ＰＬＣ在汽輪機保護系統(tǒng)中的應用

劉冬梅

摘要：隨著我國電力工業(yè)的迅速發(fā)展，火電廠的裝機容量和單機容量都日益增大，熱工保護系統(tǒng)的規(guī)模也大幅度上升，對熱工保護系統(tǒng)的控制方式、運行水平的要求也越來越高。

關鍵詞：汽輪機 可編程控制器 冗余

汽輪機熱工監(jiān)視和保護裝置以及由其所組成的信號報警系統(tǒng)和保護控制系統(tǒng)，是保護汽輪機安全運行的重要設備。隨著機組容量的增大，汽輪機安全監(jiān)視和保護就顯得更加重要，同時對汽輪機安全監(jiān)視和保護裝置的準確性和可靠性也提出了更高的要求。原有及早期設計的保護系統(tǒng)大多為繼電器及硬件邏輯搭接的，它的系統(tǒng)可靠性較差，維護量較大。因此，采用可編程控制器（PLC）對汽輪機熱工監(jiān)視和保護裝置進行控制顯得十分重要和必要。以下所介紹的為應用PLC控制的汽輪機保護系統(tǒng)。

1.汽輪機保護系統(tǒng)概述

汽輪機在正常運行過程中，需要根據(jù)用戶用電量來調節(jié)負荷，為了防止調節(jié)系統(tǒng)因故障失靈，和汽輪機突然甩負荷時引起超速危險，以備在機組出現(xiàn)某些異常時迅速動作停機，防止發(fā)生事故。汽輪機必須設置轉速、轉子的軸向位移、軸瓦振動、機缸相對膨脹、汽輪機各軸承的油壓和油溫、凝汽器的真空度、發(fā)電機的主保護動作等參數(shù)的保護，在這些參數(shù)中的任何一個超過所規(guī)定的允許值時，要求自動發(fā)出信號使磁力斷路油門動作，泄掉安全油，切斷進汽，進行強制停機，并且同時聲光報警，記錄停機原因，向DCS控制系統(tǒng)和調節(jié)系統(tǒng)發(fā)送聯(lián)鎖信號，聯(lián)鎖調節(jié)門、發(fā)電機和油泵，使整個系統(tǒng)迅速回到安全狀態(tài)，達到保護汽輪機的目的。

2.系統(tǒng)組成

汽輪機保護系統(tǒng)由現(xiàn)場設備部分、PLC控制系統(tǒng)部分、人機界面（觸摸屏）和外圍聯(lián)絡系統(tǒng)組成?，F(xiàn)場設備主要包括：汽輪機本體監(jiān)測系統(tǒng)（檢測汽輪機轉速、軸向位移、軸承瓦振動、汽缸相對膨脹等）、壓力檢測系統(tǒng)（檢測潤滑油壓力、安全油壓油、凝汽器真空度）、油溫檢測系統(tǒng)（檢測各軸承回油的溫度）、磁力油路遮斷停機系統(tǒng)；PLC控制系統(tǒng)包括：冗余的PLC控制器、信號隔離繼電器、驅動繼電器和接觸器；外圍聯(lián)絡系統(tǒng)包括：DCS控制系統(tǒng)、汽輪機轉速負荷調節(jié)系統(tǒng)。

3.熱工保護系統(tǒng)改造的設計思想

（1）硬件設計：

由于汽輪機保護系統(tǒng)的重要性，決定了該系統(tǒng)在任何時候不容許出現(xiàn)誤動作或拒動作，因此作為邏輯控制單元的PLC一般選用國內外品質高、穩(wěn)定性好的產品。

人機交互單元選用Allen-Bradley公司的PV1000彩色工業(yè)觸摸屏產品，在觸摸屏上可以進行監(jiān)視、操作和運行參數(shù)記錄，觸摸屏是系統(tǒng)的操作員站,人機對話簡單方便、系統(tǒng)組態(tài)便于修改和擴充，并且觸摸屏具有不死機可以長期穩(wěn)定運行的優(yōu)點。觸摸屏與CPU的通訊方式也是通過冗余ControlNet網絡。

（2）軟件設計：

軟件設計包括兩部分：PLC控制保護邏輯和觸摸屏監(jiān)視、操作記錄畫面組態(tài)。PLC控制保護邏輯采用梯形圖編寫，保護邏輯程序選擇連續(xù)性任務在全部時間內運行，使保護邏輯程序始終運行。保護邏輯程序主要包括各項保護投退部分，報警與顯示部分，跳閘動作部分，事件記錄和SOE記錄等幾個部分。

PLC采集到的現(xiàn)場汽輪機報警信號、跳閘信號分別在觸摸屏報警畫面和跳閘畫面顯示，取代了以前用大量光字牌顯示報警跳閘的方法，大大減少了日常維護量。跳閘動作信號進行首次跳閘記錄，為分析汽輪機跳閘原因提供了很好的依據(jù)。PLC保護邏輯與觸摸屏之間通過對應的CotrolNet通訊協(xié)議進行實時通訊，從而保證了汽輪機運行參數(shù)在觸摸屏上顯示和進行事件記錄，在觸摸屏上進行的操作實時被PLC掃描，并在程序中執(zhí)行。

SOE記錄要求達到毫秒級別，需要在PLC中通過程序實現(xiàn)，并在PLC中記錄，把記錄結果在觸摸屏上顯示。

4.改造后熱工保護系統(tǒng)的主要構成

改造后的保護系統(tǒng)主要由PLC控制器和上位計算機兩大部分組成，通過RS232電纜通訊。

C200HG PLC控制器配置包括CPU機架和擴展機架， CPU機架由四部分組成:CPU底板、C200HG CPU、電源單元、I/O單元。擴展機架由三部分組成:擴展底板、電源單元、擴展I/O單元。

5.PLC與上位機的串行通訊

PLC接收上位機發(fā)送過來的開啟、停止信號，通過梯形圖編制的邏輯回路來控制相應的輸出點，從而實現(xiàn)對外部設備和裝置的控制。PLC與上位機采用串行通訊格式，ASCII碼，7位數(shù)據(jù)位，2位停止位，奇偶校驗位，通訊速率為9600bit/s。

6.小結

a 改造后的熱工保護系統(tǒng)由上位機和可編程控制器PLC組成，對原有的由繼電器構成的保護回路進行改造。系統(tǒng)結構合理、可靠性高、易擴展，能完全滿足火電廠熱工保護的需要。

b 能對所有輸入/輸出點進行狀態(tài)記錄，包括各輸入點的接通和斷開時間，而且熱工維護人員可根據(jù)所提供的動作記錄來判斷一次元件或現(xiàn)場接線可能存在的問題，消除事故隱患。

c 系統(tǒng)可實現(xiàn)保護聯(lián)鎖試驗、動作記錄數(shù)據(jù)管理、狀態(tài)監(jiān)視、系統(tǒng)組態(tài)等功能，大大提高了熱工保護裝置的技術水平，減輕了熱工人員的維護量，為事故分析提供了可靠、客觀的依據(jù)。

d 該系統(tǒng)靈活性高、適應性強、擴展性好，可根據(jù)用戶需要進行擴展和修改，并提供了與其它控制系統(tǒng)的接口。

熱工保護系統(tǒng)肩負著保護主、輔設備，保證機組安全運行和防止事故擴大的重任，它是機組自動化控制的重要組成部分。隨著機組容量的增大，熱工保護的重要性已日益為人們所認識。因此，合理地設計熱工保護系統(tǒng)，對提高機組自動控制水平，減輕運行人員的負擔，增加機組運行的可靠性具有重大意義。

7.結論

根據(jù)上述的思路和方法，由PLC控制的汽輪機保護系統(tǒng)已先后在沈陽新北熱電廠、壽光巨能熱電廠、通遼盛發(fā)熱電廠等數(shù)十個用戶單位的汽輪機設備上投入運行，結果表明系統(tǒng)的設計是合理的，系統(tǒng)在現(xiàn)場運行穩(wěn)定可靠，不僅提高了設備的自動化運行水平，減輕了現(xiàn)場人員的維護量，而且延長了汽輪機的運行壽命，有著明顯的經濟效益和社會效益?！?/p>

參考文獻：

（1） 鄒益仁等編著．現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的設計和開發(fā)．北京：國防工業(yè)出版社，2003