MFT軟邏輯及硬回路設(shè)計(jì)

李忠生+田琨+張振榮

【摘 要】文章介紹了平頂山熱電有限公司DCS升級(jí)改造中，鍋爐主燃料跳閘（MFT）的

軟件邏輯及硬件跳閘板回路設(shè)計(jì)。通過信號(hào)、電源、軟件與硬件的冗余設(shè)計(jì)及容錯(cuò)設(shè)計(jì)等方式和方法，為機(jī)組的可靠運(yùn)行提供有力的保證措施。

【關(guān)鍵詞】MFT；信號(hào)處理；軟件邏輯；硬件跳閘板；電源

火力發(fā)電機(jī)組鍋爐主燃料跳閘（MFT）作為機(jī)組的主保護(hù)，其可靠性對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行具有重大意義。為保證MFT邏輯動(dòng)作的正確性，防止出現(xiàn)保護(hù)誤動(dòng)、拒動(dòng)的可能。在MFT的信號(hào)處理、軟件邏輯及硬件跳閘板回路設(shè)計(jì)中，充分考慮和應(yīng)用了冗余技術(shù)、容錯(cuò)技術(shù)及失電保護(hù)技術(shù)等，以期MFT保護(hù)系統(tǒng)能正確保護(hù)機(jī)組的安全。

1 工程概況

國家電投集團(tuán)平頂山熱電有限公司現(xiàn)有兩臺(tái)210MW燃煤發(fā)電機(jī)組投入商業(yè)運(yùn)行，由于原來DCS系統(tǒng)已投運(yùn)滿10年，設(shè)備故障率高，維護(hù)工作量大，急需進(jìn)行DCS升級(jí)改造。

此次升級(jí)改造采用國核自儀系統(tǒng)工程有限公司的NuCON系統(tǒng)，并對(duì)整個(gè)MFT軟硬件邏輯進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)與優(yōu)化。

2 MFT軟件邏輯設(shè)計(jì)

MFT軟件邏輯所在的控制器為一對(duì)冗余的控制器。機(jī)柜工作電源為兩路冗余交流220V電源，一路來自保安段，另一路來自UPS。

DCS系統(tǒng)信號(hào)掃描周期及邏輯運(yùn)算周期均采用40ms，當(dāng)出現(xiàn)任何危機(jī)鍋爐安全運(yùn)行的危險(xiǎn)工況下，使得MFT邏輯能快速切斷所有進(jìn)入爐膛的燃料，保證設(shè)備安全，避免事故發(fā)生或限制事故進(jìn)一步擴(kuò)大。

2.1 開關(guān)量信號(hào)處理

由于電廠各種干擾非常多，開關(guān)量信號(hào)很可能發(fā)生瞬間抖動(dòng)，所以在引入MFT保護(hù)邏輯前，都要通過延時(shí)合處理，以盡量提高信號(hào)的準(zhǔn)確性。

一般電廠的重要保護(hù)信號(hào)都會(huì)設(shè)計(jì)3個(gè)傳感器。比如鍋爐爐膛壓力高保護(hù)信號(hào)，現(xiàn)場設(shè)置3個(gè)壓力開關(guān)進(jìn)行檢測爐膛壓力，這時(shí)就有三個(gè)鍋爐爐膛壓力高保護(hù)信號(hào)的開關(guān)量信號(hào)輸入DCS。對(duì)此類三個(gè)冗余的開關(guān)量信號(hào)，在邏輯中通過三取二進(jìn)行處理，以達(dá)到容錯(cuò)效果。再根據(jù)工藝需求，進(jìn)行一定的延時(shí)后送入MFT跳閘邏輯。

2.2 模擬量信號(hào)處理

電廠的工藝總是存在各種內(nèi)擾和外擾、以及信號(hào)干擾。使得模擬量信號(hào)總是在工藝真實(shí)值上下不斷的波動(dòng)之中。所以在模擬量信號(hào)引入邏輯保護(hù)組態(tài)前，需對(duì)其進(jìn)行濾波處理，然后再進(jìn)行高低值判斷，判斷后的開關(guān)量信號(hào)再根據(jù)工藝需求，進(jìn)行一定的延時(shí)后送入MFT跳閘邏輯。

特別是汽包水位的處理需要注意。汽包水位一般有三個(gè)傳感器，3個(gè)汽包水位經(jīng)補(bǔ)償計(jì)算后，獲得3個(gè)補(bǔ)償后水位（分別為H1、H2、H3）。汽包水位作為MFT跳閘邏輯的重要條件之一，可以有兩種信號(hào)處理組態(tài)方式。

方式一：把3個(gè)補(bǔ)償后水位（分別為H1、H2、H3）經(jīng)三取中獲得一個(gè)汽包水位中值H0。再進(jìn)行高低值判斷，判斷后的開關(guān)量信號(hào)DH0再根據(jù)工藝需求，進(jìn)行一定的延時(shí)后送入MFT跳閘邏輯。

方式二：對(duì)3個(gè)補(bǔ)償后水位（分別為H1、H2、H3）分別進(jìn)行高低值判斷，判斷后的開關(guān)量信號(hào)（分別為DH1、DH2、DH3）再通過三取二處理，達(dá)到容錯(cuò)效果。最后根據(jù)工藝需求，進(jìn)行一定的延時(shí)后送入MFT跳閘邏輯。

補(bǔ)償后水位H1、H2、H3都為好點(diǎn)，當(dāng)補(bǔ)償后水位H1、H2、H3任意兩個(gè)之間的差值都大于偏差限時(shí)，汽包水位中值H0就會(huì)判斷為壞點(diǎn)且數(shù)值不變，也就無法為MFT邏輯提供真實(shí)的判斷依據(jù)。相比之下，方式二才是更可靠的MFT保護(hù)邏輯三冗余模擬量信號(hào)處理方式。平頂山熱電有限公司MFT保護(hù)邏輯中的汽包水位信號(hào)處理就采用的方式二。

2.3 MFT動(dòng)作條件

（1）汽機(jī)跳閘且負(fù)荷大于15%，三取二；

（2）兩臺(tái)送風(fēng)機(jī)全停；

（3）兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)全停；

（4）當(dāng)無油槍投入且磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)，兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)全停；

（5）兩臺(tái)火檢冷卻風(fēng)機(jī)全停持續(xù)30秒鐘或火檢冷卻風(fēng)壓低（三取二）延時(shí)30秒；

（6）爐膛壓力高二值（三取二），持續(xù)3秒鐘；

（7）爐膛壓力低二值（三取二），持續(xù)3秒鐘；

（8）汽包水位高于250mm（三取二），持續(xù)3秒鐘；

（9）汽包水位低于-250mm（三取二），持續(xù)3秒鐘；

（10）兩臺(tái)空預(yù)器全停，延時(shí)10秒 ；

（11）爐膛風(fēng)量<30%超過2秒；

（12）全爐膛滅火：任一給煤機(jī)運(yùn)行時(shí)，全部油層火焰及全部煤層火焰失去，發(fā)生全爐膛滅火，（層火焰失去：每層失去3個(gè)以上火焰信號(hào)為層火焰失去）。

（13） 首次油槍連續(xù)點(diǎn)火失敗3次：爐膛中沒有燃燒器在運(yùn)行，且油槍點(diǎn)火失敗次數(shù)達(dá)3槍次。

（14）失去所有燃料：鍋爐投運(yùn)后（任意一只油槍曾經(jīng)投運(yùn)過），（所有油角閥關(guān)閉或爐前進(jìn)油快關(guān)閥關(guān)閉）且（給煤機(jī)全停持續(xù)20秒或所有磨煤機(jī)全停）；

（15）操作員MFT跳閘：操作員將操作臺(tái)的兩個(gè)MFT按鈕同時(shí)按下；

（16）脫硫故障（三取二），持續(xù)3秒鐘。

2.4 MFT觸發(fā)邏輯

把上述的16個(gè)MFT動(dòng)作條件輸入到First模塊的輸入引腳In1～I(xiàn)n16。任意一個(gè)MFT動(dòng)作條件觸發(fā)，F(xiàn)irst模塊的輸出引腳D立即為“1”并發(fā)出MFT信號(hào)，且輸出引腳Y記錄下觸發(fā)的輸入引腳序號(hào)（1～16）。

MFT信號(hào)發(fā)出后，通過控制器的邏輯組態(tài)去聯(lián)鎖跳閘相應(yīng)的輔機(jī)設(shè)備，并輸出到三個(gè)DO通道，且三個(gè)DO通道位于不同的三塊DO卡里。

2.5 MFT的復(fù)位及動(dòng)作條件切除邏輯

MFT動(dòng)作后，輸出引腳D及Y的值長期保持，直至鍋爐爐膛完成吹掃后自動(dòng)復(fù)位。

在組態(tài)中，搭建了MFT動(dòng)作條件切除邏輯。當(dāng)把某一MFT動(dòng)作條件切除后，該條件將不參與MFT觸發(fā)邏輯的運(yùn)算。因此，只有在特殊情況下，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行情況，經(jīng)值長批準(zhǔn)，可由熱工組態(tài)人員根據(jù)工作票對(duì)相應(yīng)的MFT動(dòng)作條件進(jìn)行切除操作。endprint

3 硬件跳閘板

硬件跳閘板設(shè)計(jì)采用交流、直流兩套跳閘板冗余設(shè)計(jì)。DCS輸出MFT動(dòng)作信號(hào)至3個(gè)MFT動(dòng)作繼電器，每個(gè)繼電器都含4個(gè)常開觸點(diǎn)。配置2個(gè)手動(dòng)MFT按鈕，每個(gè)按鈕含3個(gè)常開觸點(diǎn)和1個(gè)常閉觸點(diǎn)。

從圖1交流硬件跳閘板電氣回路設(shè)計(jì)圖可看出：該回路跳閘繼電器為得電動(dòng)作，手動(dòng)MFT按鈕觸點(diǎn)與DCS輸出MFT繼電器觸點(diǎn)并聯(lián)，2個(gè)手動(dòng)MFT按鈕觸點(diǎn)串聯(lián)，將3個(gè)MFT動(dòng)作繼電器觸點(diǎn)構(gòu)成3取2動(dòng)作回路。交流跳閘繼電器觸發(fā)后，通繼電器的常開觸點(diǎn)去跳閘相應(yīng)的輔機(jī)設(shè)備?；芈吠ㄟ^繼電器R21實(shí)現(xiàn)自保持，直到MFT復(fù)位信號(hào)觸發(fā)，回路重新失電。

交流硬件跳閘板的工作電源由DCS系統(tǒng)兩路電源切換后提供。在極端情況下，如果DCS兩路工作電源均失去，將導(dǎo)致交流硬件跳閘板回路失電，將產(chǎn)生交流跳閘繼電器拒動(dòng)現(xiàn)象。

在DCS兩個(gè)工作電源均失去的極端情況下，交流硬件跳閘板有拒動(dòng)現(xiàn)象，所以我們?cè)O(shè)計(jì)了直流硬件跳閘板。把DCS兩路電源失電信號(hào)引入直流硬件跳閘板回路，交直流電源都正常時(shí)，交流、直流硬件跳閘板的跳閘繼電器觸點(diǎn)并聯(lián)同時(shí)工作。同時(shí)考慮直流硬件跳閘板也有失去的可能，把直流硬件跳閘板設(shè)計(jì)成失電動(dòng)作，從而保證在最壞的情況下，也能實(shí)現(xiàn)所有進(jìn)入爐膛的燃料能及時(shí)切斷。如圖2直流硬件跳閘板電氣回路設(shè)計(jì)圖所示。手動(dòng)MFT按鈕觸點(diǎn)、DCS輸出MFT繼電器觸點(diǎn)、DCS系統(tǒng)兩路電源失去串聯(lián)，2個(gè)手動(dòng)MFT按鈕的觸點(diǎn)并聯(lián)，將3個(gè)MFT動(dòng)作繼電器觸點(diǎn)構(gòu)成3取2動(dòng)作回路。直流跳閘繼電器觸發(fā)后，通繼電器的常閉觸點(diǎn)去跳閘相應(yīng)的輔機(jī)設(shè)備?；芈吠ㄟ^繼電器R16實(shí)現(xiàn)自保持，直到MFT復(fù)位信號(hào)觸發(fā)，回路重新得電。

4 結(jié)束語

（1）通過對(duì)MFT信號(hào)的處理，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的容錯(cuò)能力，消除了信號(hào)干擾引起的誤動(dòng)。

（2）手動(dòng)跳閘按鈕采取同時(shí)動(dòng)作有效和DCS輸出MFT繼電器3取2的動(dòng)作方式。該方案在確保MFT不拒動(dòng)的前提下，降低了MFT誤動(dòng)的可能性。

（3）MFT軟件邏輯與硬件跳閘板為冗余關(guān)系，任意一個(gè)觸發(fā)MFT，都會(huì)跳閘相應(yīng)的輔機(jī)設(shè)備。

（4）硬件跳閘板采用交流、直流兩套跳閘回路。交流回路為得電動(dòng)作。把DCS系統(tǒng)兩路工作電源散失信號(hào)送至直流跳閘回路，同時(shí)直流跳閘回路設(shè)計(jì)為失電動(dòng)作。在DCS兩路工作電源及MFT直流電源都失電的情況下，均能實(shí)現(xiàn)及時(shí)切斷所有進(jìn)入爐膛的燃料。

通過上述冗余技術(shù)、容錯(cuò)技術(shù)及失電保護(hù)技術(shù)在MFT軟邏輯和硬回路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，保證了MFT邏輯動(dòng)作的正確性，防止出現(xiàn)保護(hù)誤動(dòng)、拒動(dòng)的可能。保證了機(jī)組設(shè)備的安全，避免事故發(fā)生或限制事故進(jìn)一步擴(kuò)大。

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[責(zé)任編輯：張濤]endprint