熱工技術(shù)優(yōu)化提高機(jī)組安全可靠性

楊延超，許銳鋒，張勇軍（華潤(rùn)電力焦作有限公司，河南 焦作 454450）

熱工技術(shù)優(yōu)化提高機(jī)組安全可靠性

楊延超，許銳鋒，張勇軍（華潤(rùn)電力焦作有限公司，河南 焦作 454450）

焦作龍?jiān)措姀S2×660MW超超臨界機(jī)組工程于2013年正式開工建設(shè)，目前機(jī)組已經(jīng)投入生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)。本項(xiàng)目在設(shè)計(jì)初期就對(duì)控制系統(tǒng)、聯(lián)鎖保護(hù)、硬件設(shè)備等熱工軟、硬件系統(tǒng)進(jìn)行了大量的技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，極大地提高了機(jī)組的安全可靠性，下邊從軟件和硬件兩個(gè)方面分別介紹一下熱工系統(tǒng)具體的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 控制系統(tǒng)、聯(lián)鎖保護(hù)邏輯優(yōu)化部分

（1）對(duì)于參與保護(hù)聯(lián)鎖的單個(gè)開關(guān)量信號(hào)，為了提高信號(hào)的安全可靠性，將與此開關(guān)量信號(hào)有關(guān)聯(lián)的信號(hào)也引入保護(hù)聯(lián)鎖邏輯中

例如兩臺(tái)送風(fēng)機(jī)全停MFT邏輯，如果單取每臺(tái)送風(fēng)機(jī)的停止信號(hào)邏輯與之后來(lái)做觸發(fā)MFT的條件，當(dāng)兩個(gè)信號(hào)出現(xiàn)問(wèn)題，就很容易引起保護(hù)誤動(dòng)作，如果將單個(gè)停止信號(hào)改為采用送風(fēng)機(jī)停止信號(hào)，送風(fēng)機(jī)未運(yùn)行（信號(hào)為運(yùn)行，邏輯中取反），送風(fēng)機(jī)電流<10A，三取二動(dòng)作后再與另一臺(tái)送風(fēng)機(jī)的三取二動(dòng)作與之后來(lái)做觸發(fā)MFT的條件，就會(huì)大大提高保護(hù)的安全可靠性。

（2）開關(guān)量、模擬量連鎖保護(hù)信號(hào)處理

對(duì)于某設(shè)備同一位置安裝三個(gè)測(cè)量原件的保護(hù)，采用加質(zhì)量判斷的開關(guān)量三取二邏輯，即一個(gè)測(cè)點(diǎn)超過(guò)跳閘限值且質(zhì)量不壞為一個(gè)開關(guān)量，三個(gè)開關(guān)量經(jīng)上述判斷出三個(gè)開關(guān)量后，三取二動(dòng)作跳閘。當(dāng)有一個(gè)測(cè)點(diǎn)為壞質(zhì)量時(shí)，剩下兩個(gè)測(cè)點(diǎn)為二取一動(dòng)作。當(dāng)有兩個(gè)測(cè)點(diǎn)壞質(zhì)量時(shí)，剩下的一個(gè)測(cè)點(diǎn)為一取一動(dòng)作。

對(duì)于保護(hù)采用開關(guān)量三取二邏輯的設(shè)備，當(dāng)三取二保護(hù)動(dòng)作，三個(gè)開關(guān)量未全部動(dòng)作時(shí)，延時(shí)2秒，發(fā)出開關(guān)量信號(hào)不一致報(bào)警，提醒人員加強(qiáng)該設(shè)備的維護(hù)。

對(duì)于三個(gè)開關(guān)量保護(hù)信號(hào)，當(dāng)信號(hào)質(zhì)量為好且達(dá)到保護(hù)動(dòng)作條件時(shí)，連鎖保護(hù)邏輯起作用。當(dāng)信號(hào)全部為壞質(zhì)量時(shí)，進(jìn)行報(bào)警且壞質(zhì)量保持，立即在一級(jí)光子牌中進(jìn)行報(bào)警，處理后再投入保護(hù)，根據(jù)預(yù)先設(shè)置的壞質(zhì)量保護(hù)動(dòng)作退出機(jī)制進(jìn)行動(dòng)作，根據(jù)設(shè)備重要性，保護(hù)動(dòng)作區(qū)別對(duì)待。

原則如下：對(duì)于重要保護(hù)（主要指主機(jī)保護(hù)），三個(gè)測(cè)點(diǎn)全部故障時(shí)保護(hù)應(yīng)動(dòng)作。例如：爐膛壓力低低MFT和給水流量低低MFT，若三個(gè)信號(hào)均壞質(zhì)量時(shí)，保護(hù)動(dòng)作。對(duì)于一般保護(hù)（主要指輔機(jī)保護(hù)），三個(gè)測(cè)點(diǎn)全部故障時(shí)保護(hù)自動(dòng)退出。

對(duì)于某設(shè)備同一位置安裝兩個(gè)測(cè)量元件的保護(hù)，采用一點(diǎn)高高值且另一點(diǎn)高報(bào)警值的邏輯，即一個(gè)測(cè)點(diǎn)超過(guò)跳閘限值且質(zhì)量不壞，同時(shí)另一測(cè)點(diǎn)達(dá)到高報(bào)警值。當(dāng)有一個(gè)測(cè)點(diǎn)為壞質(zhì)量時(shí)，剩下的一個(gè)測(cè)點(diǎn)為一取一動(dòng)作。當(dāng)兩個(gè)測(cè)點(diǎn)全部壞質(zhì)量時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況直接動(dòng)作保護(hù)或取消保護(hù)。

（3）通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳遞過(guò)來(lái)的用于連鎖保護(hù)的信號(hào)

對(duì)于通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳遞過(guò)來(lái)的用于連鎖保護(hù)的信號(hào)，增加質(zhì)量判斷。當(dāng)信號(hào)質(zhì)量為好且達(dá)到保護(hù)動(dòng)作條件時(shí)，連鎖保護(hù)邏輯起作用。當(dāng)信號(hào)為壞質(zhì)量時(shí)，進(jìn)行報(bào)警且壞質(zhì)量保持，立即在光字牌中進(jìn)行報(bào)警，運(yùn)行人員及時(shí)通知進(jìn)行處理，當(dāng)檢修人員處理后通過(guò)工程師站將信號(hào)投入運(yùn)行。

（4）溫度信號(hào)的升速率壞質(zhì)量判斷

溫度信號(hào)作為設(shè)備重要的監(jiān)測(cè)信號(hào)，是設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)最直接的表現(xiàn)之一，當(dāng)溫度超過(guò)限定值時(shí)，設(shè)備有被損壞的危險(xiǎn)，需要及時(shí)跳閘以保護(hù)設(shè)備。但是，當(dāng)測(cè)量元件或信號(hào)回路出現(xiàn)故障時(shí)，溫度可能會(huì)迅速上升，因此當(dāng)溫度變化速率超過(guò)某一限定值時(shí)，認(rèn)為該溫度信號(hào)處于不正確狀態(tài)，避免設(shè)備誤動(dòng)作。

本工程溫度變化速率超限壞質(zhì)量限定值設(shè)計(jì)為8℃/s。處理邏輯為，當(dāng)某溫度變化速率超過(guò)8℃/s 或者超出設(shè)定量程（TC為-30℃~650℃，RTD為-30℃~400℃）或者信號(hào)回路斷線時(shí)，切除該溫度點(diǎn)的保護(hù)，同時(shí)發(fā)出該信號(hào)的切除報(bào)警。待確認(rèn)該信號(hào)恢復(fù)正常后，需要在邏輯中進(jìn)行強(qiáng)制以重新投入該溫度點(diǎn)的保護(hù)。

（5）汽輪機(jī)切缸實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制

我廠660MW機(jī)組汽輪機(jī)采用中壓缸啟動(dòng)方式。機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，高調(diào)閥不開啟，高壓缸不進(jìn)汽，由高旁來(lái)的再熱蒸汽經(jīng)中壓主汽閥、調(diào)閥進(jìn)入汽輪機(jī)中低壓缸，通過(guò)中壓調(diào)閥控制轉(zhuǎn)速進(jìn)行沖轉(zhuǎn)，直至并網(wǎng)帶負(fù)荷。經(jīng)過(guò)一定的暖機(jī)時(shí)間后，高壓缸允許進(jìn)汽，此時(shí)需要進(jìn)行切缸操作，把經(jīng)過(guò)高旁的蒸汽，切換到高壓缸。

切缸的過(guò)程，既是一個(gè)開高調(diào)閥關(guān)高旁閥的過(guò)程，同時(shí)又需要減少機(jī)組負(fù)荷、主汽壓力、主汽溫度的波動(dòng)，尤其需要注意高壓缸排汽溫度，避免高壓缸鼓風(fēng)，排汽溫度升得過(guò)高，對(duì)汽機(jī)葉片造成傷害，甚至引發(fā)汽機(jī)跳閘 。

我廠DEH側(cè)原設(shè)計(jì)有切缸邏輯，只需運(yùn)行人員點(diǎn)擊切缸按鈕即可，然而邏輯設(shè)計(jì)只是把當(dāng)時(shí)的流量指令分配給高調(diào)閥，而按照啟動(dòng)參數(shù)啟機(jī)時(shí)，流量指令偏小，使得高調(diào)閥的開度剛好落在自身的預(yù)啟閥行程范圍上，造成進(jìn)入高壓缸的蒸汽量過(guò)小，從而使得高排逆止閥無(wú)法及時(shí)開啟，高壓缸鼓風(fēng)，排汽溫度上升。另外，DCS側(cè)旁路系統(tǒng)以及通風(fēng)閥未設(shè)計(jì)切缸配合邏輯，切缸時(shí)需要手動(dòng)關(guān)旁路閥、通風(fēng)閥，運(yùn)行人員在手動(dòng)操作過(guò)程中往往控制不及時(shí)，造成負(fù)荷、主汽壓力等的波動(dòng)。

由圖1可以看出，切缸過(guò)程中，各個(gè)參數(shù)都有較大的波動(dòng)。機(jī)組負(fù)荷（曲線1）從38.9MW降至8.09MW而后開始上升；主汽壓力（曲線2）從8.90MPa上升至9.72MPa而后又降至6.63MPa；主汽溫度（曲線3）從512℃上升至525.8℃而后又降至477℃；高排溫度（曲線4）由214℃先上升至231℃，后又上升至268℃。

圖1 手動(dòng)切缸曲線

為了解決汽輪機(jī)切缸過(guò)程中參數(shù)的波動(dòng)問(wèn)題，同時(shí)減少運(yùn)行人員的操作，消除其在切缸中存在的恐懼心理，我們對(duì)邏輯進(jìn)行了一系列優(yōu)化，設(shè)計(jì)出了一套自動(dòng)切缸邏輯。

自動(dòng)切缸投入判斷邏輯：（1）高、低旁在自動(dòng)；（2）發(fā)電機(jī)已帶上負(fù)荷；（3）高壓缸第一級(jí)內(nèi)壁金屬與主汽溫度匹配；（4）高調(diào)閥在關(guān)閉狀態(tài)；（5）高旁開度大于60%。當(dāng)以上條件滿足時(shí)，發(fā)出汽輪機(jī)切缸請(qǐng)求，允許運(yùn)行人員進(jìn)行切缸操作。

汽輪機(jī)閥位控制邏輯：當(dāng)運(yùn)行人員按下切缸按鈕后，根據(jù)汽機(jī)啟動(dòng)時(shí)的主汽壓力、主汽溫度及高旁開度，程序自動(dòng)提高閥門流量指令目標(biāo)值，自動(dòng)提高升負(fù)荷率，使高調(diào)閥、中調(diào)閥自動(dòng)開啟。隨著高調(diào)閥開啟，高壓缸開始進(jìn)汽做功。

高壓旁路、低壓旁路控制邏輯：（1）低旁壓力控制器在自動(dòng)狀態(tài)，維持汽機(jī)啟動(dòng)時(shí)再熱壓力。隨著中調(diào)門開啟再熱器壓力下降，低旁壓力調(diào)節(jié)閥自動(dòng)關(guān)閉。（2）高旁壓力控制器在自動(dòng)狀態(tài)，維持汽機(jī)啟動(dòng)時(shí)主汽壓力，同時(shí)接受汽機(jī)切缸指令作為前饋信號(hào)。隨著高調(diào)閥開啟，主汽壓力下降，高旁壓力調(diào)節(jié)閥會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。切缸過(guò)程中，當(dāng)高調(diào)門開度大于10%時(shí)，按照0.5~1%/s的速率超馳關(guān)高旁壓力調(diào)節(jié)閥，直至完全關(guān)閉。高旁壓力調(diào)節(jié)閥全關(guān)后聯(lián)關(guān)高旁減溫水、低旁壓力及溫度調(diào)節(jié)閥。

汽輪機(jī)高壓缸排汽通風(fēng)閥（VV閥）邏輯：電機(jī)未并網(wǎng)前，通風(fēng)閥在汽機(jī)倒暖時(shí)自動(dòng)關(guān)閉，在汽機(jī)正暖時(shí)自動(dòng)打開。并網(wǎng)后，當(dāng)切缸指令發(fā)出時(shí)，如果高調(diào)門開度大于5%，自動(dòng)關(guān)閉。

高排逆止閥控制邏輯：高排逆止閥在汽機(jī)跳閘、發(fā)電機(jī)跳閘或者OPC動(dòng)作時(shí)自動(dòng)關(guān)閉；在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)時(shí)，自動(dòng)開啟，保持自由狀態(tài)。在切缸過(guò)程中，通過(guò)蒸汽壓力把閥門頂開。

汽輪機(jī)“切缸”完成判斷邏輯：（1）高旁壓力調(diào)節(jié)閥關(guān)閉；（2）閥門流量指令達(dá)到目標(biāo)值；（3）逆止閥離開關(guān)位。當(dāng)以上三個(gè)條件滿足時(shí)，程序自動(dòng)發(fā)出切缸完成信號(hào)，提醒運(yùn)行人員可以進(jìn)行下一步升負(fù)荷操作。

通過(guò)優(yōu)化后，切缸“一鍵”進(jìn)行，自動(dòng)完成，過(guò)程參數(shù)平穩(wěn)，如圖2所示。

圖2 優(yōu)化后自動(dòng)切缸曲線

2 硬件設(shè)備技術(shù)優(yōu)化部分

（1）主機(jī)和主要輔機(jī)的主要保護(hù)聯(lián)鎖測(cè)點(diǎn)，采用雙測(cè)點(diǎn)冗余配置

如果采用單測(cè)點(diǎn)來(lái)聯(lián)鎖保護(hù)，此測(cè)點(diǎn)如果出現(xiàn)故障，很容易引起保護(hù)誤動(dòng)作或者拒動(dòng)，導(dǎo)致機(jī)組降出力或者停機(jī)，采用雙測(cè)點(diǎn)冗余配置可以提高機(jī)組的穩(wěn)定性。

（2）DCS系統(tǒng)控制器及I/O模塊優(yōu)化分配

對(duì)一些重要的成對(duì)輔機(jī)設(shè)備，控制器要分開設(shè)計(jì)，分別配置在不同的控制器中，同一個(gè)控制器內(nèi)的重要測(cè)點(diǎn)分配到不同的模塊，極大地提高了系統(tǒng)的可靠性。

例如參與MFT保護(hù)的折焰角入口匯集集箱前水溫1、2、3三溫度測(cè)點(diǎn)，原設(shè)計(jì)在110控制器的C3簇的301D、302D、303D模塊，如果C3簇的CI840通訊接口模塊故障，就會(huì)導(dǎo)致整列C3簇下邊的模塊設(shè)備故障，折焰角入口匯集集箱前水溫高引發(fā)MFT保護(hù)誤動(dòng)作，影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，鑒于此，將折焰角入口匯集集箱前水溫1、2、3三溫度測(cè)點(diǎn)分布到110控制器C4簇、C5簇（新增）不同的簇里，避免出現(xiàn)通訊接口模塊故障引起的保護(hù)誤動(dòng)作。

存在以上問(wèn)題的還有爐膛壓力保護(hù)、火檢冷卻風(fēng)母管壓力保護(hù)、給水流量保護(hù)，爐膛壓力1、壓力2、壓力3，火檢冷卻風(fēng)壓力1、壓力2、壓力3，給水流量1、流量2、流量3，以上保護(hù)測(cè)點(diǎn)，原設(shè)計(jì)都在110控制器的C3簇的308D、309D、310D模塊，優(yōu)化后都分布到110控制器C4簇、C5簇（新增）不同的簇里，從而提高了主保護(hù)的安全可靠性。

圖3是測(cè)點(diǎn)分布優(yōu)化前后的對(duì)比示意圖。

圖3 測(cè)點(diǎn)分布優(yōu)化前后的對(duì)比示意圖

（3）MFT跳閘回路采用獨(dú)立的雙回路設(shè)計(jì)方案

DCS廠家常規(guī)設(shè)計(jì)的回路是將兩路MFT跳閘回路電源經(jīng)二極管切換后提供給一組繼電器跳閘回路，這種設(shè)計(jì)會(huì)成引起電廠直流電源接地查找困難以及直流環(huán)路后直流系統(tǒng)頻發(fā)接地報(bào)警的原因，另外一組繼電器中的某一繼電器故障也會(huì)引起某些設(shè)備拒動(dòng)。本項(xiàng)目MFT跳閘繼電器采用兩套獨(dú)立直流跳閘回路方案配置，對(duì)直流回路無(wú)影響，同時(shí)一組繼電器中的某一繼電器故障也不會(huì)引起某些保護(hù)拒動(dòng)或者誤動(dòng)作，保護(hù)可靠性大大提高。

（4）DCS服務(wù)器采用3冗余設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目DCS系統(tǒng)服務(wù)器采用3冗余設(shè)計(jì)，大大提高了系統(tǒng)可靠性，單臺(tái)機(jī)組配置5臺(tái)操作員站，一臺(tái)值長(zhǎng)站，通過(guò)對(duì)服務(wù)器權(quán)重配置進(jìn)行冗余切換，如：操作員1、操作員2對(duì)Server1設(shè)置最大權(quán)重（即Server1正常時(shí)，這兩臺(tái)同時(shí)掛到Server1），在操作員站1配置權(quán)重Server2大于Server3，操作員站2配置權(quán)重Server3大于Server2，這種配置方式在Server1故障時(shí)兩臺(tái)操作員站可以切到不同的Server，保證單臺(tái)服務(wù)器負(fù)荷率不會(huì)突然增大，同時(shí)將操作員3、操作員4對(duì)Server3設(shè)置最大權(quán)重，在操作員站3配置權(quán)重Server2大于Server1，操作員站4配置權(quán)重Server1大于Server2，極大地提高系統(tǒng)可靠性。

（5）重要保護(hù)測(cè)點(diǎn)布置優(yōu)化

例如原設(shè)計(jì)給水流量三個(gè)變送器設(shè)計(jì)在一個(gè)保溫柜內(nèi)，如果一個(gè)出現(xiàn)泄漏，會(huì)影響其他兩個(gè)給水流量變送器測(cè)量，將變送器分散到不同的保溫柜內(nèi)，避免一個(gè)泄漏引起其他損壞，引起保護(hù)誤動(dòng)作或者拒動(dòng)，提高系統(tǒng)可靠性。

（6）取消輔機(jī)就地PLC控制，全部納入DCS系統(tǒng)控制

PLC就地控制，設(shè)備不可靠，故障率高，也不利于運(yùn)行人員操作、監(jiān)控，將磨煤機(jī)、送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)的油站，EH油箱、潤(rùn)滑油箱、膠球清洗系統(tǒng)的就地PLC控制系統(tǒng)取消，直接進(jìn)入DCS控制，提高系統(tǒng)可靠性。

（7）主要輔機(jī)調(diào)節(jié)裝置的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用分體設(shè)計(jì)

由于主要風(fēng)機(jī)本體振動(dòng)較大，風(fēng)機(jī)液壓調(diào)節(jié)裝置的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)經(jīng)常出現(xiàn)由于振動(dòng)原因?qū)е碌墓收?，影響主要輔機(jī)的正常使用，將液壓調(diào)節(jié)裝置的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制部分和執(zhí)行器機(jī)械部分分開安裝，將電動(dòng)控制部分單獨(dú)安裝到振動(dòng)較小的位置，避免由于長(zhǎng)時(shí)間的振動(dòng)導(dǎo)致故障，提高系統(tǒng)可靠性。

3 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行情況來(lái)看，設(shè)備幾次出現(xiàn)故障，因?yàn)橐幌盗械膬?yōu)化設(shè)計(jì)，最終避免了設(shè)備停運(yùn)或者降出力，為機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了重要的保障，總之通過(guò)一系列軟件系統(tǒng)、硬件系統(tǒng)方面的技術(shù)優(yōu)化，大大提高了機(jī)組的安全可靠性。

[1] 北京ABB貝利工程有限公司Symphony Plus系統(tǒng)使用手冊(cè)[Z].

Thermal Technology Optimization of Enhancing the Safety and Reliability

隨著電力工業(yè)的發(fā)展，大容量火力發(fā)電機(jī)組已成為電網(wǎng)的主力機(jī)組，大容量機(jī)組是否安全穩(wěn)定運(yùn)行將關(guān)系著電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，更是直接關(guān)系著整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。如何保證大容量火力發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行就變得至關(guān)重要，熱工系統(tǒng)作為電廠的主要控制、監(jiān)視系統(tǒng)，其系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否合理、邏輯保護(hù)設(shè)計(jì)是否周全、設(shè)備是否可靠將直接影響到機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文結(jié)合本廠控制系統(tǒng)、聯(lián)鎖邏輯、熱工設(shè)備等方面所做技術(shù)優(yōu)化應(yīng)用情況，介紹了熱工技術(shù)優(yōu)化創(chuàng)新在提高機(jī)組安全可靠性方面所起到的重要作用，為其他機(jī)組提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

熱工；保護(hù)；聯(lián)鎖；優(yōu)化；設(shè)計(jì)；安全；可靠性

With the development of power industry, the large capacity thermal power units has become a main grid units. The safe and stable operation of large capacity units concerns the stable operation of the power grid, and is directly related with the development of the whole national economy. How to ensure the stable operation of the large capacity thermal power unit becomes crucial. As the main control and monitoring system of power plant thermal system, the rationality of the system design, the comprehensive logical protection design, the reliable equipment will directly affect the safe and stable operation of the unit. Combined with the application of the technology of optimization in our control system, interlock logic, and thermal technology equipment , this paper introduces the thermal optimization of technological innovation in the aspect of enhancing the safety and reliability of important role, which provides a good reference for other units.

Thermal; Protection; Interlock; Optimization; Design; Safety; Reliability

B

1003-0492(2016)03-0078-03

TM611

楊延超（1979-），男，河南人，助工，本科，現(xiàn)就職于華潤(rùn)電力焦作有限公司，主要研究方向?yàn)闊峥丶夹g(shù)。

許銳鋒（1983-），男，廣東人，助工，本科，現(xiàn)就職于華潤(rùn)電力焦作有限公司，主要研究方向?yàn)闊峥丶夹g(shù)。

張勇軍（1973-），男，河南人，中級(jí)職稱，本科，現(xiàn)就職于華潤(rùn)電力焦作有限公司，主要研究方向?yàn)闊峥丶夹g(shù)。