興泰發電有限責任公司總裝機容量1 350MW，共有6臺200 MW機組(機組編號為#4～#9)，投產日期在1985～1992年間。#4～#7鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產的HG670/149 -9型超高壓、露天、一次中間再熱、單汽包自然循環蒸汽鍋爐；#8、#9鍋爐為東方鍋爐廠生產的DG670/13.7 -8型超高壓、露天、一次中間再熱、單汽包自然循環蒸汽鍋爐。
6臺鍋爐的壓力保護有對空排汽和安全門保護，以保證鍋爐容器的安全運行。每臺爐設計有過熱器和再熱器對空排汽裝置各l套，都是由同樣的串聯電動門組成。安全門壓力保護設計有機械安全門保護；為防止機械安全門保護誤動和拒動，又在機械安全門保護的基礎上設計了一配一的電氣安全門保護（電氣保護定值略低于機械保護定值）。為防止機械安全門拒動，電氣安全門保護中設計了打開電磁鐵，以協助機械安全門打開；為防止機械安全門誤動，設計了關閉電磁鐵（正常運行時長期帶電），同時協助機械安全門恢復時可靠的回座。每臺鍋爐安全門保護共有：2套汽包壓力保護、2套過熱器壓力保護、4套再熱器保護（#8、#9爐為6套再熱器保護），每套機械安全門所配的電氣保護都是由同樣的繼電器、機械萬能開關、機械電磁閥門等部分組成，工作原理完全相同，．全公司共計有52套安全門保護。
鍋爐在正常運行時，安全門的啟座電磁鐵是不帶電的，回座電磁鐵帶電，主要是防止機械安全門誤動作。當由于某種原因使鍋爐容器壓力嚴重高于額定運行值時，運行人員首先打開對空排汽裝置進行降壓，以使容器壓力降低；當鍋爐容器壓力高于安全門保護定值時，啟座電磁鐵立即帶電，同時回座電磁鐵失電打開機械安全門使容器壓力很快降至安全范圍內，以恢復鍋爐的安全運行，富通新能源銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料。1.1 電氣安全門保護的組成
每套電氣安全門保護都是獨立組成和運行的，組成原理也完全相同。整套回路全部采用直流電源供電，只是由于保護容器壓力等級的不同其回路的部分器件的容量不同而已，如圖l所示。其中壓力信號的監測采用傳統的電接點壓力表，保護裝置采用常規繼電器、機械開關等硬線聯接，執行部分為電磁線圈。
1.2電氣安全門保護的功能
當所保護的壓力容器壓力超過其安全運行允許值時，使相應的安全門啟座電磁鐵帶電吸合，打開壓力機械脈沖門，從而快速地使壓力容器泄壓至安全壓力下，使壓力容器恢復到正常運行壓力下運行；當壓力容器的壓力下降至安全值時，使相應的回座電磁鐵帶電吸合，關閉壓力脈沖門而使容器投入正常運行狀態。
整套電氣保護的邏輯原理如圖2所示。
保護正常運行時1J中間繼電器、1CJ接觸器及啟座電磁鐵不帶電，2CJ接觸器帶電，回座電磁鐵通過分壓長期帶電，此時安全門是關閉的。此時保護開關處于自動位置。
當所保護的壓力容器壓力超過其安全運行允許值時，電接點壓力表的高接點接通，啟動保護裝置的1J中間繼電器，1J中間繼電器聯鎖相應的1CJ接觸器，使相應的安全門啟座電磁鐵帶電吸合，打開壓力脈沖門，從而快速地使壓力容器泄壓至安全壓力下；在1J中間繼電器吸合的同時，2CJ接觸器斷電，使相應的安全門回座電磁鐵斷電，同時允許安全門打開泄壓。當壓力容器的壓力下降至安全值時，電接點壓力表的低接點接通，啟動保護裝置的2J中間繼電器，2J中間繼電器吸合后斷開1J中間繼電器，從而使相應的1CJ接觸器失電，使2CJ接觸器帶電，也就使相應的啟座電磁鐵失電，使相應的安全門回座電磁鐵帶電吸合，從而關閉壓力脈沖門，使壓力容器恢復正常運行狀態。當保護自動狀態失靈時，可將保護開關切至手動打開或關閉位置，使1CJ或2CJ吸合，達到及時打開或關閉脈沖安全門的目的。
2、電氣安全門保護存在的問題
該保護隨機組投運以來，由于保護裝置本身存在著設計方面的問題，曾多次發生過保護的誤動和拒功。雖沒有對設備安全運行造成重大影響，但也造成了不小的經濟損失。僅安全門保護誤動一項，每年造成異常超過17次。從對保護回路進行分析不難發現，整套保護裝置存在以下幾個方面的問題：
a．壓力信號采集裝置采用的是傳統的電接點壓力表，且取用信號為一取一方式，電接點壓力表由于受環境（如冬天表管凍結）及本身質量的影響，極易誤發壓力高信號，致使安全門保護誤動。
b．保護裝置全部為直流控制裝置，采用傳統的繼電器硬線結構、回路復雜且接點接通不可靠、直流接觸器及電磁鐵長期帶電易燒毀、回路設計功能不完善等原因使保護頻繁出現誤動及拒動現象。
c．由于設計中沒有考慮到電氣保護控制電源和電磁鐵動力電源之間的隔離，而且無后備控制手段，因此一旦由于某種原因造成直流電源消失，使回座電磁鐵失電，也極易造成保護的誤動。
3、安全門電氣保護改造方案
3.1對硬件方面的改進
首先是減少保護裝置復雜的硬件結構，選擇性能可靠的硬件器件，以增加保護的可靠性。為此采用了可編程序控制器(PLC)及高性能的操作開關和繼電器，將每臺爐所有安全門保護全部納入一套PLC中。
采用PLC，通過軟件來實現其邏輯功能，從而代替了復雜邏輯的硬線聯接。不僅如此，通過PLC還可以設計出許多較強的保護功能。為此研制了以OMRON200為核心的鍋爐安全門保護裝置，并將原保護中由直流控制和驅動改為由交流不停電電源進行控制，由直流電源進行驅動。這樣就可以將原保護中的直流元器件改為交流元器件，為此選用日本富士交流接觸器做為驅動電磁鐵的動力開關來代替原來的直流接觸器，這是因為長期帶電的直流動力接觸器質量不過關，易燒壞，極易引起保護的誤動。選用瑞士eao開關做為手動、自動的操作開關，選用可長期帶電的電磁鐵做為安全門關閉用的長期帶電線圈。這樣改造后的回路元器件由原來的13件變為8件，極大地簡化和優化了保護回路，因而裝置的安全可靠性大大提高。
3.2對邏輯功能軟件的改進
由于電接點壓力表指示醒目、結構簡單、便于檢查及價格低等因素，故保持使用。在每套安全門保護信號輸入回路增加2塊電接點壓力表（壓力信號獨立采樣），也可以和同套保護共用壓力表，采取三取二的方法代替原來的一取一信號輸入。為防止其中任一塊壓力表發生誤動現象，增加了各路采集信號的熱工信號報警監視。這樣就減少或杜絕了由于壓力表誤發信號而發生的安全門保護誤動現象，增加了保護的可靠性。
首先通過PLC實現壓力信號的三取二功能，再將3個輸入信號邏輯“或”輸出1個“壓力表異常”報警信號，以提醒運行人員的注意。此信號不但表示真實的壓力高報警，而且也反映了壓力信號誤發報警，當3塊壓力表中的某一塊誤發信號時，運行人員都會及時判斷并進行相關的處理。
根據保護邏輯功能不難發現，正常時回座電磁鐵是長期帶電的，只有當啟座電磁鐵帶電時回座電磁鐵才失電，也就是說它們之間是“非”的關系，因此用啟座電磁鐵接觸器的常閉接點去驅動回座電磁鐵接觸器，僅對啟座回路進行保護的邏輯設計就完全可以達到要求，從而省略了許多中間環節，也增加了保護的可靠性。
利用PLC的軟件功能簡化、優化原保護邏輯功能，從而使簡化后的保護邏輯簡單明了、安全可靠。簡化后的邏輯功能如圖3。
3.3對手動控制回路的改進
為了避免采用一套冗余的PLC后，因PLC電源消失或裝置本身的問題而導致出現所有安全門保護拒動現象，將所有安全門的手動啟回座控制從PLC中分出，單獨組成互不相關的手動控制回路，且每套保護的手動控制電源均單獨取用，各電源之間采取保護隔離措施，每路電源均設有電源監視。這樣運行人員可通過手動操作實現對鍋爐壓力容器的保護，即使其中某套保護癱瘓，也不會影響其它保護的運行。
4、實施效果和結論
1999年，熱工分場充分利用各機組的小修或大修機會，對全公司52套安全門保護進行了改造，效果十分明顯。1999年改造之中，安全門保護誤動異常僅為1次；2000年，該保護未出現一次誤動現象。總之，采用PLC．再輔以必要的外圍及監控設計對鍋爐安全門進行改造，可使保護的可靠性得到很大的提高，而投入非常之少，富通新能源不但生產銷售生物質鍋爐，而且還大量銷售木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料，生物質顆粒燃料主要供生物質鍋爐燃燒使用。
