關(guān)于MFT控制邏輯及硬回路的合理設(shè)置分析

辛 巖，徐 兵，張秋慧，周 博

(1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006；2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司檢修公司，遼寧 沈陽 110006；3. 國網(wǎng)沈陽供電公司，遼寧 沈陽 110003)

1 概述

目前發(fā)電企業(yè)已進入大機組、高參數(shù)、高自動化階段[1]，單元火力發(fā)電機組的設(shè)計中，大都采用DCS來完成MFT功能，隨著DCS系統(tǒng)不斷成熟與完善，為MFT的實現(xiàn)提供了可靠的保障，在實際的調(diào)試運行過程中，當出現(xiàn)危險情況時，MFT系統(tǒng)能及時動作，切斷主燃料并且動作相關(guān)設(shè)備，這種典型的MFT系統(tǒng)可以有效實現(xiàn)對鍋爐的保護[2]。MFT動作將快速切斷所有進入爐膛的燃料，即切斷所有煤或者油的輸入，并送信號給其他設(shè)備，以保證鍋爐的安全，避免事故的發(fā)生或限制事故進一步擴大[3]。

現(xiàn)代大型火電機組大多設(shè)有MFT保護，并且采用DCS控制邏輯及硬跳閘回路2路保護設(shè)置，只要其中任何一路保護動作，MFT保護功能就會動作，保證機組快速安全停止，保護機組安全。但由于機組投運的時間不同，機組型號的不同，以及機組DCS控制設(shè)備不同，導致MFT設(shè)置不盡相同，有些甚至設(shè)置錯誤，無法保證機組安全。本文通過分析不同電廠MFT設(shè)置，根據(jù)規(guī)程的要求，闡述MFT軟件及硬件的合理設(shè)置方式。

2 MFT軟件與硬件設(shè)置之間的聯(lián)系

現(xiàn)代大型火電機組通常采用軟件與硬件2套保護設(shè)置，當其中任何一路動作時，其保護功能就應(yīng)該動作。軟件設(shè)置通常由DCS控制邏輯實現(xiàn)，DCS控制系統(tǒng)通過對不同信號的處理，設(shè)置必要的跳閘條件，當其中任一跳閘條件滿足時，MFT就應(yīng)動作，其動作信號通過DCS控制邏輯，采用DCS內(nèi)部通信或者盤間硬接線的方式來觸發(fā)相應(yīng)的設(shè)備跳閘，并輸出MFT跳閘信號。硬件設(shè)置通常采用硬跳閘繼電器柜來實現(xiàn)，觸發(fā)硬跳閘柜動作的信號一般有3個：DCS發(fā)出的MFT跳閘信號、手動MFT信號、FSSS主保護控制柜失電信號，當任何一個信號滿足時，硬跳閘柜觸發(fā)動作，并通過硬跳閘柜的繼電器輸出，停止或關(guān)閉相關(guān)的設(shè)備，實現(xiàn)MFT保護功能。這樣的設(shè)置既能保證機組在失去硬跳閘柜時，能通過DCS控制邏輯實現(xiàn)跳閘功能，又能保證在失去FSSS主保護控制時，通過運行手動跳閘按鈕觸發(fā)硬跳閘繼電器柜動作，實現(xiàn)保護功能，保證2套設(shè)置彼此獨立又相互聯(lián)系，確保MFT跳閘功能的可靠性，為機組安全提供保障。

3 MFT軟件控制邏輯設(shè)置

對不同機組，由于機組型號不同，點火方式不同，其MFT控制跳閘邏輯也不相同，但對于大多數(shù)機組而言，其跳閘條件至少包括以下幾種保護。

a. 手動停爐按扭。

b. 全爐膛火焰喪失。

c. 爐膛壓力過高/過低。

d. 汽包水位過高/過低(汽包爐)。

e. 給水泵全?；蚪o水流量過低(直流爐)。

f. 全部送風機停運。

g. 全部引風機停運。

h. 煤粉燃燒器投運時，全部一次風機停運(中速磨制粉系統(tǒng))。

i. 燃料全部中斷。

j. 總風量過低。

k. 脫硫跳閘。

針對上述必要條件，在DCS控制邏輯中合理設(shè)置跳閘條件。

a. 手動停爐按扭。運行人員通過按下操作盤的兩個MFT動作按鈕來實現(xiàn)跳閘功能，其控制邏輯如圖1。

圖1 手動停爐按扭邏輯圖

b. 全爐膛火焰喪失。在鍋爐點火之后，若火檢火焰全部喪失，則發(fā)出跳閘信號，其控制邏輯中全部油火焰無火如圖2所示，全部煤火焰無火如圖3所示，失去全部火焰如圖4所示。

圖2 全部油火焰無火邏輯圖

圖3 全部煤火焰無火邏輯圖

圖4 全部火焰無火邏輯圖

c. 全部送風機停運。當全部送風機停止時，觸發(fā)MFT跳閘，控制邏輯如圖5所示。

圖5 全部送風機停運邏輯圖

d. 爐膛壓力過高。當爐膛壓力過高時，觸發(fā)MFT跳閘，控制邏輯如圖6所示。

圖6 爐膛壓力過高邏輯圖

e. 燃料全部中斷。在鍋爐點火之后，若煤層和油層燃料全部喪失，則發(fā)出跳閘信號，其控制邏輯如圖7所示。

圖7 燃料全部中斷邏輯圖

4 MFT硬跳閘柜設(shè)置

根據(jù)規(guī)程要求，鍋爐MFT發(fā)生后，必須經(jīng)爐膛吹掃后，方可進行鍋爐點火。并可保證當DCS完全失靈后，仍能滿足上述要求。因此，對MFT跳閘控制邏輯的硬接線回路及其相應(yīng)的控制邏輯，應(yīng)滿足如下要求。

a. DO通道的設(shè)置。3個DO點應(yīng)分別位于3個DO卡件中，且盡可能在不同的分支或框架內(nèi)，以保證冗余的可靠性。

b. 硬接線控制邏輯的設(shè)置。能保證當DCS失靈(死機)后，當手動緊急停爐按扭指令發(fā)出后，跳閘繼電器可實現(xiàn)自保持。

典型的硬回路原理如圖8所示。

圖8 MFT硬回路原理圖

需要注意的是，MFT動作后，其跳閘繼電器至少必須保證要有3 min的合閘狀態(tài)，以保證跳閘后的所有聯(lián)鎖被可靠執(zhí)行。另外，為滿足機組檢修時的需要，在必要時人工復(fù)位硬跳閘柜，保證設(shè)備能夠正常調(diào)試。為實現(xiàn)上述功能，有2種設(shè)置方式。第1種是利用繼電器回路實現(xiàn)自保持，在回路中增加自保持繼電器或者輸出繼電器選擇帶復(fù)位功能的繼電器，當觸發(fā)MFT的信號發(fā)出時，硬跳閘柜動作并且實現(xiàn)自保持，只有復(fù)位信號且無跳閘信號時，硬跳閘柜復(fù)位，在檢修時，可以人工進行復(fù)位，滿足調(diào)試的要求。另一種是硬跳閘柜不能實現(xiàn)自保持，這樣必須保證觸發(fā)硬跳閘柜的信號至少保持3 min，保證跳閘設(shè)備能夠正確跳閘，3 min后自動復(fù)位。

復(fù)位指令的設(shè)置：對于帶自保持功能的硬跳閘柜，其復(fù)位指令必須由DCS發(fā)出“吹掃完成”信號后才能復(fù)位，如圖9所示。但在檢修時，需要進行人工復(fù)位，這樣就需要必要的按鈕或者人為短接復(fù)位節(jié)點來實現(xiàn)復(fù)位功能。

圖9 MFT復(fù)位邏輯圖

5 軟、硬件常見的問題及解決方法

5.1 軟件

a. 信號的選取要采用冗余的原則，既要信號測點數(shù)量冗余，又要保證信號測點的通道冗余。例如，全部送風機全?；蛉恳L機全停，早期的機組只選擇風機的停止信號“與”的方式作為保護輸出，一旦因為電氣原因或者測點接線松動，極易造成信號無法發(fā)出，導致保護拒動。合理的設(shè)置方式是選擇風機的停止信號、風機運行信號的“非”、風機的電流低信號，這3個信號進行三取二作為保護輸出，這樣的設(shè)置保證了信號的冗余性，有效保證了保護的拒動和誤動的合理性。

b. MFT控制邏輯總出口要用到RS觸發(fā)器，其功能必須要設(shè)置為S端優(yōu)先的觸發(fā)器。若用R端優(yōu)先的觸發(fā)器，會導致復(fù)位信號優(yōu)先于置位端，在一些特殊情況下會導致MFT沒有進行實際的吹掃就復(fù)位，這是不符合要求的，設(shè)置為S端優(yōu)先，就會避免這樣的問題，保證在有跳閘條件的情況下不會復(fù)位MFT跳閘指令。

c. MFT復(fù)位信號必須是吹掃完成信號，或者吹掃完成“與”人工復(fù)位信號。機組發(fā)生MFT跳閘后，管道內(nèi)有殘存的可燃物，MFT不通過人工吹掃而人工直接復(fù)位，極端情況下會導致機組爆燃，對機組的安全造成極大的威脅。另外，規(guī)程上也有明確的要求，必須進行吹掃后進行復(fù)位。

5.2 硬跳閘柜

a. 觸發(fā)信號只選取DCS控制邏輯中MFT跳閘信號輸出。這種設(shè)置方式，只有在DCS控制邏輯正常的情況下才能起作用，當DCS中的FSSS控制柜失電或者故障，硬跳閘柜將失去作用，無法滿足硬件與軟件相對獨立的原則。要增加FSSS控制柜失電和運行MFT操作按鈕這2個信號，保證在DCS失靈或者失電的情況下，運行人員可進行人為干預(yù)，保證在極端情況下仍能實現(xiàn)MFT跳閘功能。

b. 硬跳閘柜電源要設(shè)置合理。硬跳閘柜一般采用1套硬件跳閘2路冗余電源，或者2套硬件跳閘2路冗余電源的配置方式，電源一般選擇220 V交流電或110 V直流電。不管用哪種方式，必須保證不能因為1路電源失電而導致跳閘功能失靈。對于1套硬件跳閘2路冗余電源的配置，可以讓電源冗余，只要任一1路電源正常就能保證硬跳閘柜正常動作；對于2套硬件跳閘2路冗余電源的配置，可以讓其中1路電源為其中1套硬件供電，另外1套電源對應(yīng)另外1套的設(shè)置方式。

c. 硬跳閘柜應(yīng)選擇帶電跳閘方式。若選擇失電跳閘方式，一旦硬跳閘柜失電就會導致MFT動作，機組誤動，對機組的安全運行造成威脅。選擇帶電跳閘，硬跳閘柜失電后DCS控制邏輯還在起作用，不會失去MFT保護功能，所以帶電跳閘更為合理。

6 MFT保護控制畫面

圖10 MFT保護畫面

MFT保護畫面要簡要明確，其中要包括以下幾個內(nèi)容。

a. 保護跳閘條件的當前動作狀態(tài)。

b. 保護跳閘條件投切狀態(tài)。

c. 保護跳閘條件保護首出狀態(tài)。

d. MFT總輸出狀態(tài)。

e. 硬跳閘柜當前動作狀態(tài)。

f. 硬跳閘柜電源狀態(tài)。

圖10為某電廠MFT保護畫面。

7 結(jié)束語

機組安全性是系統(tǒng)在運行過程中表現(xiàn)出來的一種特性[4]，MFT保護作為機組的主保護，必須要合理設(shè)置，要在DCS控制軟件及硬跳閘柜2個方面進行檢查，保證其功能的完善性和設(shè)置的合理性，這樣才能保證機組的安全穩(wěn)定運行[5]。

[1] 蔣大偉，于龍斌. 汽輪發(fā)電機安全運行極限圖繪制方法[J]. 東北電力技術(shù)，2016，37(7):9-10.

[2] 劉文豐，尋 歡. 火電機組主保護硬回路典型設(shè)計及可靠性分析[J]. 中國電力，2013，17(2)：29-30.

[3] 董勝元. 國華滄電二期超臨界機組鍋爐MFT系統(tǒng)可靠性分析[J]. 電站系統(tǒng)工程，2012，31(20)：38-39.

[4] 蔡 幟，戴 賽，趙 昆. 未來國內(nèi)電網(wǎng)調(diào)度與控制模式展望[J]. 東北電力技術(shù)，2016，37(8)：1-2.

[5] 王 禮，劉國華，揭其良. 超超臨界燃煤機組AGC及一次調(diào)頻優(yōu)化[J]. 東北電力技術(shù)，2015，36(7)：1-2.