火力發(fā)電廠安全儀表系統(tǒng)的應(yīng)用

【摘要】本文通過引用安全儀表系統(tǒng)的定義以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，介紹了安全儀表系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容以及安全儀表系統(tǒng)在火力發(fā)電廠的應(yīng)用范圍及應(yīng)用情況；并著重介紹了安全儀表系統(tǒng)在火力發(fā)電廠的鍋爐爐膛安全保護(hù)系統(tǒng)（FSS）和汽輪機(jī)緊急跳閘保護(hù)系統(tǒng)（ETS）的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】安全儀表系統(tǒng)（SIS）；三重化（TMR）；汽輪機(jī)緊急跳閘保護(hù)系統(tǒng)（ETS）；鍋爐爐膛安全保護(hù)系統(tǒng)（FSS）

一、安全儀表系統(tǒng)的定義

安全儀表系統(tǒng)（Safety instrumentation System），簡稱SIS，用來實(shí)現(xiàn)一個(gè)或幾個(gè)儀表安全功能的儀表系統(tǒng)。

安全儀表系統(tǒng)包括傳感器、邏輯運(yùn)算器和最終執(zhí)行元件，即檢測單元、控制單元和執(zhí)行單元。安全儀表系統(tǒng)可以監(jiān)測生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的或者潛伏的危險(xiǎn)，發(fā)出告警信息或直接執(zhí)行預(yù)定程序，立即進(jìn)入操作，防止事故的發(fā)生、降低事故帶來的危害及其影響。

二、安全儀表系統(tǒng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求

國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61508《過程工業(yè)領(lǐng)域安全儀表系統(tǒng)的功能安全》和IEC61511電氣/電子/可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)的功能安全》對(duì)安全儀表系統(tǒng)做了明確的定義和等級(jí)要求。

目前在國內(nèi)的GB 50660-2011/《大中型火力電廠設(shè)計(jì)規(guī)范》中，對(duì)相應(yīng)的安全控制系統(tǒng)的需具備的功能安全符合性也作出了界定?！盎鹆Πl(fā)電廠的鍋爐和汽輪機(jī)跳閘保護(hù)系統(tǒng)，可采用電子邏輯系統(tǒng)使用軟邏輯或采用繼電器硬邏輯系統(tǒng)，系統(tǒng)宜采用經(jīng)認(rèn)證的、SIL3級(jí)的安全相關(guān)的系統(tǒng)。安全相關(guān)系統(tǒng)應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《電氣/電子/可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)的功能安全》GB/T20438和《過程工業(yè)領(lǐng)域安全儀表系統(tǒng)的功能安全》GB/T21109標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定”。其中標(biāo)準(zhǔn)GB/T20438等同于標(biāo)準(zhǔn)IEC61511；標(biāo)準(zhǔn)GB/T21109等同于標(biāo)準(zhǔn)IEC61508。

三、發(fā)電廠安全儀表系統(tǒng)的應(yīng)用范圍

目前，在火力發(fā)電領(lǐng)域中，與功能安全相關(guān)的安全控制系統(tǒng)主要有鍋爐爐膛安全保護(hù)系統(tǒng)（FSS）和汽輪機(jī)緊急跳閘保護(hù)系統(tǒng)（ETS）。

（1）鍋爐爐膛安全保護(hù)系統(tǒng)（FSS）

鍋爐爐膛安全保護(hù)系統(tǒng)是現(xiàn)代火電機(jī)組鍋爐必備的安全保護(hù)系統(tǒng)，它能在鍋爐正常工作和啟動(dòng)停止等各類工作條件下，進(jìn)行邏輯判斷和表決，在必要時(shí)會(huì)通過安全連鎖功能，使燃燒設(shè)備相關(guān)安全部件按照既定的安全程序動(dòng)作，完成必要的操作或緊急停車，以保證鍋爐燃燒系統(tǒng)安全。鍋爐爐膛安全保護(hù)系統(tǒng)最重要的安全功能是主燃料跳閘（MFT），當(dāng)出現(xiàn)危及鍋爐安全運(yùn)行的危險(xiǎn)情況時(shí)，MFT功能將快速切斷所有進(jìn)入爐膛的燃料，實(shí)現(xiàn)緊急停爐，汽機(jī)跳閘，以保證設(shè)備安全，并且避免發(fā)生事故。

（2）汽輪機(jī)緊急跳閘保護(hù)系統(tǒng)（ETS）

汽輪機(jī)緊急跳閘保護(hù)系統(tǒng)（ETS）主要的安全功能為當(dāng)檢測到汽輪機(jī)的重要參數(shù)超過預(yù)先設(shè)定額警戒數(shù)值時(shí)，關(guān)閉汽輪機(jī)的主汽閥和調(diào)節(jié)汽閥，使汽輪機(jī)處于安全狀態(tài)。ETS是實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)安全保護(hù)的重要控制系統(tǒng)，ETS是否能夠安全運(yùn)行，能夠在即使自身故障條件下，也保證汽輪機(jī)的安全性能，將直接影響到汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。ETS系統(tǒng)主要檢測汽輪機(jī)運(yùn)行過程中的重要參數(shù)，例如汽機(jī)轉(zhuǎn)速、凝汽器真空、潤滑油壓力、軸承振動(dòng)、軸向位移等，當(dāng)這些參數(shù)超過預(yù)先設(shè)定的臨界數(shù)值時(shí)，ETS系統(tǒng)將輸出跳閘信號(hào)使汽輪機(jī)的主汽閥和調(diào)節(jié)閥迅速關(guān)閉，完成汽輪機(jī)跳閘使汽輪機(jī)緊急停機(jī)，并回歸到安全狀態(tài)下。

四、電廠領(lǐng)域安全儀表系統(tǒng)的應(yīng)用情況

隨著電力工業(yè)的發(fā)展和電廠自動(dòng)化水平及安全級(jí)別要求的發(fā)展，安全儀表系統(tǒng)在電廠的應(yīng)用日趨完善。在近期的工程中，從更高的安全性和可靠性考慮，機(jī)組保護(hù)系統(tǒng)（包括汽機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)ETS和鍋爐爐膛安全保護(hù)系統(tǒng)FSS）采用三重化TMR模件冗余結(jié)構(gòu)，滿足TUV功能安全認(rèn)證的SIL3等級(jí)。目前國內(nèi)常規(guī)設(shè)計(jì)，ETS是由汽機(jī)廠成套供貨，采用雙機(jī)熱備PLC；FSS采用納入DCS的方式，作為DCS的一部分，控制器采用雙冗余配置。目前國內(nèi)應(yīng)用ETS和FSS三重化配置的業(yè)績不多，例如德國HIMA為天津北疆電廠的爐膛安全系統(tǒng)（FSS）提供了H51q可編程電子系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過TUV功能安全認(rèn)證，安全完整性等級(jí)為SIL3，是國內(nèi)同規(guī)模電廠中首個(gè)在FSS部分使用SIL3等級(jí)功能安全控制系統(tǒng)的項(xiàng)目；鎮(zhèn)江電廠600MW超臨界機(jī)組的ETS采用Triconex系統(tǒng)等。在國外的EPC總包電廠項(xiàng)目，有些工程是ETS和FSS三重化配置。在東汽的國外項(xiàng)目中，有一部分ETS是采用GE的GMR三重化配置系統(tǒng)；ABB在印度的電廠及Foxbro在印度、印尼的電廠有FSS的三重化配置的業(yè)績。目前可以滿足TUV SIL3認(rèn)證的控制系統(tǒng)有Rockwell的ICS Triplex系統(tǒng)、GE Fanuc的GMR系統(tǒng)、Foxbro的Triconex系統(tǒng)、ABB的Plant Guard TMR系統(tǒng)等。

儀表方面，ABB的2600T壓力變送器、ABB TT300溫度變送器、橫河的EJX變送器、羅斯蒙特的3051S變送器等是按照標(biāo)準(zhǔn)IEC61508經(jīng)TUV認(rèn)證。

根據(jù)安全儀表系統(tǒng)的定義和范圍，安全儀表系統(tǒng)包括的設(shè)備不僅只是針對(duì)控制系統(tǒng)，也包括傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。若要求整個(gè)安全儀表系統(tǒng)滿足TUV SIL等級(jí)，則是要求整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)備滿足相應(yīng)的SIL等級(jí)。

五、結(jié)束語

安全問題重于泰山，隨著工業(yè)水平的發(fā)展，人們對(duì)生產(chǎn)安全問題越來越重視。在目前大型火力發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)中，往往都采用DCS來完成鍋爐爐膛安全保護(hù)系統(tǒng)FSS和汽機(jī)緊急跳閘保護(hù)系統(tǒng)ETS的功能。雖然這種一體化的方式有著接口簡單、減少備品備件品種、降低維修費(fèi)用和節(jié)省總投資等優(yōu)越性，但那些與安全相關(guān)的系統(tǒng)和功能由普通的DCS控制器來實(shí)現(xiàn)，顯然與越來越高的電廠運(yùn)行可靠性和安全性的要求不相符。所以采用符合國際標(biāo)準(zhǔn)的安全控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)電廠的保護(hù)功能將有力地保證電廠設(shè)備和人身安全，進(jìn)一步提高電廠的可用率和競爭力。

參考文獻(xiàn)

[1]孫銳，陸國棟等.大中型火力電廠設(shè)計(jì)規(guī)范.中國計(jì)劃出版社.2011：117

[2]過程工業(yè)領(lǐng)域安全儀表系統(tǒng)的功能安全.電子工業(yè)出版社.2007：12-16.

作者簡介

王力，女（1978-10月），遼寧省撫順市人，青島鴻瑞電力工程咨詢有限公司，中級(jí)工程師，本科，研究方向：熱工控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。