熱工聯(lián)鎖保護(hù)信號品質(zhì)算法的改進(jìn)

潘書林 教富森 孫自軍 李明飛

（神華國華綏中發(fā)電有限責(zé)任公司，遼寧省葫蘆島市，125222）

1 引言

熱工聯(lián)鎖保護(hù)是火力發(fā)電廠的一個重要組成部分。在主、輔設(shè)備發(fā)生異常時，聯(lián)鎖保護(hù)及時、正確動作，可避免發(fā)生重大設(shè)備損壞和人身傷亡事故。為提高熱工聯(lián)鎖保護(hù)動作的正確性，通常對聯(lián)鎖保護(hù)信號采取如下措施：

（1）對重要信號進(jìn)行3取2或4取3處理，以提高保護(hù)動作的正確性，防止保護(hù)誤動，并盡量杜絕保護(hù)拒動。

（2）在做DCS邏輯組態(tài)時，為防止發(fā)生意外，每個信號串聯(lián)一個與之對應(yīng)的品質(zhì)判斷信號，以提高聯(lián)鎖保護(hù)的可靠性。

目前，這兩種措施在火力發(fā)電廠熱工聯(lián)鎖保護(hù)中得到廣泛應(yīng)用，也起到了很好的效果。應(yīng)該說，這兩種措施在很大程度上提高了聯(lián)鎖保護(hù)的可靠性，防止了誤動和拒動。但還是有個別例外情況發(fā)生。

例如，2012年7 月18 日某電廠8＃機(jī)組因脫硫系統(tǒng)增壓，風(fēng)機(jī)動葉運行中突然關(guān)閉，增壓風(fēng)機(jī)入口壓力瞬間快速上升超過量程時，造成3個測點信號全部被判斷為壞點。因而，屏蔽了 “增壓風(fēng)機(jī)入口壓力高聯(lián)開旁路擋板”邏輯，旁路擋板未能開啟，導(dǎo)致鍋爐爐膛壓力超高限，MFT 保護(hù)動作，機(jī)組停運。

事件發(fā)生后，向機(jī)組增加了 “增壓風(fēng)機(jī)入口3個壓力測點信號在全部變?yōu)閴狞c時，聯(lián)開脫硫旁路擋板”邏輯，以防再次出現(xiàn)增壓風(fēng)機(jī)入口壓力快速增長超量程時，旁路擋板拒開的事件。

從該機(jī)組脫硫系統(tǒng)旁路擋板拒開事件來看，對聯(lián)鎖信號采取的這兩種措施的具體執(zhí)行算法上還存在缺陷，有待進(jìn)一步研究探討，使其聯(lián)鎖保護(hù)真正做到 “該動時動，不該動就不動”。

現(xiàn)以國華綏電公司防止脫硫系統(tǒng) “聯(lián)開旁路擋板邏輯拒動”的整改方案為研究背景，提出一種信號品質(zhì)鑒別算法，以供參考。

2 機(jī)組系統(tǒng)“邏輯設(shè)計”介紹與機(jī)組停運原因分析

2.1 增壓風(fēng)機(jī)入口壓力聯(lián)開旁路擋板原設(shè)計邏輯

國華綏電公司機(jī)組脫硫系統(tǒng)于2008 年投產(chǎn)，煙氣脫硫 （FGD）采用Ovation系統(tǒng)，增壓風(fēng)機(jī)入口煙氣壓力測量采用羅斯蒙特壓力變送器，型號為3051CD1A22A1AM5B4。4 個壓力測點均采用相同的配置，壓力測量范圍為-1000～+1000Pa，對應(yīng)變送器輸出電流量程為4～20mA。

4臺機(jī)組脫硫系統(tǒng)煙氣壓力聯(lián)開旁路擋板的邏輯相同，下面以2＃機(jī)組FGD 為例。

2＃機(jī)組FGD 煙氣壓力綜合值由4個煙氣壓力測 量 點 （20HTA10CP101、20HTA10CP102、20HTA10CP103、20HTA10CP104）計算得出，計算方法有4點取平均值、任意2點平均值、取4點中任意一點。這3種方法供操作人員選擇。

當(dāng)增壓風(fēng)機(jī)4個煙氣壓力信號的綜合運算結(jié)果滿足：原煙氣壓力綜合值≥600Pa或原煙氣壓力綜合值≤-800 Pa，且無壞點屏蔽邏輯信號（MRE），延時10s，脈沖指令3s，開啟旁路擋板。煙氣壓力越限報警聯(lián)開旁路擋板邏輯條件如圖1所示。

圖1 旁路擋板聯(lián)鎖邏輯條件簡化圖

2.2 信號品質(zhì)鑒別邏輯

增壓風(fēng)機(jī)入口4個壓力變送器中任一個輸出電流≤3.8mA，或輸出電流≥20.5mA 時，鑒別該點為壞點 （BAD），壞點自動退出運算。4個壓力測點中，只要有一點信號不是壞點，就能自動聯(lián)開旁路擋板。但如果4個測點信號均為壞點 （BAD）時，屏蔽 （MRE）聯(lián)開旁路擋板自動，轉(zhuǎn)為操作員手動。

2.3 “MFT 保護(hù)動作，機(jī)組停運”原因分析

當(dāng)增壓風(fēng)機(jī)故障或擋板異常關(guān)閉時，其入口煙氣壓力可能瞬間上升至聯(lián)開擋板動作值P1。為避免煙氣壓力瞬間波動誤開擋板，還需經(jīng)過10s（t1～t2）延時后，再發(fā)出開啟旁路擋板指令。在這段延時時間內(nèi)，煙氣壓力可能繼續(xù)上升，超過量程P2（含量程容限），信號被判為壞點，具體如圖2所示。

圖2 壓力超限聯(lián)鎖失效示意圖

當(dāng)4個壓力測點信號全部變?yōu)閴狞c后，將屏蔽“開啟旁路擋板”的邏輯條件，轉(zhuǎn)為操作員手動。由于手動處理的及時性得不到保證，會造成爐膛壓力進(jìn)一步升高，最終導(dǎo)致MFT 保護(hù)動作，機(jī)組停運，鍋爐滅火。

3 信號品質(zhì)算法分析

信號品質(zhì)算法一般以被測信號的量程加容限值，或采用Namur報警標(biāo)準(zhǔn)來做壞點界定值，信號品質(zhì)算法示意如圖3所示。

圖3 信號品質(zhì)算法示意圖

信號等于或超過壞點值后即鑒別為壞點。下面以脫硫旁路擋板聯(lián)鎖條件為例，對這種界定壞點的算法應(yīng)用在聯(lián)鎖保護(hù)中的適用性，進(jìn)行分析。

3.1 脫硫旁路擋板聯(lián)鎖條件

脫硫旁路擋板聯(lián)鎖相關(guān)條件匯總?cè)鐖D4所示。

圖4 測量信號品質(zhì)鑒別算法圖

從圖4中可以看出：

（1）增壓風(fēng)機(jī)入口壓力正常工作區(qū)間①，此區(qū)間壓力值為-800～600Pa，對應(yīng)變送器輸出電流為5.6～16.8mA；壓力值在正常工作限值范圍之內(nèi)，旁路擋板處于關(guān)閉狀態(tài)。

（2）增壓風(fēng)機(jī)入口壓力報警工作區(qū)間②、③，此區(qū)間壓力值為-1025～-800Pa或600～1062.5 Pa，對應(yīng)變送器輸出電流為3.8～5.6mA 或16.8～20.5mA，聯(lián)開旁路擋板。

（3）增壓風(fēng)機(jī)入口壓力超量程工作區(qū)間④，壓力測量值為-1025～1062.5Pa，對應(yīng)變送器輸出電流為3.8～20.5 mA。這時，應(yīng)聯(lián)開旁路擋板，但由于壓力測量值超量程，被判為壞點，造成聯(lián)開旁路擋板邏輯被屏蔽。

通過上述分析可以得出：在脫硫增壓風(fēng)機(jī)入口壓力測量回路中，對于測量系統(tǒng)自身故障與實際壓力超量程，這兩者如果不能正確區(qū)分，就可能造成旁路擋板聯(lián)鎖拒動或誤動。因此，壓力信號品質(zhì)判斷不準(zhǔn)確，是不能正確聯(lián)開脫硫旁路擋板問題的關(guān)鍵。

影響測點信號品質(zhì)的因素較多，例如：信號超量程，測量回路開路、短路、接地，電源故障，變送器故障等，都會產(chǎn)生壞點。這些問題需要認(rèn)真分析試驗，再做出相應(yīng)對策。

3.2 現(xiàn)場試驗

為防止國華綏電公司出現(xiàn)脫硫旁路擋板拒開事件，熱工技術(shù)人員在查閱了有關(guān)技術(shù)資料后，對公司4臺機(jī)組脫硫系統(tǒng)聯(lián)開旁路擋板邏輯，進(jìn)行多次現(xiàn)場試驗，并進(jìn)行認(rèn)真詳細(xì)分析。

（1）試驗方法。

利用標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器 （CA100），在FGD 控制柜內(nèi)AI模件端子排上加入標(biāo)準(zhǔn)電流信號，同時在FGD 畫面上監(jiān)視采集點數(shù)值顯示情況。

（2）試驗結(jié)果。

通道電流值為20～20.5 mA 時，畫面顯示點品質(zhì)為BAD，顯示數(shù)值保持BAD （壞點）前數(shù)值。

通道電流值為20 ～20.5mA 區(qū)間，畫面顯示數(shù)值，點品質(zhì)為POOL （超量程）。

通道電流值為4～20mA 區(qū)間，畫面數(shù)值顯示正常，點品質(zhì)為GOOD （正常）。

通道電流值為4～3.8mA 區(qū)間，畫面顯示壓力數(shù)值，點品質(zhì)為POOL （超量程）。

通道電流值≤3.8mA 時，點退出掃描，點品質(zhì)為BAD，顯示數(shù)值保持BAD （壞點）發(fā)生前的數(shù)值。

當(dāng)4個煙氣壓力測點信號均為BAD （壞點）時，解除旁路擋板聯(lián)鎖自動，轉(zhuǎn)為操作員手動。

（3）羅斯蒙特3051CD1A22A1AM5B4型壓力變送器在熱工標(biāo)準(zhǔn)室的輸出電流范圍實驗結(jié)果如圖5所示。

圖5 羅斯蒙特壓力變送器輸出電流范圍

壓力變送器輸出電流范圍的實驗結(jié)果，與壓力變送器生產(chǎn)廠家提供的數(shù)據(jù)基本一致。因此，試驗數(shù)據(jù)有效、可信。

4 改進(jìn)品質(zhì)算法

結(jié)合多次現(xiàn)場試驗結(jié)果，經(jīng)認(rèn)真分析討論后，認(rèn)為原來以壓力信號量程加容限來鑒別信號品質(zhì)的算法，不能區(qū)分出是測量系統(tǒng)自身故障，還是實際壓力超量程。改用變送器輸出飽和電流加容限的算法來鑒別信號品質(zhì)，這樣可做到明確區(qū)分兩者。FGD 增壓風(fēng)機(jī)入口壓力信號品質(zhì)鑒別改進(jìn)方法如下：

信號下限壞點界定值3.8mA，改為生產(chǎn)廠家給出的變送器故障輸出低電流3.75 mA；信號上限壞點界定值20.5 mA，改為變送器故障輸出高電流21.75mA。

改進(jìn)后，測量信號品質(zhì)鑒別算法如圖6所示。

圖6 改進(jìn)后，測量信號品質(zhì)鑒別算法圖

（1）增壓風(fēng)機(jī)入口壓力信號正常區(qū)間①：此區(qū)間壓力值為-800～600Pa，對應(yīng)變送器輸出電流為5.6～16.8mA。該區(qū)間壓力值處于正常工作范圍內(nèi)，旁路擋板處于關(guān)閉狀態(tài)。

（2）增壓風(fēng)機(jī)入口壓力信號報警區(qū)間②：當(dāng)煙氣壓力超過聯(lián)鎖下限報警值 （≤-800Pa），對應(yīng)變送器輸出電流≤5.6 mA；或者超過聯(lián)鎖上限報警值 （≥+600Pa），對應(yīng)變送器輸出電流≥16.8 mA 時，正常聯(lián)開旁路擋板。

（3）增壓風(fēng)機(jī)入口壓力信號超量程區(qū)間③，煙氣壓力在測量范圍為-1012.5～-1000Pa時，對應(yīng)變送器輸出電流為3.9～4 mA；或者煙氣壓力在測量范圍為+1000～+1100Pa，對應(yīng)變送器輸出電流為20～20.8 mA，畫面壓力參數(shù)有超量程品質(zhì)符號POOL顯示，可以聯(lián)開旁路擋板。

（4）變送器輸出電流飽和區(qū)間④：當(dāng)壓力≤-1012.5Pa或者≥+1100Pa時，變送器因輸入過壓而輸出電流飽和，其電流分別保持在3.9mA 或20.8mA 不變。雖然變送器輸入壓力值與輸出電流值已失去線性對應(yīng)關(guān)系，但仍可聯(lián)開旁路擋板。

（5）測量信號回路故障區(qū)間⑤：當(dāng)FGD 輸入電流值≤3.75mA，或輸入電流值≥21.75mA 時，判定為測量回路自身故障壞點 （BAD）。經(jīng)過試驗確認(rèn)的典型測量信號故障見表1。

從表1中可以看出，這些電流信號值與真實的壓力信號值無關(guān)，沒有實際意義。因此，把測量信號區(qū)間⑤的電流信號定義為壞點，不參與聯(lián)開旁路擋板邏輯。即當(dāng)4個煙氣壓力測點品質(zhì)均為BAD（壞點）時，解除旁路擋板聯(lián)鎖自動，轉(zhuǎn)為操作員手動。這樣，真實的壓力信號超量程 （變送器輸出電流≥3.9 mA 或≤20.8 mA）已不在壞點之內(nèi)，也就有效防止了在增壓風(fēng)機(jī)入口壓力快速上升超量程時，屏蔽聯(lián)開旁路擋板的問題。

表1 典型測量信號故障列表

5 結(jié)論

品質(zhì)算法改進(jìn)后，經(jīng)現(xiàn)場多次試驗，結(jié)果正確可靠。在不改變原設(shè)計邏輯的基礎(chǔ)上，有效避免了脫硫旁路擋板拒動與誤動。

目前，在火力發(fā)電廠的各種熱工聯(lián)鎖保護(hù)回路中，信號品質(zhì)鑒別值大多采用量程范圍加容限的算法。但這種算法得出的信號品質(zhì)界定值沒有與一次測量裝置的特性緊密結(jié)合起來。所以，量程容限難以做到準(zhǔn)確選擇，這無疑增加了聯(lián)鎖保護(hù)誤動和拒動的風(fēng)險。

現(xiàn)提出信號品質(zhì)界定值的算法，該算法利用變送器輸出特性，能夠明確界定是測量回路故障，還是真實信號超量程。但由于不同類型 （品牌）變送器輸出特性的差異，品質(zhì)鑒別界定值可根據(jù)實際情況做適當(dāng)調(diào)整，以適用于各種熱工聯(lián)鎖保護(hù)回路，尤其是單點聯(lián)鎖保護(hù)回路的需要。

［1］ 趙燕平.熱工聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)配置優(yōu)化技術(shù) ［M］.北京：中國電力出版社，2006

［2］ 北京遠(yuǎn)東羅斯蒙特儀表有限公司.羅斯蒙特.3051智能型和低功耗壓力變送器快速安裝手冊 ［EB／OL］.http：／／www.docin.com／p-254745611.html