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摘要： 鸭河口电厂#1锅炉为“W”型火焰炉，油火检探头因所处位置环境温度较高，经常出现损坏现象，影响火焰的检测。火焰检测系统设备为全套进口设备，备品价格昂贵。经国产化改造，降低备品备件费用和维护成本。改造后提高火焰检测系统的运行可靠性，保证油枪的正常安全投运，也提高锅炉运行的安全性。
关键词： 火焰检测探头；火焰检测放大器；火检光纤
1 简介
南阳鸭河口发电有限公司（鸭河口电厂）一期工程装机2X350MW汽轮发电机组，分别于1998年5月和1998年12月投入商业运行。配套锅炉为西班牙B&W公司采用法国Stein公司生产的亚临界参数，一次中间再热、控制循环、“W”型火焰燃煤汽包炉，其结构为单炉体，Π型，露天布置。
#1锅炉油燃烧器火焰检测系统采用美国FORNEY的IDD-ⅡU火检探头和FORNEY的PM-DR-6101E型双通道火检放大器配合使用进行火焰检测。IDD-ⅡU火检探头采用硫化铅光敏电阻，火检对红外线辐射特别敏感。它利用火焰高频闪烁原理，电子线路只响应燃料在燃烧时产生的湍流而引起的闪烁部分的火焰信号，即燃烧的动态辐射部分，对炉膛内的静态辐射信号不敏感，而不受火焰距离和亮度影响。燃料在燃烧时，由化学反应产生闪烁的红外线辐射，使硫化铅光敏电阻感应，转变成电信号，再经放大器处理后，输出4～20mA模拟量信号。PM-DR-6101E火检放大器将模拟量信号转化为有火/无火数字量信号，在前面板显示，并通過一对继电器将火焰状态进行输出。可编程参数用手操器通过并行口设置，在放大器上主要的设定参数有增益、有火和无火的门槛值。
2 现状调查
2.1 在机组正常运行过程中，出现火检探头经常性损坏故障的现象
火焰检测原设计为直接观火方式，火检探头安装位置距炉墙较近，而且由于#1锅炉为W型火焰炉，燃烧器在同一层集中布置，燃烧器所处位置的炉膛温度较高，因此火检探头所处的环境温度很高，夏季可达50摄氏度以上。探头长期工作在高温环境下，易造成探头损坏故障，导致火焰检测系统无法正常工作，严重影响油燃烧器的正常投用。
2.2 进口设备备品价格高昂
#1锅炉原装火焰检测系统设备为进口设备，采用美国FORNEY的IDD-ⅡU火检探头和FORNEY的PM-DR-6101E型双通道火检放大器，备品价格高昂，也是令我们头疼的一个难题。而且进口备品采购周期长，买多了放在仓库占用资金，买少了设备故障时又不够用，造成这一块的设备维护费用较高。
3 改造技术方案
为解决以上问题，经过对现场燃烧器设备勘察测绘，研究分析决定：
1）在火检探头前端加装光纤位置后移300mm。采用光纤插入观火方式，光纤长度大约2600mm在使火检探头避开高温区域的同时，光纤的最前端距离油火焰也更近能瞄准目标火焰区域，能更准确的测量火焰信号，而且光纤的最前端仍然和油火焰保持一定距离，既避免把光纤烧坏又延长火检探头，工作寿命。这样也解决了火焰检测“漏看”和“偷看”的问题。
2）在原火焰检测孔内安装光纤保护套管，保护套管大约长2650mm，起到固定光纤的位置，保证光纤的最前端的方向对准油火焰中心的作用，原火检冷却风仍然加到保护套管内，对整个光纤都起到冷却作用。避免光纤受到高温损坏。
3）将火检探头及火检放大器逐步的国产化改造，就是说原有火检探头和火检放大器如果故障，就替换为质量可靠价格适中的国产产品。这就要求替代的国产产品能和原进口产品兼容。这样可以逐个的替换，从而减少一次性改造成本，避免资源浪费，减少后期的维护费用。
4 实施
方案确定后，经领导批准后，现场测绘，招标采购，最终选用南京宇光特种电器厂的产品。可以和原有FORNEY产品兼容，在国内大中型锅炉上已有不少应用案例。
新的IDD-II/IDD-IIU型火检探头是一种经制造厂封装的装置，属不可修理部件，它根据被观察燃烧器燃烧火焰的强度和频率的不同，产生与之成正比的交流信号，随后将信号通过四芯电缆传送至放大器。
IDD-II火检探头的主要部件是一个铁制盒，内含硫化铅（PbS）传感器和一个小印刷线路板，印刷线路板用于提供电源，并对PbS传感器产生的信号进行放大。为简化结构和成本，采用PbS传感器窗口方式来替代透镜组件，整个组件用环氧树脂封装。
火检放大器印刷电路板线路是由微处理器、存储器、模拟电路、串行通迅口、信号处理线路、电源控制回路构成。放大器线路的+6.5vdc和±15vdc电源输入取自机柜冗余电源。数字和模拟线路的电源输入也由线路板上的组件控制，这些电源可支持放大器线路板所有功能的运行以及外部探头的运行。由于在系统运行的某些特定阶段火检需闭锁，所以放大器线路中装有电源切换继电器以控制火检探头的电源供应。
放大器线路可支持两种不同模式（MUX和DIRECT）的运行。当短接线按MUX模式连接时，放大器可与单个DR-6火检探头配用，可执行UV或IDD模式。如果短接线是按放大器的DIRECT运行模式连接的，则RM-DR-6101E放大器可与以下任何一种火检探头配用：
一个或二个IDD-II探头
一个或二个UV-4探头
一个IDD-II探头和一个UV-4探头
单个DR-6.1探头
在DIRECT模式下运行时，放大器可同时处理来自IDD和UV的输入信号。
火检探头中的IDD传感器产生模拟信号，其强度和频率随光的强度的变化而变化；UV传感器产生数字脉冲信号，其频率随光的强度而变化，因此，放大器为两种输入提供不同的信号处理线路。对于UV输入，信号处理仅仅是隔离低幅噪音然后将信号送至数字计数器；而对于IDD信号处理，是将输入信号放大，产生一个经平滑处理的直流电压信号，并将该信号转换成数字脉冲输出，这些脉冲作为一个独立计数器的输入。微处理器以一定的时间间隔读取这些脉冲计数器的数值并将这些数值与存储器中的调节参数作比较，当计数器的读数大于存储器中相应的数值时，微处理器设立标志以表明火焰存在。计数值还直接反应了各个传感器感受到的紫外光和红外光的强度。放大器还使用这两个计数值来产生独立的模拟输出信号用以驱动火焰强度显示仪表。 在PM-DR-6101E印刷电路的前端设有一个串行通讯口，该通讯口可使线路板上的微处理器和手持式编程器之间进行直接通讯。Forney公司已开发了一套编程器软件包以支持火检系统的诊断和调节。如果线路板上的线路检测到一个内部故障，会产生相应的出错信息，这些信息可下载到编程器上显示。当无错误信息存在时，除了由FORNEY提供的一套默认设定值，火焰检测软件还可保留两套完整的调节参数。安装好火检系统以后，用户可连接编程器和PM-DR-6101E放大器，并对调节参数进行修改以达到最佳的系统性能。由用户提供的调节参数将被存储于永久性RAM中，在重写新参数前保持不变。
4.1 火检探头安装及调试
拆除原火检探头及固定装置、连接线等设备，安装光纤保护套筒和光纤、安装新的火检探头，并对其连接火检电缆。安装完成后进行调试：
1）初始检查检查接入IDD-II/IIU探头的电压等级，检查时应断开四芯电缆：引脚A至引脚B的电压为±50vdc，引脚C至引脚B的电压为±12vdc。
注：由于探头放大器有“Blind”指令存在，+50vdc可能不存在。检查电压时去除该指令。
2）按以下步骤检验火检探头的运行：
将安装的IDD-II/IIU探头拆下。
将探头与四芯电缆连接。
在距探头感光元件1-4英尺的地方放置一个钨丝灯泡作为光源。
用数字电压表或示波器测量火检放大器输入接线端子上的信号，峰间信号应为0.1vac-8.0vac。
遮住探头感光元件，检验信号是否消失。
3）检查以后，将系统复原至通常结构状态。
4.2 火检放大器的安装调试
1）按照HT-1000或HT-2000编程指导对手操器进行编程使之与PM-DR-6101E放大器进行通讯。2）将放大器装入放大器柜。
3）用电缆将火检探头与放大器接线端连接。并连接电源和信号线。
4）按实际应用要求接好其余接线。
5）接通电源，稍后DMT 指示灯应亮。
6）如果放大器是为运行DIRECT模式而组态的，放大器应符合以下各项：
① 将火检系统按常规运行组态，并证实以下输出电压存在：接线端7（SCANNER PWR）为+15VDC；接线端9（IDD BIAS）为+50VDC；接线端6（SHUTTER RTRN）为0VDC。
② 将110VAC加至CH 1通道的16、17端子和CH 2通道的10、11端子上，驱动BLIND功能：*探头连续报告火焰状态。火焰继电器动作；*火焰指示灯灭。
7）如果放大器是为MUX模式组态的，放大器应满足以下各项：
① 组态火检系统，选择IDD探头模式。并证实以下输出电压存在：
* 接线端4（UV SCANNER PWR）和7（IDD SCANNER PWR）在+9至+10 VDC之间。
* 接线端2（UV SHUTTER HI）和9（IDD BIAS）为+50 VDC。
* 接线端6（SHUTTER RTRN）为0 VDC。
② 在接线端16和17上加上120vac电压以驱动BLIND功能，并证实以下电压存在：
* 接线端4和7为+15VDC。
* 接线端2为0VDC。
* 接线端9为+50VDC。
8）解除BLIND功能，使用人工光源（对于IDD用白炽灯，或对UV使用紫外线灯），证实FLAME LED指示灯亮/暗正确。
9）驱动正在使用的火检探头的BLIND功能，证实FLAME LED指示灯灭。
10）安装之后，用Termiflex手持编程器对放大器和探头进行调试，在调试清单上记录下调试参数。
开关选择放大器线路包括一个瞬时动作按钮开关和一个两位选择开关，按钮开关（S2）位于线路板的前端，可在安装线路板时触摸得到。该开关信号可触发线路中固态元件的复位、重新启动系统程序。第二个开关（S1）位于线路板侧面，控制与IDD输入信号模拟处理有关的高通过滤器的角频率。在大多数情况下，该开关应置于HIGH位。关于过滤器及其功能的内容，请参阅3.3.3.2节的内容。
增益调整放大器线路板上有两个电位器（放大器边框上分别标有IDD SENS A和IDD SENSE B）用以调节 IDD输入信号模拟转换的第一级增益。由于程序支持两套处理参数，所以系统提供独立的预处理放大器。第一个电位器调整与CH 1通道参数有关的预处理放大器的增益；而第二个则用以调整与通道2有关参数的预处理放大器增益。对于大多数的应用来说，电位器可设置在最小值上，但如有必要，两个电位器均可在系统调试中进行调整以加大信号增益。
5 实施后效果
我公司按照以上方案对#1锅炉火焰检测系统改造后，火焰检测探头外移到环境温度不高的地方，解决了火焰检测探头经常出现损坏的问题。火检探头加装光纤后，延长了探头工作寿命，由于更准确地瞄准目标火焰，减少火焰偷看、漏看现象的发生，提高火焰检测回路的运行稳定性，保证油枪的正常安全投运，提高了锅炉运行的安全性。火焰检测系统部分火焰检测探头和火焰检测放大器替换为能与原装进口产品兼容的国产产品。国产化改造也降低了备品备件费用和维护成本。改造效果良好。
参考文献：
[1]许继发变组保护技术说明书，2006.
[2]电力系统继电保护技术问答（第二版），北京：中国電力出版社，2002.
[3]600MW级火力发电机组丛书，《热工自动化》（第二版），中国电力出版社，2009.
[4]中国动力工程学会《火力发电设备技术手册》，机械工业出版社，2000.
关键词： 火焰检测探头；火焰检测放大器；火检光纤
1 简介
南阳鸭河口发电有限公司（鸭河口电厂）一期工程装机2X350MW汽轮发电机组，分别于1998年5月和1998年12月投入商业运行。配套锅炉为西班牙B&W公司采用法国Stein公司生产的亚临界参数，一次中间再热、控制循环、“W”型火焰燃煤汽包炉，其结构为单炉体，Π型，露天布置。
#1锅炉油燃烧器火焰检测系统采用美国FORNEY的IDD-ⅡU火检探头和FORNEY的PM-DR-6101E型双通道火检放大器配合使用进行火焰检测。IDD-ⅡU火检探头采用硫化铅光敏电阻，火检对红外线辐射特别敏感。它利用火焰高频闪烁原理，电子线路只响应燃料在燃烧时产生的湍流而引起的闪烁部分的火焰信号，即燃烧的动态辐射部分，对炉膛内的静态辐射信号不敏感，而不受火焰距离和亮度影响。燃料在燃烧时，由化学反应产生闪烁的红外线辐射，使硫化铅光敏电阻感应，转变成电信号，再经放大器处理后，输出4～20mA模拟量信号。PM-DR-6101E火检放大器将模拟量信号转化为有火/无火数字量信号，在前面板显示，并通過一对继电器将火焰状态进行输出。可编程参数用手操器通过并行口设置，在放大器上主要的设定参数有增益、有火和无火的门槛值。
2 现状调查
2.1 在机组正常运行过程中，出现火检探头经常性损坏故障的现象
火焰检测原设计为直接观火方式，火检探头安装位置距炉墙较近，而且由于#1锅炉为W型火焰炉，燃烧器在同一层集中布置，燃烧器所处位置的炉膛温度较高，因此火检探头所处的环境温度很高，夏季可达50摄氏度以上。探头长期工作在高温环境下，易造成探头损坏故障，导致火焰检测系统无法正常工作，严重影响油燃烧器的正常投用。
2.2 进口设备备品价格高昂
#1锅炉原装火焰检测系统设备为进口设备，采用美国FORNEY的IDD-ⅡU火检探头和FORNEY的PM-DR-6101E型双通道火检放大器，备品价格高昂，也是令我们头疼的一个难题。而且进口备品采购周期长，买多了放在仓库占用资金，买少了设备故障时又不够用，造成这一块的设备维护费用较高。
3 改造技术方案
为解决以上问题，经过对现场燃烧器设备勘察测绘，研究分析决定：
1）在火检探头前端加装光纤位置后移300mm。采用光纤插入观火方式，光纤长度大约2600mm在使火检探头避开高温区域的同时，光纤的最前端距离油火焰也更近能瞄准目标火焰区域，能更准确的测量火焰信号，而且光纤的最前端仍然和油火焰保持一定距离，既避免把光纤烧坏又延长火检探头，工作寿命。这样也解决了火焰检测“漏看”和“偷看”的问题。
2）在原火焰检测孔内安装光纤保护套管，保护套管大约长2650mm，起到固定光纤的位置，保证光纤的最前端的方向对准油火焰中心的作用，原火检冷却风仍然加到保护套管内，对整个光纤都起到冷却作用。避免光纤受到高温损坏。
3）将火检探头及火检放大器逐步的国产化改造，就是说原有火检探头和火检放大器如果故障，就替换为质量可靠价格适中的国产产品。这就要求替代的国产产品能和原进口产品兼容。这样可以逐个的替换，从而减少一次性改造成本，避免资源浪费，减少后期的维护费用。
4 实施
方案确定后，经领导批准后，现场测绘，招标采购，最终选用南京宇光特种电器厂的产品。可以和原有FORNEY产品兼容，在国内大中型锅炉上已有不少应用案例。
新的IDD-II/IDD-IIU型火检探头是一种经制造厂封装的装置，属不可修理部件，它根据被观察燃烧器燃烧火焰的强度和频率的不同，产生与之成正比的交流信号，随后将信号通过四芯电缆传送至放大器。
IDD-II火检探头的主要部件是一个铁制盒，内含硫化铅（PbS）传感器和一个小印刷线路板，印刷线路板用于提供电源，并对PbS传感器产生的信号进行放大。为简化结构和成本，采用PbS传感器窗口方式来替代透镜组件，整个组件用环氧树脂封装。
火检放大器印刷电路板线路是由微处理器、存储器、模拟电路、串行通迅口、信号处理线路、电源控制回路构成。放大器线路的+6.5vdc和±15vdc电源输入取自机柜冗余电源。数字和模拟线路的电源输入也由线路板上的组件控制，这些电源可支持放大器线路板所有功能的运行以及外部探头的运行。由于在系统运行的某些特定阶段火检需闭锁，所以放大器线路中装有电源切换继电器以控制火检探头的电源供应。
放大器线路可支持两种不同模式（MUX和DIRECT）的运行。当短接线按MUX模式连接时，放大器可与单个DR-6火检探头配用，可执行UV或IDD模式。如果短接线是按放大器的DIRECT运行模式连接的，则RM-DR-6101E放大器可与以下任何一种火检探头配用：
一个或二个IDD-II探头
一个或二个UV-4探头
一个IDD-II探头和一个UV-4探头
单个DR-6.1探头
在DIRECT模式下运行时，放大器可同时处理来自IDD和UV的输入信号。
火检探头中的IDD传感器产生模拟信号，其强度和频率随光的强度的变化而变化；UV传感器产生数字脉冲信号，其频率随光的强度而变化，因此，放大器为两种输入提供不同的信号处理线路。对于UV输入，信号处理仅仅是隔离低幅噪音然后将信号送至数字计数器；而对于IDD信号处理，是将输入信号放大，产生一个经平滑处理的直流电压信号，并将该信号转换成数字脉冲输出，这些脉冲作为一个独立计数器的输入。微处理器以一定的时间间隔读取这些脉冲计数器的数值并将这些数值与存储器中的调节参数作比较，当计数器的读数大于存储器中相应的数值时，微处理器设立标志以表明火焰存在。计数值还直接反应了各个传感器感受到的紫外光和红外光的强度。放大器还使用这两个计数值来产生独立的模拟输出信号用以驱动火焰强度显示仪表。 在PM-DR-6101E印刷电路的前端设有一个串行通讯口，该通讯口可使线路板上的微处理器和手持式编程器之间进行直接通讯。Forney公司已开发了一套编程器软件包以支持火检系统的诊断和调节。如果线路板上的线路检测到一个内部故障，会产生相应的出错信息，这些信息可下载到编程器上显示。当无错误信息存在时，除了由FORNEY提供的一套默认设定值，火焰检测软件还可保留两套完整的调节参数。安装好火检系统以后，用户可连接编程器和PM-DR-6101E放大器，并对调节参数进行修改以达到最佳的系统性能。由用户提供的调节参数将被存储于永久性RAM中，在重写新参数前保持不变。
4.1 火检探头安装及调试
拆除原火检探头及固定装置、连接线等设备，安装光纤保护套筒和光纤、安装新的火检探头，并对其连接火检电缆。安装完成后进行调试：
1）初始检查检查接入IDD-II/IIU探头的电压等级，检查时应断开四芯电缆：引脚A至引脚B的电压为±50vdc，引脚C至引脚B的电压为±12vdc。
注：由于探头放大器有“Blind”指令存在，+50vdc可能不存在。检查电压时去除该指令。
2）按以下步骤检验火检探头的运行：
将安装的IDD-II/IIU探头拆下。
将探头与四芯电缆连接。
在距探头感光元件1-4英尺的地方放置一个钨丝灯泡作为光源。
用数字电压表或示波器测量火检放大器输入接线端子上的信号，峰间信号应为0.1vac-8.0vac。
遮住探头感光元件，检验信号是否消失。
3）检查以后，将系统复原至通常结构状态。
4.2 火检放大器的安装调试
1）按照HT-1000或HT-2000编程指导对手操器进行编程使之与PM-DR-6101E放大器进行通讯。2）将放大器装入放大器柜。
3）用电缆将火检探头与放大器接线端连接。并连接电源和信号线。
4）按实际应用要求接好其余接线。
5）接通电源，稍后DMT 指示灯应亮。
6）如果放大器是为运行DIRECT模式而组态的，放大器应符合以下各项：
① 将火检系统按常规运行组态，并证实以下输出电压存在：接线端7（SCANNER PWR）为+15VDC；接线端9（IDD BIAS）为+50VDC；接线端6（SHUTTER RTRN）为0VDC。
② 将110VAC加至CH 1通道的16、17端子和CH 2通道的10、11端子上，驱动BLIND功能：*探头连续报告火焰状态。火焰继电器动作；*火焰指示灯灭。
7）如果放大器是为MUX模式组态的，放大器应满足以下各项：
① 组态火检系统，选择IDD探头模式。并证实以下输出电压存在：
* 接线端4（UV SCANNER PWR）和7（IDD SCANNER PWR）在+9至+10 VDC之间。
* 接线端2（UV SHUTTER HI）和9（IDD BIAS）为+50 VDC。
* 接线端6（SHUTTER RTRN）为0 VDC。
② 在接线端16和17上加上120vac电压以驱动BLIND功能，并证实以下电压存在：
* 接线端4和7为+15VDC。
* 接线端2为0VDC。
* 接线端9为+50VDC。
8）解除BLIND功能，使用人工光源（对于IDD用白炽灯，或对UV使用紫外线灯），证实FLAME LED指示灯亮/暗正确。
9）驱动正在使用的火检探头的BLIND功能，证实FLAME LED指示灯灭。
10）安装之后，用Termiflex手持编程器对放大器和探头进行调试，在调试清单上记录下调试参数。
开关选择放大器线路包括一个瞬时动作按钮开关和一个两位选择开关，按钮开关（S2）位于线路板的前端，可在安装线路板时触摸得到。该开关信号可触发线路中固态元件的复位、重新启动系统程序。第二个开关（S1）位于线路板侧面，控制与IDD输入信号模拟处理有关的高通过滤器的角频率。在大多数情况下，该开关应置于HIGH位。关于过滤器及其功能的内容，请参阅3.3.3.2节的内容。
增益调整放大器线路板上有两个电位器（放大器边框上分别标有IDD SENS A和IDD SENSE B）用以调节 IDD输入信号模拟转换的第一级增益。由于程序支持两套处理参数，所以系统提供独立的预处理放大器。第一个电位器调整与CH 1通道参数有关的预处理放大器的增益；而第二个则用以调整与通道2有关参数的预处理放大器增益。对于大多数的应用来说，电位器可设置在最小值上，但如有必要，两个电位器均可在系统调试中进行调整以加大信号增益。
5 实施后效果
我公司按照以上方案对#1锅炉火焰检测系统改造后，火焰检测探头外移到环境温度不高的地方，解决了火焰检测探头经常出现损坏的问题。火检探头加装光纤后，延长了探头工作寿命，由于更准确地瞄准目标火焰，减少火焰偷看、漏看现象的发生，提高火焰检测回路的运行稳定性，保证油枪的正常安全投运，提高了锅炉运行的安全性。火焰检测系统部分火焰检测探头和火焰检测放大器替换为能与原装进口产品兼容的国产产品。国产化改造也降低了备品备件费用和维护成本。改造效果良好。
参考文献：
[1]许继发变组保护技术说明书，2006.
[2]电力系统继电保护技术问答（第二版），北京：中国電力出版社，2002.
[3]600MW级火力发电机组丛书，《热工自动化》（第二版），中国电力出版社，2009.
[4]中国动力工程学会《火力发电设备技术手册》，机械工业出版社，2000.