獨(dú)立于DEH系統(tǒng)的三重冗余OPC功能設(shè)計(jì)

冀樹(shù)春

(國(guó)家能源集團(tuán)國(guó)神技術(shù)研究院，陜西 西安 710065)

0 引言

汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)是高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備，其超速限制(overspeed protection control，OPC)系統(tǒng)是防止汽輪機(jī)超速、保證發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行的重要安全控制系統(tǒng)。OPC系統(tǒng)功能一般包含在數(shù)字電液(digital electric hydraulic，DEH)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中。DL/T1055-2007《發(fā)電廠汽輪機(jī)、水輪機(jī)技術(shù)監(jiān)督導(dǎo)則》5.1.19條要求“超速保護(hù)限制系統(tǒng)宜與DEH在設(shè)計(jì)上分開(kāi)，采用獨(dú)立的硬件和軟件實(shí)現(xiàn)”[1]；DL/T338-2010《并網(wǎng)運(yùn)行汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)技術(shù)監(jiān)督導(dǎo)則》5.8條要求“為防止汽輪機(jī)超速應(yīng)設(shè)計(jì)OPC功能，快速關(guān)閉調(diào)節(jié)汽門而機(jī)組不停機(jī)，并采用獨(dú)立的軟件和硬件實(shí)現(xiàn)”[2]。由此可見(jiàn)，汽輪機(jī)OPC系統(tǒng)應(yīng)獨(dú)立于DEH系統(tǒng)。獨(dú)立的OPC系統(tǒng)主要是指OPC控制應(yīng)不完全依賴于DEH系統(tǒng)的硬件和軟件，且不能與DEH系統(tǒng)集成的OPC系統(tǒng)功能相沖突。所以，研究一種采用通用緊急停機(jī)裝置(emergency stop device，ESD)設(shè)計(jì)的OPC系統(tǒng)裝置非常必要。它既能彌補(bǔ)DEH系統(tǒng)沒(méi)有獨(dú)立硬件的OPC系統(tǒng)裝置缺點(diǎn)，又能滿足相關(guān)技術(shù)監(jiān)督標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程導(dǎo)則等要求，使汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行更安全、可靠。

1 OPC系統(tǒng)的相關(guān)概念

DL/T996-2006《火力發(fā)電廠汽輪機(jī)電液控制系統(tǒng)技術(shù)條件》5.3.1.1條，規(guī)定了汽輪機(jī)的OPC系統(tǒng)的四個(gè)功能。

①轉(zhuǎn)速達(dá)到103%額定轉(zhuǎn)速(overspeed protection，OS)。

②負(fù)荷大于30%(再熱機(jī)組)、發(fā)電機(jī)解列(load drop anticipator，LDA)。

③汽機(jī)轉(zhuǎn)子加速度大于或等于設(shè)定值(acceleration overspeed protection，ACC )。

④汽輪機(jī)機(jī)械功率與發(fā)電機(jī)有功功率不平衡(power load unbalance，PLU)。

DL/T996-2006的5.3.1.2條和5.3.1.3條指出，前兩項(xiàng)為OPC系統(tǒng)的基本條件，后兩項(xiàng)為可選條件。ACC和PLU既可作為超速限制條件，又可作為閥門快控(fast valve action，F(xiàn)VA)的判斷依據(jù)[3]。

1.1 OPC系統(tǒng)的OS功能

DL/T996-2006的8.10.3條指出：“當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到103%額定轉(zhuǎn)速時(shí),OPC電磁閥動(dòng)作，關(guān)閉調(diào)速汽門，負(fù)荷給定自動(dòng)置零，系統(tǒng)切為轉(zhuǎn)速控制。當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速低于102%額定轉(zhuǎn)速時(shí)，OPC電磁閥恢復(fù)，維持機(jī)組在額定轉(zhuǎn)速3 000 r/min下運(yùn)行”[3]。也就是說(shuō)，OPC系統(tǒng)OS功能的動(dòng)作轉(zhuǎn)速為3 090 r/min，恢復(fù)轉(zhuǎn)速為3 060 r/min，死區(qū)為30 r/min。當(dāng)DEH系統(tǒng)正常時(shí)，則DEH系統(tǒng)切換為轉(zhuǎn)速控制。

1.2 OPC系統(tǒng)的LDA功能

DL/T996-2006的8.10.2條指出：“當(dāng)汽輪機(jī)負(fù)荷大于30%額定負(fù)荷(再熱機(jī)組)、并確認(rèn)發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)跳閘時(shí)，OPC電磁閥動(dòng)作，關(guān)閉調(diào)速汽門；負(fù)荷給定自動(dòng)置零，系統(tǒng)切為轉(zhuǎn)速控制；OPC電磁閥延時(shí)恢復(fù)，維持機(jī)組在額定轉(zhuǎn)速3 000 r/min下穩(wěn)定運(yùn)行”[3]。也就是說(shuō)，LDA功能需要同時(shí)滿足“汽輪機(jī)負(fù)荷大于30%的信號(hào)”與“發(fā)電機(jī)解列信號(hào)”兩個(gè)條件。LDA動(dòng)作信號(hào)為脈沖信號(hào)，調(diào)速汽門關(guān)閉后，系統(tǒng)切為轉(zhuǎn)速控制。根據(jù)轉(zhuǎn)速再控制調(diào)速汽門開(kāi)度，維持機(jī)組在額定轉(zhuǎn)速3 000 r/min。

1.3 OPC系統(tǒng)的ACC功能

DL/T996-2006的8.10.4條指出:“當(dāng)汽機(jī)轉(zhuǎn)子加速度大于或等于設(shè)定值、并確認(rèn)發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)在合閘狀態(tài)時(shí)，OPC電磁閥動(dòng)作，迅速關(guān)閉中壓調(diào)節(jié)汽門(或高中壓調(diào)節(jié)汽門)，實(shí)現(xiàn)閥門快控FVA，OPC電磁閥延時(shí)恢復(fù)開(kāi)啟調(diào)節(jié)汽門，接帶負(fù)荷”；“當(dāng)發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)跳閘時(shí)，迅速關(guān)閉高、中壓調(diào)節(jié)汽門，OPC電磁閥延時(shí)恢復(fù)，維持汽機(jī)在3 000 r/min下穩(wěn)定運(yùn)行”[3]。

也就是說(shuō)，ACC功能分為機(jī)組并網(wǎng)和解列兩種情況。機(jī)組并網(wǎng)情況的動(dòng)作，稱作FVA。FVA功能的投入以及相關(guān)定值，按照DL/T338-2010的5.6條“應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)要求及機(jī)組本身實(shí)際情況決定調(diào)節(jié)汽門是否具有快控FVA功能”[2]，但其不影響OPC系統(tǒng)的硬件選型。機(jī)組解列情況下的ACC功能，與LDA功能大同小異，ACC的動(dòng)作信號(hào)同樣為脈沖信號(hào)。

1.4 OPC系統(tǒng)的PLU功能

DL/T996-2006的8.10.5條指出：“當(dāng)汽輪機(jī)機(jī)械功率與發(fā)電機(jī)有功功率不平衡、并確認(rèn)發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)在合閘狀態(tài)時(shí)，OPC電磁閥動(dòng)作，迅速關(guān)閉中壓調(diào)節(jié)汽門(或高、中壓調(diào)節(jié)汽門)，實(shí)現(xiàn)閥門快控FVA，OPC電磁閥延時(shí)恢復(fù)開(kāi)啟調(diào)節(jié)汽門，接帶負(fù)荷”；“當(dāng)發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)跳閘時(shí)，迅速關(guān)閉高、中壓調(diào)節(jié)汽門，OPC電磁閥延時(shí)恢復(fù)，維持機(jī)組在3 000 r/min下穩(wěn)定運(yùn)行”；“非再熱機(jī)組可采用調(diào)節(jié)級(jí)后壓力代表汽輪機(jī)機(jī)械功率，中間再熱機(jī)組可采用中壓調(diào)節(jié)汽門后壓力代表汽輪機(jī)機(jī)械功率”[3]。

由此可知，PLU的動(dòng)作邏輯與ACC功能基本一致，也同樣分為并網(wǎng)情況下FVA和非并網(wǎng)情況下的OPC兩種。同樣，無(wú)論采用哪個(gè)參數(shù)代表機(jī)械功率，都不影響OPC系統(tǒng)的硬件選型。

2 獨(dú)立OPC系統(tǒng)參數(shù)分析

2.1 OPC系統(tǒng)I/O信號(hào)設(shè)計(jì)分析

由第1節(jié)可知，按照《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》(國(guó)能安全[2014]161號(hào))以及DL/T1055-2007、DL/T338-2010、DL/T996-2006等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程導(dǎo)則冗余配置要求，采用“3取2”獨(dú)立取源、冗余配置的原則，OPC系統(tǒng)主要輸入信號(hào)至少應(yīng)該設(shè)計(jì)如下。

①轉(zhuǎn)速信號(hào)，3個(gè)脈沖量。

②機(jī)械功率信號(hào)，3個(gè)模擬量。

③發(fā)電機(jī)有功功率信號(hào)，3個(gè)模擬量。

④發(fā)電機(jī)解列或并網(wǎng)信號(hào)，3個(gè)開(kāi)關(guān)量，并分別對(duì)應(yīng)反饋至DEH、聯(lián)關(guān)伺服卡、報(bào)警、事故記憶事件順序記錄(sequence of event,SOE)系統(tǒng)。

⑤超速試驗(yàn)(OS解除或投入)信號(hào)，1個(gè)開(kāi)關(guān)量。

⑥LDA解除或投入信號(hào)，1個(gè)開(kāi)關(guān)量。

⑦ACC解除或投入信號(hào)，1個(gè)開(kāi)關(guān)量。

⑧PLU除或投入信號(hào)，1個(gè)開(kāi)關(guān)量。

OPC系統(tǒng)主要輸出信號(hào)應(yīng)該設(shè)計(jì)如下。

①OPC動(dòng)作反饋至DEH系統(tǒng)信號(hào)，3個(gè)開(kāi)關(guān)量。

②OPC動(dòng)作表決信號(hào)或動(dòng)作信號(hào)，單通道3個(gè)開(kāi)關(guān)量；如采用雙通道冗余設(shè)計(jì)，則6個(gè)開(kāi)關(guān)量。

③OPC動(dòng)作報(bào)警信號(hào)，1個(gè)開(kāi)關(guān)量，并分別反饋至DEH、DCS、SOE。

如采用安全完整性等級(jí)符合SIL3標(biāo)準(zhǔn)的裝置，由于其I/O取樣和電源互相獨(dú)立，不允許互聯(lián)共用信號(hào)，還需增加相應(yīng)信號(hào)I/O點(diǎn)。

2.2 OPC系統(tǒng)軟件功能邏輯算法設(shè)計(jì)

同樣，由第1節(jié)可知，OPC系統(tǒng)裝置的軟件應(yīng)至少支持“與(and)”、“或(or)”、“非(no)”、“異或(xor)”等邏輯運(yùn)算，支持“三重冗余(TMR)”、“閥值檢測(cè)(Threshold detection)”、“延時(shí)(delay)”、“脈沖(pulse)”等軟件邏輯，支持“加(+)”、“減(-)”、“折線函數(shù)[f(x)]”等數(shù)學(xué)運(yùn)算；同時(shí)，還需支持轉(zhuǎn)速測(cè)量和加速度計(jì)算，并滿足輸入頻率信號(hào)范圍的算法要求。

2.3 OPC系統(tǒng)可靠性要求

獨(dú)立的OPC系統(tǒng)裝置，作為DEH系統(tǒng)的OPC邏輯功能的后備手段，必須具有高穩(wěn)定性、高可靠性，且至少應(yīng)滿足雙路電源輸入、輸入通道隔離和輸出通道隔離、容錯(cuò)技術(shù)、性能檢測(cè)和預(yù)警、故障和檢測(cè)診斷、故障報(bào)警及屏蔽技術(shù)等要求。

2.4 OPC系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求

OPC動(dòng)作響應(yīng)時(shí)間應(yīng)滿足DL/T996-2006的6.8條“對(duì)于超速保護(hù)跳閘( overspeed protection trip，OPT)和超速限制OPC無(wú)專用模件的系統(tǒng)。為滿足超速保護(hù)OPT和超速限制OPC的響應(yīng)速度，宜采用獨(dú)立的控制器，其工作周期應(yīng)不大于20 ms”[3]。DL/T656-2016《火力發(fā)電廠汽輪機(jī)控制及保護(hù)系統(tǒng)驗(yàn)收測(cè)試規(guī)程》5.10.3條“對(duì)于無(wú)專用模件完成超速保護(hù)跳閘OPT和超速保護(hù)控制OPC功能的系統(tǒng)，宜采用獨(dú)立的控制器，其處理周期不應(yīng)大于20 ms”的要求[4]。同時(shí)，OPC動(dòng)作的響應(yīng)時(shí)間應(yīng)滿足GB/T30372-2013《火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)驗(yàn)收導(dǎo)則》5.9.3條“采用硬件的OPC動(dòng)作回路的響應(yīng)時(shí)間應(yīng)不大于20 ms，采用軟件系統(tǒng)的OPC處理周期應(yīng)不大于50 ms”的要求[5]。

因此，作為通用的OPC系統(tǒng)，采用軟件處理器完成OPC功能比較合適，軟件處理器可方便地通過(guò)組態(tài)適應(yīng)任何機(jī)組情況。而選擇OPC處理器硬件的掃描周期應(yīng)小于20 ms，處理周期不應(yīng)大于50 ms。

3 獨(dú)立OPC系統(tǒng)設(shè)計(jì)

OPC系統(tǒng)首先要硬件可靠，其次I/O配置和軟件功能、掃描周期等要滿足特定OPC系統(tǒng)需要。針對(duì)OPC系統(tǒng)的通用要求，以Woodward公司的數(shù)學(xué)增加型超速保護(hù)系統(tǒng)(total protection system，TPS)裝置為例進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.1 OPC系統(tǒng)硬件選型可靠性設(shè)計(jì)

Woodward公司的數(shù)學(xué)增加型TPS為滿足安全儀表IEC61508 SIL3標(biāo)準(zhǔn)的ESD裝置[6]，常用于小型機(jī)械的緊急停機(jī)系統(tǒng)。該裝置具有三個(gè)冗余的獨(dú)立模塊，支持三重冗余(triple modular redundant，TMR)的三重表決邏輯；每個(gè)模塊支持“兩路高壓交流電源”或“一路高壓交流、一路低壓直流電源”；支持IRIG-B格式的時(shí)間同步信號(hào)；支持內(nèi)部I/O電源；支持轉(zhuǎn)速6～32 kHz信號(hào)，精度±0.04%，加速度精度±1%；支持轉(zhuǎn)速通道尋循環(huán)測(cè)試。該裝置I/O檢測(cè)卡件電源獨(dú)立。

3.2 OPC系統(tǒng)I/O模件配置設(shè)計(jì)

Woodwar的TPS系統(tǒng)每個(gè)模塊可提供1個(gè)轉(zhuǎn)速專用輸入通道，13個(gè)AI/DI通用輸入通道(其中10個(gè)通道可組態(tài))，5個(gè)固態(tài)繼電器輸出通道(其中3個(gè)通道可組態(tài))，1個(gè)模擬量輸出通道；支持模件內(nèi)、模件間三重冗余邏輯[7]。對(duì)于OPC系統(tǒng)裝置應(yīng)用設(shè)計(jì)，根據(jù)2.1節(jié)的I/O信號(hào)參數(shù)分析結(jié)果，該OPC系統(tǒng)裝置的I/O信號(hào)及模塊預(yù)分配如表1所示。

表1 OPC系統(tǒng)的I/O信號(hào)及模塊預(yù)分配表

由表1可知：轉(zhuǎn)速和負(fù)荷合用一塊模件1，發(fā)電機(jī)解列信號(hào)每塊輸入模件的一個(gè)輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)四個(gè)輸出信號(hào)給DEH系統(tǒng)、關(guān)聯(lián)伺服卡、報(bào)警、SOE。

3.3 OPC系統(tǒng)軟件功能設(shè)計(jì)

采用增強(qiáng)型TPS，其處理器必須具有較強(qiáng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算能力，至少需要支持的邏輯、數(shù)學(xué)等運(yùn)算類型和相應(yīng)數(shù)量。OPC的TPS軟件算法模塊數(shù)量如表2所示。其中，轉(zhuǎn)速信號(hào)和加速度信號(hào)三重冗余是共享冗余，其他模擬量信號(hào)可在其模塊內(nèi)冗余、也可共享冗余。OPC系統(tǒng)裝置支持事件記錄功能，包括超速和加速度事件、跳閘事件、報(bào)警事件、自定義的其他事件等信息。

表2 OPC的TPS軟件算法模塊數(shù)量

3.4 OPC系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間設(shè)計(jì)

OPC系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間應(yīng)在4～19 ms之間。這是因?yàn)榫唧w響應(yīng)時(shí)間取決于是否應(yīng)用三取二表決邏輯、轉(zhuǎn)速信號(hào)頻率和設(shè)定點(diǎn)，以及是否應(yīng)用轉(zhuǎn)速三重冗余管理模塊等因素。在滿足OPC系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范下，采用三取二表決邏輯和轉(zhuǎn)速三重冗余管理模塊設(shè)計(jì)。

3.5 獨(dú)立OPC系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)

在無(wú)獨(dú)立OPC系統(tǒng)裝置的DEH系統(tǒng)中，增加獨(dú)立OPC保護(hù)功能。其邏輯回路應(yīng)與DEH系統(tǒng)的OPC軟件邏輯保持一致，這里不贅述。其中，ACC和PLU功能采用轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)速的偏差，與轉(zhuǎn)子加速度值、負(fù)荷偏差值聯(lián)合作用的方法實(shí)現(xiàn)，即ACC、PLU保護(hù)的設(shè)定值按照轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)速的偏差修正OPC動(dòng)作設(shè)定值，以便更好地預(yù)防汽輪機(jī)超速，并防止該超速保護(hù)誤動(dòng)。

轉(zhuǎn)速信號(hào)、負(fù)荷信號(hào)、功率信號(hào)可采用共享三重冗余邏輯，也可采用單一邏輯和三重冗余表決模塊的形式。對(duì)于發(fā)電機(jī)解列(并網(wǎng))信號(hào)，每個(gè)模塊引入三個(gè)信號(hào)后三重冗余，也可每個(gè)模塊各引入一個(gè)信號(hào)，采用共享冗余的方式。本設(shè)計(jì)采用轉(zhuǎn)速信號(hào)、負(fù)荷信號(hào)共享三重冗余邏輯，解列(并網(wǎng))信號(hào)采用1個(gè)模塊各引入一個(gè)信號(hào)的共享冗余方式，形成共享三重冗余、雙道通跳閘回路OPC系統(tǒng)裝置。

按照TPS裝置的手冊(cè)，對(duì)于表決模塊，采用共享或非共享三重冗余模塊后的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子加速度、負(fù)荷和功率信號(hào)，進(jìn)行OPC邏輯運(yùn)算的系統(tǒng)，可以不配置三重冗余表決模塊。該OPC系統(tǒng)采用共享三重冗余表決模塊設(shè)計(jì)。

Woodwar增強(qiáng)型TPS系統(tǒng)邏輯組態(tài)采用填表形式，首先畫出邏輯圖并為相關(guān)模塊編號(hào)；然后按照邏輯圖順序填入相關(guān)功能中相應(yīng)序號(hào)模塊的輸入、輸出和參數(shù)。如果配置了圖形組態(tài)軟工具(graphical configuration software tools，GCT)[7]，則可采用圖形化組態(tài)軟件進(jìn)行邏輯功能狀態(tài)，下裝到相應(yīng)模塊中。

3.6 獨(dú)立OPC系統(tǒng)示意圖

采用內(nèi)部表決模塊的共享三重冗余、雙道通跳閘OPC系統(tǒng)設(shè)計(jì)[8]如圖1所示。如果OPC電磁閥采用直流電源，則跳閘回路需要正、負(fù)極同時(shí)切斷。另外，可以選用不帶表決模塊的TPS裝置，通過(guò)另外配置兩個(gè)三重冗余表決模塊(三個(gè)輸入、三個(gè)以上輸出)實(shí)現(xiàn)。每個(gè)表決模塊有兩個(gè)輸出：一個(gè)用于控制OPC電磁閥，另一個(gè)作為硬件邏輯聯(lián)鎖使伺服卡輸出到零。而反饋至DEH邏輯的OPC動(dòng)作信號(hào)，也可以采用其他可編程輸出串聯(lián)后實(shí)現(xiàn)。

圖1 OPC系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意圖

外部配置三重冗余表決模塊時(shí)，宜選用固態(tài)繼電器輸出，以保證OPC系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間符合要求。如果表決模塊需要電源，應(yīng)配置為雙電源輸入。三重冗余表決模塊[9]如圖2所示。該模塊具有兩路24 VDC輸入，三路獨(dú)立的表決信號(hào)輸入，三路表決輸入信號(hào)的反饋，三路獨(dú)立的固態(tài)繼電器表決輸出。

圖2 三重冗余表決模塊示意圖

4 獨(dú)立OPC系統(tǒng)可靠性分析

對(duì)第3節(jié)設(shè)計(jì)的獨(dú)立OPC系統(tǒng)可靠性進(jìn)行初步定量分析。獨(dú)立OPC系統(tǒng)可靠性是指系統(tǒng)在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力?？煽啃允嵌ㄐ缘母拍睿趯?shí)際工作中往往用可靠度來(lái)定量地具體表現(xiàn)可靠性的高低。而可靠度是系統(tǒng)在初始時(shí)刻(t=0)時(shí)可靠度為1的條件下，在0～t時(shí)間內(nèi)正常工作的概率，用R(t)表示[10]。設(shè)n個(gè)模塊組成的串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度Rc(t)為：

(1)

設(shè)n個(gè)模塊組成的并聯(lián)系統(tǒng)可靠度Rb(t)為：

(2)

如圖1所示，由串聯(lián)單元、并聯(lián)單元組合而成的混合邏輯結(jié)構(gòu)的三重冗余輸入、兩重冗余表決、雙道通跳閘的獨(dú)立OPC系統(tǒng)，可靠性度計(jì)算如下。

假設(shè)輸入模塊、輸出模塊的可靠度相同，設(shè)為Rio(t)，三重冗余表決可靠度為Rv(t)，雙道通跳閘可靠度為Rz(t)。由圖1可知，獨(dú)立OPC系統(tǒng)的可靠度由輸入部分、主控三重冗余表決部分和輸出部分串聯(lián)形成，則輸入部分的可靠度Rin(t)由式(2)可得：

Rin(t)=1-[1-Rio(t)]3

主控兩個(gè)三重冗余表決部分的可靠度Rmc(t)由式(2)可得：

Rmc(t)=1-[1-Rv(t)]2

因?yàn)檩敵霾糠钟蓛蓚€(gè)輸出模塊控制雙道通跳閘回路組成，所以輸出部分的可靠度Rout(t)由式(1)、式(2)可得：

Rout(t)=[1-(1-Rio(t)]2[1-(1-Rz(t)]2

獨(dú)立OPC系統(tǒng)的總可靠性度R(t)為：

R(t)=Rin(t)Rmc(t)Rout(t)

(3)

每個(gè)輸入模塊、輸出模塊、三重冗余表決塊、雙道通跳閘回路等部分的可靠性都是概率事件，無(wú)精確數(shù)據(jù)。但在方案比較中，可以采用可靠性評(píng)估中的估算數(shù)據(jù)進(jìn)行理論分析。假如設(shè)計(jì)的該獨(dú)立OPC系統(tǒng)的輸入/輸出I/O模塊可靠度Rio(t)為0.990，三重冗余表決可靠度Rv(t)為0.998，雙道通跳閘可靠度Rz(t)為0.995，通過(guò)式(3)計(jì)算該獨(dú)立OPC系統(tǒng)的可靠度為：

R(t)=0.999 87

(4)

如果不采用冗余設(shè)計(jì)，則由輸入/輸出模塊、三重冗余表決塊和單跳閘回路串聯(lián)組成的OPC系統(tǒng)的可靠度Rd(t)為：

Rd(t)=[Rio(t)]2Rv(t)Rz(t)=0.977

(5)

由式(4)、式(5)可見(jiàn)，在相同硬件及其可靠性估值環(huán)境下，設(shè)計(jì)的三重冗余OPC系統(tǒng)比單模回路OPC系統(tǒng)可靠性大幅提高。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)OPC保護(hù)功能和技術(shù)參數(shù)及配置的相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范條款的闡述，確認(rèn)了研究和設(shè)計(jì)DEH系統(tǒng)的獨(dú)立硬件OPC保護(hù)裝置的必要性。開(kāi)展OPC系統(tǒng)的功能完整性、保護(hù)動(dòng)作的及時(shí)性和準(zhǔn)確性、保護(hù)的冗余和容錯(cuò)性等技術(shù)層面的研究，選用Woodward公司的滿足安全儀表IEC 61508 SIL3標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)學(xué)增加型ESD裝置和通用三重冗余表決模塊，進(jìn)行獨(dú)立于DEH系統(tǒng)的硬件OPC系統(tǒng)裝置設(shè)計(jì)。分析評(píng)估研究成果證明，獨(dú)立于DEH系統(tǒng)的三重冗余OPC系統(tǒng)裝置比獨(dú)立于DEH系統(tǒng)的單回路OPC系統(tǒng)裝置可靠性高。所以，研究、設(shè)計(jì)的該OPC系統(tǒng)裝置，可以彌補(bǔ)沒(méi)有獨(dú)立硬件OPC功能的DEH系統(tǒng)的不足，滿足相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)規(guī)程規(guī)范要求，使汽輪發(fā)電機(jī)的保護(hù)控制更完善和可靠。另外，由于個(gè)別標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程、導(dǎo)則對(duì)汽輪機(jī)OPC保護(hù)功能的邏輯回路要求條款不統(tǒng)一，加上不同專業(yè)人員對(duì)汽輪機(jī)OPC保護(hù)功能相關(guān)規(guī)程條款理解程度及角度不同，使電站關(guān)于OPC保護(hù)的設(shè)計(jì)在每個(gè)工程中也不盡相同。該OPC保護(hù)裝置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)于規(guī)范熱控設(shè)計(jì)也有著重要意義。