熱工單點(diǎn)保護(hù)的優(yōu)化改造

孫亞偉

(國(guó)電蓬萊發(fā)電有限公司，山東 蓬萊 265600)

0 引言

隨著科技的發(fā)展以及安全理念的不斷進(jìn)步，機(jī)組重要設(shè)備運(yùn)行的可靠性越來(lái)越受重視。為了確保火電機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)機(jī)組保護(hù)控制系統(tǒng)要求越來(lái)越高。當(dāng)前各發(fā)電企業(yè)中，許多重要設(shè)備的保護(hù)或多或少存在單點(diǎn)保護(hù)情況，為此可通過(guò)技術(shù)改造，增加壓力、流量、液位等保護(hù)測(cè)點(diǎn)，提高保護(hù)的質(zhì)量和可靠性。但由于受工藝限制，通常對(duì)汽輪機(jī)軸承溫度及其他重要6 kV輔機(jī)設(shè)備的電機(jī)軸承溫度只能采用單點(diǎn)保護(hù)方式。由于受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境影響，測(cè)溫元件容易出現(xiàn)接觸不良或斷線等故障，從而引起溫度保護(hù)系統(tǒng)誤動(dòng)作，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1 模擬量溫度單點(diǎn)保護(hù)邏輯優(yōu)化

1.1 事件經(jīng)過(guò)

2017-07-22T04：25，某廠發(fā)生一起B(yǎng)汽動(dòng)給水泵保護(hù)跳閘現(xiàn)象。查看跳閘首出記錄，發(fā)現(xiàn)是汽動(dòng)給水泵推力軸承外側(cè)溫度2測(cè)點(diǎn)溫度高保護(hù)動(dòng)作。通過(guò)查看歷史趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)該溫度點(diǎn)從04：17左右開始波動(dòng)，波動(dòng)范圍為65—150 ℃；04：25：26，溫度高保護(hù)發(fā)出，給水泵跳閘。

在事故處理中，發(fā)現(xiàn)B汽動(dòng)給水泵推力軸承外側(cè)溫度2測(cè)點(diǎn)接線端子處有油漬。油漬導(dǎo)致端子排兩端接線端子接觸不良，使B汽動(dòng)給水泵推力軸承外側(cè)溫度2波動(dòng)，造成設(shè)備跳閘。將油漬擦干凈并更換端子排后，溫度指示正常。

1.2 原因分析

軸承溫度保護(hù)邏輯如圖1所示。汽泵推力軸承外側(cè)溫度2測(cè)點(diǎn)在04：17：41左右開始跳變，因溫度跳變期間顯示好點(diǎn)，故質(zhì)量判斷功能模塊(QCA)一直投入正常；雖然溫度波動(dòng)已達(dá)跳閘值，但此時(shí)溫度變化速率超過(guò)設(shè)定值，溫度高及速率判斷模塊起作用，閉鎖保護(hù)動(dòng)作。04：25：26，溫度仍為好點(diǎn)，但是溫度變化速率變慢，沒(méi)有超過(guò)設(shè)定的速率變化值，并且溫度已達(dá)跳閘值，導(dǎo)致溫度高保護(hù)動(dòng)作發(fā)出，汽動(dòng)給水泵跳閘。

1.3 優(yōu)化方案

分析這次保護(hù)誤動(dòng)的原因可知，要實(shí)現(xiàn)可靠的保護(hù)，邏輯需要有容錯(cuò)功能，且要對(duì)信號(hào)源的質(zhì)量進(jìn)行準(zhǔn)確判斷；一旦信號(hào)源異常，應(yīng)立即切除保護(hù)，并具有相應(yīng)的報(bào)警功能，提示運(yùn)行人員進(jìn)一步判斷；當(dāng)人工判斷信號(hào)源正常后，再手動(dòng)投入保護(hù)。

圖1 軸承溫度保護(hù)邏輯

在原邏輯方案的基礎(chǔ)上，提出了如圖2所示的邏輯優(yōu)化方案。

(1) 如果溫度信號(hào)變化率超過(guò)速率限制(每臺(tái)設(shè)備的限制不一樣，應(yīng)由生產(chǎn)廠家確定)時(shí)，S-R觸發(fā)器置“1”(報(bào)警)，同時(shí)閉鎖保護(hù)動(dòng)作。正常情況下，溫度變化是一個(gè)緩慢的過(guò)程；如果有突變，即便變化率未超限也可肯定是測(cè)量環(huán)節(jié)存在問(wèn)題。采用速率閉鎖功能塊可以避免這個(gè)漏洞。

(2) 溫度信號(hào)出現(xiàn)1次壞點(diǎn)時(shí)，S-R觸發(fā)器置“1”(報(bào)警)，同時(shí)閉鎖保護(hù)動(dòng)作。

(3) S-R觸發(fā)器輸出為“1”(報(bào)警)時(shí)，只有人工手動(dòng)復(fù)位才能使S-R觸發(fā)器置“0”(保護(hù)投入)，確保信號(hào)異常時(shí)的第一時(shí)間切除保護(hù)，并發(fā)出聲光報(bào)警，以便運(yùn)行、熱工人員采取相關(guān)措施，防止事故擴(kuò)大。

(4) 只有在溫度信號(hào)不是壞點(diǎn)，變化速率在合理范圍內(nèi)，溫度保護(hù)超過(guò)跳閘值時(shí)，保護(hù)才會(huì)動(dòng)作，保證了保護(hù)的正確性和可靠性。

1.4 注意事項(xiàng)

優(yōu)化方案有較好的邏輯容錯(cuò)能力，但是一個(gè)完善的邏輯保護(hù)其拒動(dòng)率也要低，所以如何定義一個(gè)恰當(dāng)?shù)臏囟人俾书]鎖就顯得特別重要。在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)當(dāng)咨詢廠家確定速率限制。

在方案實(shí)際應(yīng)用中，邏輯頁(yè)的掃描周期也很重要。采用溫度高模塊，則應(yīng)增加延時(shí)閉合模塊，并且延時(shí)閉合模塊的時(shí)間定值應(yīng)略大于邏輯頁(yè)的掃描周期，以防止溫度高模塊誤發(fā)時(shí)因保護(hù)還未切除導(dǎo)致的保護(hù)誤動(dòng)。

1.5 應(yīng)用情況

現(xiàn)對(duì)汽輪機(jī)軸承溫度、小機(jī)及汽動(dòng)給水泵的軸承溫度采用這種控制策略，提高了保護(hù)的可靠性和穩(wěn)定性。新建電廠350 MW和600 MW機(jī)組多數(shù)采用單輔機(jī)配置，這就使單輔機(jī)保護(hù)的重要性上升到和主保護(hù)同等地位，但是在出廠時(shí)對(duì)6 kV電機(jī)前后軸承溫度只配置1個(gè)測(cè)點(diǎn)位置。受工藝限制，現(xiàn)在火電廠多數(shù)6 kV電機(jī)軸承溫度都是單點(diǎn)保護(hù)，導(dǎo)致保護(hù)可靠性不高。

6 kV電機(jī)線圈繞組溫度一般都配置6個(gè)測(cè)點(diǎn)，而電機(jī)繞組溫度不參與電機(jī)保護(hù)，只是一個(gè)參考指標(biāo)。對(duì)此可以采用如下方法加以改進(jìn)：電機(jī)前后軸承溫度測(cè)點(diǎn)采用雙支溫度元件，減少2個(gè)電機(jī)線圈繞組溫度測(cè)點(diǎn)，增加電機(jī)前后軸承溫度測(cè)點(diǎn)；邏輯中采用“2取2”邏輯判斷，只有當(dāng)軸承2個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)都達(dá)到跳閘值時(shí)，保護(hù)才動(dòng)作。

圖2 軸承溫度保護(hù)優(yōu)化邏輯

2 開關(guān)量單點(diǎn)保護(hù)邏輯優(yōu)化

2.1 事件經(jīng)過(guò)

2018-01-28T03：21，某廠發(fā)生一起C循環(huán)水泵保護(hù)跳閘故障。查看跳閘首出記錄，發(fā)現(xiàn)循環(huán)水泵出口電動(dòng)門全關(guān)保護(hù)動(dòng)作。查看歷史趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)跳閘發(fā)生前，循環(huán)水泵運(yùn)行期間出口電動(dòng)門顯示全開；跳閘發(fā)生時(shí)，電動(dòng)門全關(guān)，信號(hào)突然發(fā)出，同時(shí)全開信號(hào)一直存在，沒(méi)有消失。在事故處理中，發(fā)現(xiàn)循環(huán)水泵的出口電動(dòng)門接線盒受潮，導(dǎo)致電動(dòng)門全關(guān)信號(hào)誤發(fā)，循環(huán)水泵保護(hù)誤動(dòng)，設(shè)備跳閘。

2.2 原因分析

出口門關(guān)閉保護(hù)動(dòng)作的邏輯如圖3所示。當(dāng)循環(huán)水泵運(yùn)行時(shí)，收到出口門全關(guān)信號(hào)后，保護(hù)跳閘信號(hào)發(fā)出，循環(huán)水泵跳閘。

圖3 循泵出口門關(guān)閉保護(hù)動(dòng)作邏輯

2.3 優(yōu)化方案

在原邏輯方案的基礎(chǔ)上提出了優(yōu)化方案，如圖4所示。

(1) 泵出口門全開、全關(guān)信號(hào)同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，S-R觸發(fā)器置“1”（報(bào)警），同時(shí)閉鎖保護(hù)動(dòng)作；當(dāng)泵出口電動(dòng)門全開、全關(guān)信號(hào)都消失，且消失時(shí)間大于電動(dòng)門全開或全關(guān)動(dòng)作行程時(shí)間時(shí)，S-R觸發(fā)器置“1”（報(bào)警），同時(shí)閉鎖保護(hù)動(dòng)作。

(2) S-R觸發(fā)器置“1”（報(bào)警）時(shí)，只有人工手動(dòng)復(fù)位才能使S-R觸發(fā)器置“0”(保護(hù)投入)，確保信號(hào)異常時(shí)第一時(shí)間切除保護(hù)，并發(fā)出聲光報(bào)警，以便運(yùn)行、熱工人員采取相關(guān)措施，防止事故擴(kuò)大。

(3) 只有泵運(yùn)行時(shí)，全關(guān)信號(hào)出現(xiàn)且全開信號(hào)消失時(shí)保護(hù)才會(huì)動(dòng)作，保證了保護(hù)的正確和可靠。

2.4 注意事項(xiàng)

該優(yōu)化方案有較好的邏輯容錯(cuò)能力，但是一個(gè)完善的邏輯保護(hù)其拒動(dòng)率也要低，因此實(shí)際運(yùn)行中邏輯頁(yè)的掃描周期也很重要。要求出口門全關(guān)的延時(shí)閉合模塊的時(shí)間定值應(yīng)略大于邏輯頁(yè)的掃描周期，防止全關(guān)信號(hào)誤發(fā)時(shí)保護(hù)還未切除而導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)；出口門全開全關(guān)判斷的延時(shí)閉合模塊時(shí)間應(yīng)大于電動(dòng)門全動(dòng)作行程時(shí)間。

3 空預(yù)器運(yùn)行信號(hào)優(yōu)化

3.1 事件經(jīng)過(guò)

2017-06-04T18：43，某廠B空預(yù)器主電機(jī)電流到0，空預(yù)器停止運(yùn)行，但B空預(yù)器主電機(jī)顯示運(yùn)行狀態(tài)。

運(yùn)行人員通過(guò)煙溫異常升高判斷該空預(yù)器停止運(yùn)行，聯(lián)系熱工人員配合，手動(dòng)停止空預(yù)器主電機(jī)運(yùn)行，啟動(dòng)空預(yù)器輔助電機(jī)。但由于空預(yù)器停止時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，啟動(dòng)失敗，同側(cè)送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)跳閘。

3.2 原因分析

圖4 出口門關(guān)閉保護(hù)優(yōu)化邏輯

該廠空預(yù)器運(yùn)行信號(hào)取自空預(yù)器電機(jī)接觸器的輔助接點(diǎn)信號(hào)，由于空預(yù)器主電機(jī)相間絕緣降到0，造成動(dòng)力回路失電；但控制回路電源是獨(dú)立于動(dòng)力回路的電源，在動(dòng)力電源喪失的情況下，控制回路電源存在，接觸器沒(méi)有斷開，造成該空預(yù)器依然顯示運(yùn)行。

3.3 優(yōu)化方案

(1) 控制回路改進(jìn)。在空預(yù)器動(dòng)力回路內(nèi)增加電壓監(jiān)視繼電器，將空預(yù)器電機(jī)動(dòng)力電源消失信號(hào)串入空預(yù)器控制回路。當(dāng)動(dòng)力電源消失時(shí)，控制回路自動(dòng)斷開，從而使接觸器斷開。

(2) 加裝轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置。如果空預(yù)器運(yùn)行信號(hào)取自空預(yù)器主、副電機(jī)的運(yùn)行信號(hào)，再加上電機(jī)電流來(lái)判斷空預(yù)器是否運(yùn)行，又可能會(huì)發(fā)生減速箱斷軸、電機(jī)空轉(zhuǎn)，但空預(yù)器實(shí)際已經(jīng)停止運(yùn)行的情況。所以空預(yù)器的運(yùn)行信號(hào)不應(yīng)該取自空預(yù)器主、副電機(jī)的運(yùn)行信號(hào)，而應(yīng)該配備獨(dú)立的轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置，通過(guò)該轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置的信號(hào)來(lái)判斷空預(yù)器是否運(yùn)行。

據(jù)此，對(duì)空預(yù)器加裝3套獨(dú)立轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置，空預(yù)器運(yùn)行信號(hào)不應(yīng)“3取2”，應(yīng)當(dāng)“3取1”，即只要有1個(gè)空預(yù)器轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置判斷空預(yù)器運(yùn)行，則空預(yù)器就處于運(yùn)行狀態(tài)。

4 關(guān)于主要輔機(jī)停止運(yùn)行信號(hào)判斷

當(dāng)機(jī)組主要輔機(jī)故障跳閘造成機(jī)組實(shí)發(fā)功率受到限制時(shí)，為適應(yīng)設(shè)備出力，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)會(huì)強(qiáng)制將機(jī)組負(fù)荷減到尚在運(yùn)行的輔機(jī)所能承受的負(fù)荷目標(biāo)值，所以主要輔機(jī)停止運(yùn)行信號(hào)判斷正確與否將直接影響機(jī)組是否安全穩(wěn)定運(yùn)行。很多電廠都是將機(jī)組主要輔機(jī)6 kV開關(guān)的分閘信號(hào)或者合閘信號(hào)取反后，作為機(jī)組主要輔機(jī)停止運(yùn)行信號(hào)，此種舉措不安全且不符合“二十五項(xiàng)反措”要求，必須對(duì)此提高警惕。

在實(shí)際運(yùn)行中，可將設(shè)備6 kV開關(guān)的分閘信號(hào)取反、合閘信號(hào)取反、實(shí)際電流小于電機(jī)空負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的電流作為判斷信號(hào)，將這3個(gè)信號(hào)“3取2”后，再將所得的信號(hào)作為主要輔機(jī)故障停止運(yùn)行的判斷依據(jù)。

5 結(jié)束語(yǔ)

(1) 在DCS的運(yùn)用中，首先要以系統(tǒng)的安全可靠為前提，不能拘泥于DCS的組態(tài)方式和限制于系統(tǒng)功能，要?jiǎng)?chuàng)新解決方案，使系統(tǒng)組態(tài)更加安全可靠，盡量發(fā)揮系統(tǒng)軟件的最大功能。

(2) 與多點(diǎn)保護(hù)相比，單點(diǎn)保護(hù)相對(duì)薄弱，震動(dòng)、灰塵、銹蝕、元器件損壞、接線松動(dòng)、電磁干擾等都可能引起測(cè)點(diǎn)信號(hào)不準(zhǔn)甚至成為壞點(diǎn)，因此應(yīng)特別重視測(cè)點(diǎn)安裝、信號(hào)傳輸?shù)囊?guī)范及維護(hù)，以提高其可靠性。