火電廠熱工保護邏輯的優(yōu)化

蔡建飛，錢興文

（淮滬煤電有限公司田集發(fā)電廠，安徽 淮南 232098)

火電廠熱工保護邏輯的優(yōu)化

蔡建飛，錢興文

（淮滬煤電有限公司田集發(fā)電廠，安徽 淮南 232098)

當(dāng)機組在啟停和運行過程中發(fā)生危及設(shè)備安全的危險時，熱工保護自動采取保護或聯(lián)鎖，防止事故擴大，保護機組設(shè)備的安全。針對某火電廠熱工保護邏輯在實際運行過程存在的缺陷，進行邏輯優(yōu)化并在檢修過程中實施改造。改造后效果良好，保證了機組的安全運行。

火電廠；熱工保護；邏輯；設(shè)計缺陷

1 概述

某發(fā)電廠1期工程為2×600?MW超臨界機組，分別于2007年7月和10月投運。鍋爐為上海鍋爐廠有限公司生產(chǎn)的超臨界參數(shù)變壓運行螺旋管圈直流爐，為單爐膛、一次中間再熱、四角切圓燃燒、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)、Π型露天布置燃煤鍋爐。其DCS系統(tǒng)為上海西屋控制系統(tǒng)有限公司的基于UNIX操作系統(tǒng)的OVATION1.7.2分散控制系統(tǒng)。電廠2期工程為2×660?MW超超臨界機組，分別于2013年12月和2014年4月投運。鍋爐為上海鍋爐廠有限公司生產(chǎn)的超超臨界參數(shù)變壓運行螺旋管圈直流爐，為單爐膛、一次中間再熱、四角切圓燃燒、平衡通風(fēng)、Π型露天布置、固態(tài)排渣、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)。其DCS系統(tǒng)為上海西屋控制系統(tǒng)有限公司的基于WINDOWS7操作系統(tǒng)的OVATION3.3.1分散控制系統(tǒng)。

由于1期工程的熱工保護邏輯設(shè)計不完善，在機組投運后多次誤動，造成較大的損失。因此，熱控專業(yè)針對機組熱工保護缺陷進行排查整理，制定具體的優(yōu)化措施并加以實施；同時，將這些措施提交給2期工程熱控專業(yè)，使其在建設(shè)期間得到落實。

2 熱工保護邏輯優(yōu)化

2.1 重大輔機涉及閥門全關(guān)保護邏輯

2.1.1 ??只有1個出口閥門的輔機跳閘邏輯

在實際運行過程中，熱工保護可能出現(xiàn)閥門全開、全關(guān)信號同時觸發(fā)或閥門全開信號瞬間消失、全關(guān)信號出現(xiàn)等故障狀態(tài)。此類故障一般是由閥門控制回路引起的。而從出口閥門全關(guān)輔機判斷邏輯圖(見圖1)中可以看出，若此類故障出現(xiàn)，會聯(lián)跳輔機，引起不必要的輔機跳閘、RB等現(xiàn)象發(fā)生。為避免該故障的發(fā)生，增加了閥門故障判斷邏輯和光字牌報警，提醒運行操作人員注意。其增加的閥門故障判斷邏輯如圖2所示，修改后的出口閥門全關(guān)跳輔機判斷邏輯如圖3所示。

圖1 原出口閥門全關(guān)跳輔機判斷邏輯

2.1.2 ??同時具有進、出口閥門的輔機跳閘邏輯

對具有1個進、出口閥門或2個進、出口閥門的重要輔機，從其跳閘判斷邏輯圖(見圖4)可以看出，其同樣存在誤動的可能，因此將其修改為如圖5所示邏輯，閥門信號采取“4取3”判斷。

2.2 重大輔機設(shè)備停信號邏輯

MFT保護邏輯中，六大風(fēng)機停信號為SOE類型。該類型信號存在不能翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象，因此需要增加風(fēng)機停和風(fēng)機電流信號作為輔助判斷。風(fēng)機停運、風(fēng)機運行信號取反，風(fēng)機電流小于設(shè)定值，“3取2”判斷，表征為風(fēng)機停止?fàn)顟B(tài)（見圖6）。

2.3 重大輔機軸承溫度保護邏輯

在實際生產(chǎn)現(xiàn)場，溫度保護有采用單溫度測點、雙溫度測點和3溫度測點3種情況。

2.3.1 ??單溫度測點輔機

對單溫度測點輔機而言，原單點溫度保護邏輯如圖7所示。正常情況下溫度測點所測溫度具有不突變的特性，而回路中間環(huán)節(jié)的某個接線端子松動會使溫度緩慢上升，但該保護邏輯卻無法將之與測點溫度的緩慢升高加以區(qū)分，將可能導(dǎo)致跳閘信號輸出，引起設(shè)備誤動。

圖2 增加的閥門故障判斷邏輯

圖3 修改后出口閥門全關(guān)跳輔機判斷邏輯

圖4 具有1個進、出口閥門關(guān)到位的原跳閘判斷邏輯

圖5 具有2個進、出口閥門關(guān)到位的修改后跳閘判斷邏輯

圖6 六大風(fēng)機停止信號邏輯設(shè)計示意

圖7 原單點溫度保護判斷邏輯

某電廠曾因單點溫度元件接線松動使溫度達到跳閘值，導(dǎo)致輔機誤跳閘，RB動作，造成相當(dāng)大的經(jīng)濟損失。對此，可將單點溫度保護改用圖8所示邏輯，增加速率超限和速率超越高限保護切除報警，并增加光字牌報警來提醒運行人員。當(dāng)溫度恢復(fù)到正常范圍內(nèi)，且溫度變化速率正常時，保護自動投入，以防止保護長時間退出。

圖8 修改后單點溫度保護判斷邏輯

2.3.2 ??雙溫度測點輔機

具備雙溫度測點的輔機，原溫度保護邏輯為：只要任一測點溫度達到跳閘值就輸出跳閘信號，因此存在誤動可能?，F(xiàn)對此類輔機的溫度保護邏輯進行了優(yōu)化：

(1)?某一測點溫度超過跳閘值，與另一點超過報警值，即聯(lián)跳輔機；

(2)?某一測點溫度超過跳閘值，與另一點壞質(zhì)量，即聯(lián)跳輔機；

(3)?2測點均壞質(zhì)量，不聯(lián)跳輔機，由運行人員視現(xiàn)場實際運行工況決定(見圖9)。

圖9 雙溫度測點保護邏輯設(shè)計示意

2.3.3 ??3溫度測點輔機

對于3溫度測點輔機的溫度保護，原保護邏輯同雙溫度測點輔機一樣，當(dāng)任一溫度測點溫度超過跳閘值，就輸出跳閘信號，也存在誤動可能。因此，可以采用三重化邏輯設(shè)計(見圖10)進行優(yōu)化，并加入速率判斷邏輯，進行光字牌報警，提醒運行人員注意相關(guān)參數(shù)變化。

2.4 重大輔機模擬量和開關(guān)量信號保護邏輯

2.4.1 ??模擬量的保護邏輯

由于單測點保護的較高誤動特性，對壓力、流量、液位、轉(zhuǎn)速等模擬量信號的取樣應(yīng)盡可能采用3個獨立取樣點，并對取樣信號“3取中”后進行高低判斷，再輸出跳閘信號(見圖11)。

圖11 模擬量保護判斷邏輯

圖10 3溫度測點保護邏輯設(shè)計示意

需要特別注意中選模塊相關(guān)參數(shù)的設(shè)定，如果設(shè)定不好就會引起相關(guān)設(shè)備的誤動。以O(shè)VATION系統(tǒng)中選模塊(MEDIANSEL)為例進行簡要說明，其中控制字(CNTL)、上限報警監(jiān)視值(HMTR)、下限報警監(jiān)視值(LMTR)、報警偏差(ALDB)及控制偏差(CNDB)這5項參數(shù)要根據(jù)實際工況和設(shè)備的保護方向來確定。如：輔控系統(tǒng)設(shè)備溫度保護使用OVATION系統(tǒng)的中選模塊(MEDIANSEL)，由于相關(guān)參數(shù)設(shè)定不當(dāng)，3點信號兩兩之間超過控制偏差，3取中模塊自動選擇輸出最大值，導(dǎo)致了設(shè)備的誤跳閘，因此建議溫度等不可能出現(xiàn)突變的參數(shù)保護不要使用中選模塊。在液位、壓力、流量的保護，也需要注意參數(shù)的正確設(shè)定，最好設(shè)計光字牌報警，提醒運行人員注意，做到提前預(yù)警。

2.4.2 ??開關(guān)量的保護邏輯

同模擬量一樣，開關(guān)量取樣也應(yīng)盡量采用3個獨立取樣點，并將取樣信號分別送入3個不同支線的3個獨立卡件，然后在DCS中進行三重化邏輯判斷(見圖12)。

圖12 開關(guān)量保護判斷邏輯

2.5 重大輔機跳閘信號回路

在實際生產(chǎn)應(yīng)用中，重大輔機，如六大風(fēng)機DCS跳閘信號通常只設(shè)計1個輸出跳閘信號，并通過對應(yīng)的1個繼電器送至電氣回路。當(dāng)存在繼電器故障時，這種設(shè)計回路就存在發(fā)生誤動和拒動的可能。因此，對重大輔機的跳閘信號輸出回路進行了重新設(shè)計，如圖13所示。DCS設(shè)計了6個跳閘信號對應(yīng)分布在不同DO卡件的6個繼電器，每個跳閘回路必須有2個繼電器同時動作，跳閘信號才會輸出。

2.6 信號跨系統(tǒng)傳輸保護邏輯

DCS及現(xiàn)場送至ETS的信號有高排溫度高、斷水保護、透平壓比低、高排壓力高等信號。高排溫度高和斷水保護是在DCS內(nèi)部進行三重化邏輯判斷后輸出1路DO信號送至ETS的，而高排壓力高、透平壓比低都是1路模擬量信號進行判斷后輸出信號，存在誤動或拒動可能。

同樣，MFT跳閘汽機時，由MFT機柜送1路信號至ETS控制柜，該路動作即跳機。該保護同樣存在誤動或拒動可能。

圖13 修改后的輔機跳閘回路

這些信號送至ETS柜的PLC卡件都是1路信號，即只有1個通道;一旦PLC卡件或通道出現(xiàn)故障，保護就存在誤動或拒動可能。

針對上述情況，采取的措施是：DCS源頭信號盡量取自3個獨立測點進行邏輯判斷，判斷后的跳閘信號輸出采用3個不同分支、不同DO/AO卡件進行信號輸出，送至ETS后采用3個不同DI/ AI卡件進行信號讀取，最后在PLC中進行三重化邏輯判斷后輸出跳閘信號。圖14與圖15是跨系統(tǒng)模擬量判斷輸出的2種不同方法的邏輯圖。圖14主要用于DCS系統(tǒng)與PLC系統(tǒng)之間的信號傳送，模擬量信號經(jīng)過中選模塊后通過高低限判斷，輸出3路開關(guān)量信號;因受PLC系統(tǒng)模擬量通道數(shù)量的限制，宜采用該方案。圖15主要用于2個獨立的DCS系統(tǒng)間的信號傳送，模擬量信號采用AO/ AI卡傳送，便于在2個獨立的DCS系統(tǒng)分別進行分析。圖16是跨系統(tǒng)開關(guān)量信號輸出的優(yōu)化方案。

2.7 汽機振動保護邏輯

目前，大部分汽機振動保護均采用現(xiàn)場振動信號采集后經(jīng)前置放大器處理，進入汽輪機監(jiān)控系統(tǒng)(TSI)進行數(shù)據(jù)處理和邏輯信號判斷輸出，最終跳閘信號送至ETS系統(tǒng)進行汽機跳閘動作(見圖17)。

圖17中所示，汽機采用復(fù)合振動跳機，“汽機軸承X向振動高(H)”與“汽機軸承Y向振動高高(HH)”，延時3?s跳機，無“X向HH”與“Y向H”跳閘邏輯，因而邏輯不完善。小汽機、汽泵、風(fēng)機軸承采用單點振動高高跳閘，存在誤動可能。

在實際生產(chǎn)運行過程中，汽機某一軸承振動大時，整個軸系的振動數(shù)值都會有不同程度的上升。經(jīng)與汽輪機廠家商討，汽機振動保護方案改用了“N(整個軸系上振動測點的總數(shù)量)選2”的振動保護方案，即單點振動高高(本身的振動高信號也發(fā)出了)，“與”其他任一測點振動高。如汽機軸承1?X振動高高，“與”整個軸系9段軸瓦的其余17測點中任一點出現(xiàn)振動高，則汽機跳機。在保護邏輯中將振動值出現(xiàn)質(zhì)量壞點作為軸承振動高或高高而輸出汽機跳閘的信號依據(jù)，即振動值有2個以上壞值出現(xiàn)，就發(fā)出振動大跳機信號。

原TSI振動保護邏輯采用開關(guān)量處理，修改后的方案如圖18所示。在DCS系統(tǒng)中改為模擬量，用模擬量進行高低邏輯判斷后進行信號輸出，送至ETS，信號輸出和接收采用圖14所示方法。

圖14 跨系統(tǒng)模擬量信號三重化判斷邏輯（DCS至PLC）

圖15 跨系統(tǒng)模擬量信號三重化判斷邏輯（DCS至DCS）

圖16 跨系統(tǒng)開關(guān)量信號三重化判斷邏輯

圖17 傳統(tǒng)汽機振動保護判斷邏輯

3 優(yōu)化效果

電廠1期改造工作于2013年5月結(jié)束。2期工程在建設(shè)設(shè)計初期即要求參照1期邏輯優(yōu)化方案進行，每項熱工保護都至少具有2個或2個以上的測點信號。對于無法加裝軸承溫度測點的輔機，則仍采用單點溫度保護邏輯。

改造優(yōu)化前，1期機組熱工保護每年度至少發(fā)生1～2次誤動；改造后未發(fā)生誤動，收到了很好的效果。2期3，4號機組熱工保護在設(shè)計初期遵循了1期優(yōu)化方案，自投運至今，未發(fā)生過誤動。熱工保護的優(yōu)化大幅降低了誤動、拒動次數(shù)，從根本上保證了機組的安全運行。

4 結(jié)束語

在電廠1期機組建設(shè)初期，因設(shè)計人員與熱工人員對熱工保護的可靠性措施了解不夠，留下了不少不完善的保護邏輯和單點保護等，所以熱工人員應(yīng)提早培訓(xùn)，熟悉掌握相關(guān)DCS系統(tǒng)，正確理解DCS各個邏輯功能塊的作用。同時，熱工人員還應(yīng)在建設(shè)初期盡早介入，熟悉設(shè)備的各項保護要求，合理設(shè)計熱工保護測點；與熱工保護設(shè)計方協(xié)商，結(jié)合現(xiàn)場熱工保護運行實際，提出己方的邏輯設(shè)計要求，盡可能地將熱工保護邏輯完善，以免在機組投入商業(yè)運行后因熱工保護邏輯不完善留下安全隱患，發(fā)生誤動、拒動而帶來經(jīng)濟損失。

圖18 修改后的汽機振動保護判斷邏輯

1?白建云．火電廠順序控制與熱工保護[M]．北京：中國電力出版社，2009.

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3?紀(jì)要勤．淺談電廠熱工保護系統(tǒng)可靠性的意義及完善措施[J]．電源技術(shù)應(yīng)用，2013(6).

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2014-11-27；

2015-01-19。

蔡建飛(1982-)，男，工程師，主要從事熱控專業(yè)工作，email：caijian4554@sina.com。

錢興文(1984-)，男，助理工程師，主要從事熱控專業(yè)工作。