性判断；

根据可靠性判断结果对三个差压式汽包水位信号进行偏差判断；

屏蔽虚假的水位信号。

进一步地，对每一个差压式水位检测信号的可靠性判断，包括：

对汽包水位的标准4～20mA信号进行变化速率的判断；

对汽包水位信号进行工程单位下量程范围超限的判断；

对汽包水位的标准4～20mA信号进行幅值范围超限的判断。

进一步地，对汽包水位的标准4～20mA信号进行速率变化速率的判断，包括：

将差压式水位计当前扫描周期的信号与前一扫描周期段的最大信号值和/或最小信号值进行对比，若当前扫描周期的信号增减幅度超过预设值，保持汽包水位输出信号在速率变化超限的前一扫描周期的信号值上，并发出超限报警提示，若当前扫描周期的信号增减幅度未超过预设值，则输出当前扫描周期的水位信号值。

进一步地，对汽包水位信号进行工程单位下量程范围超限的判断，包括，

将当前扫描周期的水位信号与水位信号的正常量程的上限和/或下限进行比较，若当前扫描周期的水位信号超出水位信号的正常量程，则保持汽包水位输出信号在超限前一扫描周期的信号值上，并发出超限报警提示，若当前扫描周期的信号未超出水位信号的正常量程，则输出当前扫描周期的水位信号值。

进一步地，对汽包水位的标准4～20mA信号进行幅值范围超限的判断，包括：

将当前扫描周期的水位信号的幅值与幅值的上限20mA、下限4mA进行比较，若当前扫描周期的水位信号的幅值超过20mA或低于4mA，则保持汽包水位输出信号在超限前一扫描周期的信号值上，并发出超限报警提示，若当前扫描周期的水位信号的幅值未超过幅值的上限20mA、下限4mA，则输出当前扫描周期的水位信号值。

进一步地，根据可靠性判断结果对三个差压式汽包水位信号进行偏差判断，包括：

将同一锅炉的三个水位差压计的可靠性判断后的正常汽包水位信号进行两两之间的偏差比较，若三个水位信号偏差均在预设极限值范围内，则取三个水位信号中的中间值作为总水位信号，若两个水位信号偏差在预设极限值范围内，则取所述两个水位信号的平均值作为总水位信号，若多个水位信号偏差超过预设极限值范围，则总水位信号保持在超限前一扫描周期的总水位信号并发出超限报警提示。

进一步地，屏蔽虚假的水位信号，包括：

根据偏差判断的结果屏蔽超限的总水位信号。

进一步地，屏蔽虚假的水位信号，还包括：

在对安全阀和向空排汽阀设备操作期间，对锅炉汽包水位信号进行信号屏蔽。

进一步地，在对安全阀和向空排汽阀设备操作期间，对锅炉汽包水位信号进行信号屏蔽，包括：

控制信号屏蔽的时间为60秒。

进一步地，在对安全阀和向空排汽阀设备操作期间，对锅炉汽包水位信号进行信号屏蔽，还包括：

将输出总水位信号保持在对安全阀和向空排汽阀设备操作的前一扫描周期的总水位信号，并发出报警提示。

本发明的技术效果和优点：

本发明通过针对出现虚假水位的两种方式，设置可靠性判断和偏差判断方法，设计虚假水位屏蔽方案，实现对汽包水位信号的变化速率甄别和可靠性判断，避免因虚假的水位信号引起锅炉的监控、报警和安全联锁保护的误动作，保障锅炉安全运行。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1为本发明一种电站锅炉汽包水位检测信号判断方法的流程图；

图2为本发明水位信号变化速率判断的流程图；

图3为本发明水位信号可靠性判断的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是一种电站锅炉汽包水位检测信号判断方法的流程图，如图1所示，本发明提供了一种电站锅炉汽包水位检测信号判断方法，包括：

对每一个差压式水位检测信号进行可靠性判断；

根据可靠性判断结果对三个差压式汽包水位信号进行偏差判断；

屏蔽虚假的水位信号。

对每一个差压式水位检测信号的可靠性判断的具体步骤如下：

⑴图2为本发明水位信号变化速率判断的流程图，如图2所示，对汽包水位的标准4～20mA信号进行变化速率的判断，即计算机自动控制系统的数据采集模块接收到水位信号后，当前扫描周期的信号与前一扫描周期段的最大(或最小)的信号进行对比，如果当前扫描周期的信号增加或减少的幅度超过一个计算后的设定值，则判断该信号的变化量超过正常值，此时汽包水位信号保持在速率变化超限的前一扫描周期的信号值上，监控系统对汽包水位信号发出速率变化超限报警提示。

例如，In1为当前扫描到的水位参数值，RL为每秒的变化量，将前一扫描周期段n设为10秒，则K1、K2、K3……Kn为10秒内的水位参数值，当|In1-max(Ki)|＞RL或者|In1-min(Ki)|＞RL(注意：1≤i≤n)时，计算机控制系统编程逻辑判断信号变化速率超限。

⑵对汽包水位信号进行工程单位(mm)下量程范围超限的判断，包括将每一个扫描周期接收到的水位信号，与水位信号的正常量程范围的上、下限进行比较，如果超过量程的上限值或下限值，则判断该信号的状态为量程超限状态，此时汽包水位信号保持在超限前一扫描周期的信号值上，监控系统发出超限报警提示。

⑶对汽包水位的标准4～20mA信号进行幅值范围超限的判断，即计算机自动控制系统的数据采集模块每一个扫描周期接收到的标准4～20mA信号，与幅值的上限20mA、下限4mA进行比较，如果超过上限值或低于下限值，则判断该信号的状态为幅值超限状态，此时汽包水位信号保持在超限前一扫描周期的信号值，监控系统发出超限报警提示。

根据可靠性判断结果对三个差压式汽包水位信号进行偏差判断的具体步骤如下：

将同一锅炉的三个水位差压计的可靠性判断后的正常汽包水位信号进行两两之间的偏差比较，若三个水位信号偏差均在预设极限值范围内，则取三个水位信号中的中间值作为总水位信号，若两个水位信号偏差在预设极限值范围内，则取所述两个水位信号的平均值作为总水位信号，若多个水位信号偏差超过预设极限值范围，则总水位信号保持在超限前一扫描周期的总水位信号并发出超限报警提示，从而避免多个水位差压计中出现个别差压计检测不准确的情况。

屏蔽虚假的水位信号，具体包括：

根据偏差判断的结果屏蔽超限的总水位信号，另外，在对安全阀、向空排汽阀等设备操作期间，因汽包压力、蒸汽负荷等变化极大，此时产生的虚假水位不能作为锅炉给水自动调节的调节对象和锅炉安全联锁保护的判断依据，对锅炉汽包水位信号进行60秒的信号屏蔽，使总汽包水位参数保持在设备操作前一扫描周期的总水位参数值60秒并发出报警提示。

引起锅炉虚假水位的原因，一方面是锅炉燃料、蒸汽负荷等工艺对象突变，以及安全阀、向空排汽阀等设备突然动作，还有差压式水位的测量组件如平衡容器、脉冲管路、差压变送器等堵塞或泄漏引起，其结果是引起水位测量信号急速上升或下降，特点是参数变化是连续性的大幅变化。另一方面，差压变送器故障、差压变送器输送标准电信号到计算机控制系统的信号电缆断线、计算机控制系统接收标准电信号的采集模件故障等同样会导致汽包水位信号突变形成虚假信号，其结果是引起水位测量信号瞬间回到零值，特点是参数变化是阶跃性的大幅变化，本发明针对虚假水位测量信号的变化特点，通过对水位测量信号进行可靠性判断和偏差判断，配合虚假水位屏蔽方案，实现对汽包水位信号的变化速率甄别和可靠性判断，避免因虚假的水位信号引起锅炉的监控、报警和安全联锁保护的误动作，保障锅炉安全运行。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电站锅炉汽包水位检测信号判断方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

对每一个差压式水位检测信号进行可靠性判断；

根据可靠性判断结果对三个差压式汽包水位信号进行偏差判断；

屏蔽虚假的水位信号。

2.根据权利要求1所述的一种电站锅炉汽包水位检测信号判断方法，其特征在于，所述的对每一个差压式水位检测信号的可靠性判断，包括：

对汽包水位的标准4～20mA信号进行变化速率的判断；

对汽包水位信号进行工程单位下量程范围超限的判断；

对汽包水位的标准4～20mA信号进行幅值范围超限的判断。

3.根据权利要求2所述的一种电站锅炉汽包水位检测信号判断方法，其特征在于，所述的对汽包水位的标准4～20mA信号进行变化速率的判断，包括：

将差压式水位计当前扫描周期的信号与前一扫描周期段的最大信号值和/或最小信号值进行对比，若当前扫描周期的信号增减幅度超过预设值，保持汽包水位输出信号在速率变化超限的前一扫描周期的信号值上，并发出超限报警提示，若当前扫描周期的信号增减幅度未超过预设值，则输出当前扫描周期的水位信号值。

4.根据权利要求2所述的一种电站锅炉汽包水位检测信号判断方法，其特征在于，所述的对汽包水位信号进行工程单位下量程范围超限的判断，包括，

将当前扫描周期的水位信号与水位信号的正常量程的上限和/或下限进行比较，若当前扫描周期的水位信号超出水位信号的正常量程，则保持汽包水位输出信号在超限前一扫描周期的信号值上，并发出超限报警提示，若当前扫描周期的信号未超出水位信号的正常量程，则输出当前扫描周期的水位信号值。

5.根据权利要求2所述的一种电站锅炉汽包水位检测信号判断方法，其特征在于，所述的对汽包水位的标准4～20mA信号进行幅值范围超限的判断，包括：

将当前扫描周期的水位信号的幅值与幅值的上限20mA、下限4mA进行比较，若当前扫描周期的水位信号的幅值超过20mA或低于4mA，则保持汽包水位输出信号在超限前一扫描周期的信号值上，并发出超限报警提示，若当前扫描周期的水位信号的幅值未超过幅值的上限20mA、下限4mA，则输出当前扫描周期的水位信号值。

6.根据权利要求1所述的一种电站锅炉汽包水位检测信号判断方法，其特征在于，所述的根据可靠性判断结果对三个差压式汽包水位信号进行偏差判断，包括：

将同一锅炉的三个水位差压计的可靠性判断后的正常汽包水位信号进行两两之间的偏差比较，若三个水位信号偏差均在预设极限值范围内，则取三个水位信号中的中间值作为总水位信号，若两个水位信号偏差在预设极限值范围内，则取所述两个水位信号的平均值作为总水位信号，若多个水位信号偏差超过预设极限值范围，则总水位信号保持在超限前一扫描周期的总水位信号并发出超限报警提示。

7.根据权利要求1所述的一种电站锅炉汽包水位检测信号判断方法，其特征在于，所述的屏蔽虚假的水位信号，包括：

根据偏差判断的结果屏蔽超限的总水位信号。

8.根据权利要求1所述的一种电站锅炉汽包水位检测信号判断方法，其特征在于，所述的屏蔽虚假的水位信号，还包括：

在对安全阀和向空排汽阀设备操作期间，对锅炉汽包水位信号进行信号屏蔽。

9.根据权利要求8所述的一种电站锅炉汽包水位检测信号判断方法，其特征在于，所述的在对安全阀和向空排汽阀设备操作期间，对锅炉汽包水位信号进行信号屏蔽，包括：

控制信号屏蔽的时间为60秒。

10.根据权利要求9所述的一种电站锅炉汽包水位检测信号判断方法，其特征在于，所述的在对安全阀和向空排汽阀设备操作期间，对锅炉汽包水位信号进行信号屏蔽，还包括：

将输出总水位信号保持在对安全阀和向空排汽阀设备操作的前一扫描周期的总水位信号，并发出报警提示。

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