630MW火電機(jī)組橫向聯(lián)鎖保護(hù)的優(yōu)化

張兆生 張伶俐

摘 要：根據(jù)《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》的規(guī)定，所有重要的主、輔機(jī)保護(hù)都應(yīng)采用“三取二”的邏輯判斷方式，保護(hù)信號(hào)應(yīng)遵循從取樣點(diǎn)到輸入模件全程相對(duì)獨(dú)立的原則，確因系統(tǒng)原因測(cè)點(diǎn)數(shù)量不夠，應(yīng)有防保護(hù)誤動(dòng)措施?？紤]到某燃煤電廠三期工程機(jī)、爐、電橫向保護(hù)信號(hào)為單點(diǎn)設(shè)計(jì)，不滿足反措要求，保護(hù)信號(hào)單一回路異常將引起保護(hù)非正常動(dòng)作，影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)原控制策略通過(guò)采用“三取二”邏輯進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，并成功通過(guò)ETS、DEH、FSSS和橫向聯(lián)鎖保護(hù)試驗(yàn)，為同類(lèi)型機(jī)組運(yùn)行中防設(shè)備誤動(dòng)提供了參考。

關(guān)鍵詞：橫向保護(hù);機(jī)跳爐;爐跳機(jī);“三取二”;優(yōu)化方案

中圖分類(lèi)號(hào)：TM621 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ?文章編號(hào)：1671-0797（2022）09-0017-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.09.005

0 ? ?引言

大型單元機(jī)組的特點(diǎn)是爐、機(jī)、電在生產(chǎn)中組成一個(gè)有機(jī)整體，加之有大量復(fù)雜的控制系統(tǒng)及裝置，其相互間的關(guān)系又非常密切，當(dāng)其中某些環(huán)節(jié)發(fā)生故障后，將會(huì)影響整個(gè)機(jī)組的安全運(yùn)行，嚴(yán)重的故障可能導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)，甚至危及設(shè)備和人身安全。為了維持整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)性，保護(hù)設(shè)備安全，應(yīng)設(shè)計(jì)一套比較完善的聯(lián)鎖保護(hù)裝置。

橫向聯(lián)鎖保護(hù)的作用就是將爐、機(jī)、電聯(lián)系起來(lái)，無(wú)論哪一部分出現(xiàn)故障，其他部分都會(huì)做出相應(yīng)的反應(yīng)[1]。橫向聯(lián)鎖一般包含機(jī)跳爐跳電、電跳機(jī)跳爐、爐跳機(jī)跳電。

1 ? ?機(jī)組概述

某燃煤發(fā)電廠630 MW機(jī)組鍋爐部分為上海鍋爐廠引進(jìn)美國(guó)ALSTOM公司技術(shù)制造的超臨界變壓運(yùn)行螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次中間再熱、四角切圓燃燒方式、平衡通風(fēng);汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N630-24.2/566/566型超臨界、一次中間再熱、三缸四排汽、單軸、反動(dòng)式、凝汽式汽輪機(jī);發(fā)電機(jī)由上海電機(jī)廠制造。

單元機(jī)組控制采用上海FOXBORO公司I/A′S分散控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)包含DAS、BMS、MCS、SCS系統(tǒng)。汽輪機(jī)控制系統(tǒng)采用上海汽輪機(jī)有限公司的DEH控制系統(tǒng)。

2 ? ?優(yōu)化方案實(shí)施背景

典型事故案例：某公司#32機(jī)組ETS保護(hù)動(dòng)作，首出故障原因是“MFT動(dòng)作”，但DCS系統(tǒng)檢查不到MFT動(dòng)作信號(hào)，MFT發(fā)送到ETS系統(tǒng)的信號(hào)回路絕緣完好[2]。

原因分析及整改建議：鍋爐MFT跳閘回路發(fā)送到汽輪機(jī)保護(hù)ETS系統(tǒng)的動(dòng)斷觸點(diǎn)信號(hào)僅有一路，冗余度不足。MFT動(dòng)作繼電器輔助觸點(diǎn)、硬接線回路、信號(hào)輸入I/O通道等均有可能故障或受外界影響誤發(fā)信號(hào)，引發(fā)“爐跳機(jī)”保護(hù)動(dòng)作。根據(jù)《火力發(fā)電廠熱工自動(dòng)化系統(tǒng)可靠性評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》（DL/T 261—2012）第6.2.3.4條要求，對(duì)原安裝設(shè)計(jì)設(shè)備回路進(jìn)行檢查，必要時(shí)更換繼電器及其信號(hào)傳輸回路。MFT繼電器應(yīng)送出三路動(dòng)斷觸點(diǎn)至ETS裝置，在ETS內(nèi)進(jìn)行“三取二”邏輯判斷后跳閘，三路保護(hù)信號(hào)從取樣到I/O數(shù)據(jù)采集，應(yīng)全程保持獨(dú)立性[3]。

根據(jù)國(guó)家能源局下發(fā)的《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)）中9.4.3條規(guī)定，所有重要的主、輔機(jī)保護(hù)都應(yīng)采用“三取二”的邏輯判斷方式，保護(hù)信號(hào)應(yīng)遵循從取樣點(diǎn)到輸入模件全程相對(duì)獨(dú)立的原則，確因系統(tǒng)原因測(cè)點(diǎn)數(shù)量不夠，應(yīng)有防保護(hù)誤動(dòng)措施。

該燃煤電廠三期工程機(jī)、爐、電橫向保護(hù)信號(hào)及汽輪機(jī)TSI裝置和ETS系統(tǒng)之間的振動(dòng)、軸向位移等跳閘信號(hào)為單點(diǎn)設(shè)計(jì)，不滿足反措要求，保護(hù)信號(hào)單一回路異常將引起保護(hù)非正常動(dòng)作，影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

鑒于電力行業(yè)單點(diǎn)保護(hù)典型事故案例頻發(fā)，同時(shí)為適應(yīng)國(guó)家能源局最新要求，使橫向聯(lián)鎖保護(hù)動(dòng)作更加可靠和安全，既防誤動(dòng)又防拒動(dòng)，需要對(duì)機(jī)跳爐、爐跳機(jī)保護(hù)信號(hào)進(jìn)行冗余處理。

3 ? ?策略選擇

對(duì)于“三選”的動(dòng)作保護(hù)，一般來(lái)說(shuō)是比較重要的信號(hào)采用，不是聯(lián)鎖保護(hù)就是調(diào)節(jié)控制，所以會(huì)加上一些判斷條件和切除條件，邏輯設(shè)計(jì)中常常需要可切換的兩組甚至三組保護(hù)邏輯。“三取二” ?“三取中” “三取均”等，這些可能在一個(gè)保護(hù)邏輯中用到。

3.1 ? ?策略概念

3.1.1 ? ?“三取二”信號(hào)法

“三取二”是指開(kāi)關(guān)量控制時(shí)的投票制，同一信號(hào)采用三冗余信號(hào)進(jìn)行表決，兩個(gè)滿足即認(rèn)為條件滿足?！叭《笔菫榱伺袛鄿?zhǔn)確、可靠，防止誤動(dòng)，常用于保護(hù)回路。其邏輯圖如圖1所示。

3.1.2 ? ?“三取中”信號(hào)法

“三取中”是指模擬量信號(hào)采用三冗余輸入，取其中值為實(shí)際使用值，常用于主要調(diào)節(jié)回路。一般三個(gè)同一位置的測(cè)量點(diǎn)出現(xiàn)過(guò)大偏差時(shí)，就要查清楚問(wèn)題原因，并安全、快速地處理，萬(wàn)萬(wàn)不可抱僥幸心理。除了取中，一般功能塊還提供選擇：高選、低選、平均或三個(gè)中的一個(gè)。

3.1.3 ? ?“三取均”信號(hào)法

“三取均”也是針對(duì)模擬量，三個(gè)數(shù)取平均值，能有效克服系統(tǒng)誤差，但儀表故障造成的隨機(jī)誤差難以避免。

3.2 ? ?邏輯組態(tài)注意事項(xiàng)

3.2.1 ? ?“三取二”策略

“三取二”策略一般用于保護(hù)取樣信號(hào)的邏輯判斷，為確保信號(hào)的可靠性，可以加入質(zhì)量判斷、切除等邏輯。

3.2.2 ? ?“三取中”策略

正常時(shí)取中間值，當(dāng)出現(xiàn)一個(gè)點(diǎn)為壞點(diǎn)或偏差超限時(shí)自動(dòng)剔除壞點(diǎn)變?yōu)槭Ｓ鄡牲c(diǎn)取平均，一個(gè)設(shè)計(jì)良好的邏輯是能夠做到在指定單點(diǎn)值、中值、平均值間任意指定的。

“三取中”在調(diào)節(jié)系統(tǒng)中用得最多，可以實(shí)現(xiàn)三個(gè)信號(hào)相互做偏差檢查，剔除其中一個(gè)不正確的信號(hào)，剩余兩個(gè)信號(hào)取均值;如果再壞一個(gè)，自動(dòng)取第三個(gè)信號(hào);如果全壞，就應(yīng)該保持正常輸出時(shí)的值，同時(shí)發(fā)出報(bào)警。

3.2.3 ? ?“三取均”策略

“三取均”策略下可以加入判斷信號(hào)，當(dāng)三路信號(hào)全正常時(shí)，取三個(gè)平均值;當(dāng)有一個(gè)信號(hào)不正常時(shí)取兩個(gè)數(shù)的平均值;當(dāng)兩個(gè)信號(hào)不正常時(shí)，取另一個(gè)正常的數(shù)值。這種方法在自動(dòng)調(diào)節(jié)中應(yīng)用最為廣泛。

4 ? ?機(jī)跳爐聯(lián)鎖保護(hù)

4.1 ? ?原控制策略

該電廠三期工程#5機(jī)組原機(jī)跳爐控制策略為：汽機(jī)信號(hào)取自安全油壓AST信號(hào)“三取二”再取反，送到輸出模塊ASLN，再送到1R11繼電器，表征汽機(jī)跳閘，通過(guò)電纜硬接線送到鍋爐DCS機(jī)柜FC5009卡件U50905第15點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖與保護(hù)的目的，但實(shí)際上為單點(diǎn)保護(hù)。

4.2 ? ?優(yōu)化控制策略

增加兩路“機(jī)跳爐”信號(hào)，然后在FSSS系統(tǒng)里增加“三取二”邏輯保護(hù)。

4.2.1 ? ?電纜布置

從#5機(jī)組DEH501機(jī)柜到FC5009機(jī)柜放兩根2×2×1.5規(guī)格電纜。

4.2.2 ? ?DEH系統(tǒng)

原機(jī)跳爐單DO點(diǎn)：CP5018下5OA_IO：ASLN.COUT（地址：5D2122-6）。

現(xiàn)增加兩個(gè)DO點(diǎn)：CP5018下5OA_IO：ASLN2.COUT（地址：5D2124-15）、CP5019下5ATC_IO：ASLN3.COUT（地址：5D3132-1）。

為了保障安全可靠，增加的兩個(gè)DO點(diǎn)分別放到兩個(gè)不同的卡件5D2124E-15（1R13）、5D2132E-1（1R14），以上三個(gè)點(diǎn)由繼電器板同時(shí)輸出至FSSS機(jī)柜。

4.2.3 ? ?FSSS系統(tǒng)

原機(jī)跳爐單DI點(diǎn)：CP5005下50MFT：MCIN3.CIN_5（地址：U50905-15）。

現(xiàn)增加兩個(gè)DI點(diǎn)：CP5005下50DLZ：MCIN1.CIN_15（地址：U50925-15）、CP5005下50DLZ：MCIN4.CIN_15（地址：U50933-15）。

FSSS增加“三取二”邏輯：CP5005下50MFT：038LOG3模塊中，F(xiàn)SSS修改原50MFT：038TTRIP邏輯中BI02取值，由單點(diǎn)（50MFT：MCIN3.CIN5）改為新增“三取二”邏輯的出口（50MFT：038LOG3.BO01）。

修改后邏輯如圖2、圖3所示。

4.2.4 ? ?試驗(yàn)

全面進(jìn)行ETS保護(hù)試驗(yàn)、DEH保護(hù)試驗(yàn)、橫向聯(lián)鎖保護(hù)試驗(yàn)，經(jīng)設(shè)備運(yùn)行與管理雙方確認(rèn)，本次邏輯異動(dòng)結(jié)果達(dá)到預(yù)期。

5 ? ?爐跳機(jī)聯(lián)鎖保護(hù)

5.1 ? ?原控制策略

該電廠三期工程#5機(jī)組原爐跳機(jī)控制策略為：MFT信號(hào)在RC5009柜通過(guò)J1/J2/J3繼電器“三取二”輸出，表征鍋爐跳閘。在DCS系統(tǒng)里（RC5004柜）通過(guò)DO點(diǎn)輸出至各個(gè)系統(tǒng)及設(shè)備，實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖與保護(hù)的目的。其中爐跳機(jī)保護(hù)，MFT信號(hào)通過(guò)DO091714單點(diǎn)送到ETS系統(tǒng)Tricon機(jī)柜0103卡第15通道。

5.2 ? ?優(yōu)化控制策略

對(duì)MFT輸出到ETS系統(tǒng)的保護(hù)信號(hào)進(jìn)行冗余處理，增加兩路爐跳機(jī)信號(hào)，然后在Tricon系統(tǒng)里面增加“三取二”邏輯保護(hù)。

5.2.1 ? ?電纜布置

從#5機(jī)組RC5004柜到TRI501柜放兩根2×2×1.5規(guī)格電纜。

電纜敷設(shè)時(shí)應(yīng)充分考慮到新增電纜的布局、選型及防火防爆性能，正確的電纜選型和合理布局可以有效減少外部環(huán)境對(duì)信號(hào)的干擾以及各種電纜之間的相互干擾，提高DCS系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

5.2.2 ? ?MFT系統(tǒng)

原爐跳機(jī)單DO點(diǎn)：CP5005下50MFT：MFT5_COUT（地址：U50917-14）。

現(xiàn)增加兩個(gè)DO點(diǎn)：CP5005下50MFT：MFT17_COUT（地址：U50926-14）、CP5005下50MFT：MFT18_COUT（地址：U50934-16）。三個(gè)MFT信號(hào)，分別取自三塊不同的DCS底板，保證設(shè)備安全性。

5.2.3 ? ?Tricon系統(tǒng)

DI卡有兩塊——0103和0105。原有的MFT輸入信號(hào)為0103卡的第15通道，故取0105卡的第25、26備用通道（接線端子排號(hào)U3：50、U3：51）做兩個(gè)DI點(diǎn)進(jìn)行組態(tài)。Tricon系統(tǒng)組態(tài)實(shí)現(xiàn)如圖4所示。

5.2.4 ? ?試驗(yàn)

全面進(jìn)行FSSS保護(hù)試驗(yàn)、DEH保護(hù)試驗(yàn)、橫向聯(lián)鎖保護(hù)試驗(yàn)，經(jīng)設(shè)備運(yùn)行與管理雙方確認(rèn)，本次邏輯異動(dòng)結(jié)果達(dá)到預(yù)期。

6 ? ?結(jié)論

本次改造鑒于事故案例和行業(yè)最新反措要求成功開(kāi)展，不難看出，對(duì)于任何系統(tǒng)及設(shè)備，它們的高可靠性和可用率是人們所期望的。為了提高一個(gè)系統(tǒng)或者設(shè)備的可靠性，必須保證組成系統(tǒng)的各個(gè)設(shè)備及元件的高可用率，并且有相應(yīng)的冗余，防止個(gè)別元件損壞，造成系統(tǒng)或者設(shè)備不能運(yùn)行。因此，“三取二”邏輯作為一種冗余配置原則在不同領(lǐng)域逐步得到了應(yīng)用。

同時(shí)，根據(jù)可靠性分析的馬爾科夫過(guò)程原理，并考慮不同的保護(hù)輸出邏輯，分別計(jì)算誤動(dòng)率和拒動(dòng)率：假設(shè)一套保護(hù)故障誤動(dòng)率和拒動(dòng)率各為0.01，則兩套相同保護(hù)相“與”輸出，誤動(dòng)率相乘為0.000 1，拒動(dòng)率相加為0.02;而兩套相同保護(hù)相“或”輸出則相反，誤動(dòng)率相加為0.02，拒動(dòng)率相乘為0.000 1;三套保護(hù)相同輸出“三取二”，則誤動(dòng)率為0.000 3，拒動(dòng)率為0.000 008。這充分說(shuō)明不計(jì)保護(hù)裝置本身監(jiān)護(hù)功能的作用，兩個(gè)相同的保護(hù)通道，不論采取什么輸出邏輯，都不能解決誤動(dòng)與拒動(dòng)之間的矛盾，而“三取二”方式的誤動(dòng)率和拒動(dòng)率都比較低，很好地解決了此矛盾[4]。

因此，采用“三取二”的邏輯判斷方式對(duì)機(jī)跳爐、爐跳機(jī)保護(hù)信號(hào)進(jìn)行冗余處理，使橫向聯(lián)鎖保護(hù)動(dòng)作更加可靠和安全，既防誤動(dòng)又防拒動(dòng)，減少了設(shè)備非停事故，極大地提高了機(jī)組運(yùn)行安全性能，充分說(shuō)明了此次改造選取的方案和改造成果是可靠的。

目前，該電廠三期工程汽輪機(jī)TSI裝置和ETS系統(tǒng)之間的振動(dòng)、軸向位移等跳閘信號(hào)尚為單點(diǎn)設(shè)計(jì)，這些控制保護(hù)模塊應(yīng)盡快采用“三取二”邏輯，進(jìn)一步提高運(yùn)行可靠性，防止設(shè)備誤動(dòng)導(dǎo)致的非停事故發(fā)生。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 邊立秀，周俊霞，趙勁松，等.熱工控制系統(tǒng)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2012.

[2] 汪祖鑫.超臨界壓力600 MW機(jī)組的啟動(dòng)和運(yùn)行[M].北京：中國(guó)電力出版社，1996.

[3] 華志剛，鄔菲.FSSS系統(tǒng)在600 MW火電機(jī)組仿真機(jī)的研究與應(yīng)用[J].江西能源，2007（4）：28-30.

[4] 林松青.提高TXP控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的措施[J].華東電力，2006（1）：88-90.

收稿日期：2022-02-17

作者簡(jiǎn)介：張兆生（1991—），男，江蘇人，工程師，研究方向：電力工程。

通信作者：張伶俐（1991—），女，遼寧人，助教，研究方向：控制理論與控制工程。