國華定洲電廠FSSS系統(tǒng)故障分析及改進

摘要：文章介紹了國華定洲電廠FSSS保護邏輯的設(shè)計和改進，從使用者角度分析了典型邏輯設(shè)計的特點，介紹了基本保護設(shè)置和設(shè)備配置，對使用中可能出現(xiàn)的故障進行了分析并提出了改進措施。

關(guān)鍵詞：熱工保護；FSSS；MFT；故障分析

中圖分類號：TM3621 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937(2011)24-0121-02

國華定洲電廠的FSSS保護邏輯由控制設(shè)備廠家西門子提供，由于采用了典型的粗大設(shè)計，和我廠實際設(shè)備應(yīng)用效果并不理想，容易出現(xiàn)故障導(dǎo)致保護誤動和拒動，因此對其進行了改進。

1 國華定電機組概況

汽機型式：N600-16.7／537／537(引進美國Westinghouse公司技術(shù)生產(chǎn))，亞臨界，一次中間再熱，四缸四排汽，高中壓分缸、雙流低壓缸，單軸沖動凝汽式汽輪機。鍋爐型式：SG-2026/7.5-M905型(引進美國CE公司技術(shù)生產(chǎn))，亞臨界一次中間再熱燃煤控制循環(huán)汽包爐，單爐膛，露天布置，燃用可結(jié)渣性的煙煤，燃燒器共六層煤三層油、四角噴燃布置方式，同心反切向燃燒，平衡通風(fēng)，固態(tài)排渣。發(fā)電機型式：QFSN-600-2(引進美國Westinghouse公司技術(shù)生產(chǎn))，水一氫一氫冷卻方式汽輪發(fā)電機?？刂葡到y(tǒng)：采用西門子的分散控制系統(tǒng)TELEPERM-XP(簡稱T-XP)。控制邏輯沿用了德國西門子的經(jīng)典設(shè)計，包括MCS、SCS、FSSS、DAS等功能。其中FSSS由三對冗余的APF實現(xiàn)。

2 熱控DCS控制裝置的配置和FSSS邏輯的設(shè)置

①整套DCS采用了10對冗余的AP，分為2個控制間，鍋爐和汽機控制柜分散布置，汽機4對AP布置于汽機電子間，鍋爐6對AP布置于主控電子間，彼此之間通過光纖接入通訊模件(OSM)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接。各設(shè)備的控制和邏輯功能分散在各AP中實現(xiàn)。

②其中AP6下面掛接3對冗余的APF(故障一安全型處理器)，APF主要采用冗余的FUM310(故障一安全型開關(guān)量輸入模件)、FUM360(故障一安全型開關(guān)量輸出模件)實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的控制和信號的采集，另外采用了部分FUM511(普通開關(guān)量輸入、輸出模件)用于和其它AP之間的信號聯(lián)系。

③FSSS邏輯功能設(shè)置主要功能有MFT、爐膛吹掃、OFT、火焰檢測等。

3 MFT的主要觸發(fā)條件

全火焰喪失，全燃料喪失，爐膛壓力高2值2V3延時3s，爐膛壓力高2值2V3且壓力高3值，爐膛壓力低2值2V3延時3s，爐膛壓力低2值2V3且壓力低3值，總風(fēng)量小于25％，汽輪機跳閘，汽包水位高，汽包水位低，給水泵全停，爐水泵全停，送風(fēng)機全停，引風(fēng)機全停，火檢冷卻風(fēng)失去，角火焰喪失，二臺以上磨煤機運行且一次風(fēng)機全停，空預(yù)器全停，手動MFT。

4 FSSS可能出現(xiàn)的故障及改進措施

為了減少保護的誤動和拒動，保障FSSS系統(tǒng)的正確、可靠動作，一般采取以下措施：提高設(shè)備的可用度，一般采用控制模件冗余實現(xiàn)；提高測量、檢測元件動作的可靠性，一般采用多重設(shè)備進行邏輯運算、選擇，減少誤動和拒動的幾率；優(yōu)化邏輯設(shè)計，杜絕某些不導(dǎo)致嚴重后果的信號的故障導(dǎo)致保護的誤動和拒動；提高分散控制系統(tǒng)的可靠性。我廠的FSSS系統(tǒng)的故障風(fēng)險分析和改進情況主要包括以下幾個方面。

4.1 通訊故障

由于采用了現(xiàn)代分散控制系統(tǒng)，各設(shè)備和功能分散在各AP中實現(xiàn)，彼此之間的信號聯(lián)系通過網(wǎng)絡(luò)通訊實現(xiàn)，由于主控、汽機電子間之間通過200M長的光纖進行通訊連接，一旦發(fā)生通訊電纜中斷則造成AP之間的通訊信號中斷。而負責(zé)FSSS邏輯控制的APF是通過AP6和工廠網(wǎng)絡(luò)建立連接，所有APF的通訊信號都需要AP6的解釋和轉(zhuǎn)發(fā)，所以除火焰信號和爐膛壓力信號外，其它的MFT動作信號全部由網(wǎng)絡(luò)通訊得到，如果AP6通訊故障或APF和AP之間的通訊模件FUM631／641故障，則會造成APF中和其它AP通訊得到的信號丟失，引發(fā)MFT等保護誤動和拒動。

改進方法為：在各AP之間敷設(shè)電纜，通過FUM511或FUM310模件把MFT需要的信號從產(chǎn)生信號的AP通過硬件輸出到APF的FUM511或FUM310模件的輸入，同時把MFT動作信號通過硬件輸出到各AP。一般MFT所需其它AP產(chǎn)生的信號經(jīng)過2路硬接線輸人和一路通訊信號，然后在APF中進行三選二運算，保障了信號的可靠性。如果僅通過一路硬接線輸入信號，則極易產(chǎn)生誤動和拒動，采用2路硬接線輸人和一路通訊，防止了在此信號通訊或單根接線中斷隋況下的保護的誤動和拒動。

總計對以下保護條件進行了改造：總風(fēng)量小于25％，空預(yù)器全停、汽包水位高、汽包水位低、爐水泵全停、給水泵全停、汽輪機跳閘。

4.2 單個設(shè)備或信號故障的影響

傳統(tǒng)的保護設(shè)計為“1”動作，即當(dāng)正常運行時，保護輸入信號和裝置是狀態(tài)為“0”的，即沒有輸入和輸出，當(dāng)發(fā)生導(dǎo)致保護動作的情況時，保護測量信號輸入為“1”，保護裝置的輸出為“1”，去動作現(xiàn)場設(shè)備。由此可以分析造成保護的拒動和誤動的原因：當(dāng)就地測量元件故障不能動作或信號電纜因為意外發(fā)生中斷，或接線端子接線松動時，或控制裝置失靈、失電，輸出繼電器故障等都可造成保護的拒動；僅當(dāng)就地測量元件非正常動作或控制裝置誤發(fā)信號才會導(dǎo)致保護的誤動。由此可見，傳統(tǒng)的設(shè)計以保證機組的運行為主，對保護拒動造成設(shè)備損壞的風(fēng)險依靠運行操作人員的人為檢查和判斷來避免，大大提高了運行人員的監(jiān)控要求，并受制于人員的判斷水平和反應(yīng)能力，設(shè)備的安全運行存在隱患。

現(xiàn)代國際上先進水平的保護設(shè)計大都采用反邏輯設(shè)計，即機組、設(shè)備正常運行時，保護系統(tǒng)采集保證設(shè)備安全運行的信號，并且輸出保持為“1”，允許設(shè)備正常運行，一旦發(fā)生控制回路斷線、測點故障不能發(fā)出正常運行信號、輸出控制裝置失靈等故障，則直接停止設(shè)備的運行，防止出現(xiàn)失去保護后設(shè)備的損壞。但是此方案存在誤動概率增大的問題。

為了保障信號的可靠性和準(zhǔn)確性，同時減少誤動的幾率，為此采取以下措施：即MFT邏輯采用“反”邏輯實現(xiàn)，即所有觸發(fā)MFT動作的信號在不動作時信號保持輸出為“1”，一旦信號消失即認為保護動作。但是采用“反”邏輯增加了誤動的幾率，為此，保護信號采用多路冗余，所有從網(wǎng)絡(luò)通訊得到的保護信號采用2路硬接線和1路通訊信號三選二運算后的結(jié)果作為保護動作條件，從現(xiàn)場直接采集的信號采用測量元件多重冗余的設(shè)計，防止某一測量元件的故障造成保護的誤動和拒動。

如爐膛壓力高二值等信號采用3個壓力開關(guān)，全部校驗為大于2500Pa動作，信號取開關(guān)的常閉接點，三個開關(guān)分別接入不同的冗余FUM310模件，在邏輯中進行三選二運算作為保證機組正常運行——MFT不動作的條件。

共計對以下信號進行了改造：爐膛壓力開關(guān)共十只，火檢冷卻風(fēng)機壓力開關(guān)3只，汽包水位高、低三值信號、總風(fēng)量小于25％信號等由原來的動作時為“1”改為正常時信號輸出為“1”。

4.3 邏輯的優(yōu)化

前面論述了保護裝置的設(shè)計原則和方案的改進，下面就汽輪機跳閘聯(lián)跳MFT的邏輯優(yōu)化作一簡要介紹，其它邏輯優(yōu)化情況不再詳細論述。

由于我廠汽輪機跳閘后不能保持3000轉(zhuǎn)空載或帶廠用電運行，且旁路容量為30％，因此設(shè)計的大聯(lián)鎖邏輯為汽機跳閘后如果主汽流量小于30％且旁路打開則不需鍋爐MFT，如果主汽流量大于30％或旁路不能打開則立即觸發(fā)MFT。同時運行人員要求汽輪機沖車過程中汽輪機跳閘不必觸發(fā)MFT。

原邏輯設(shè)計為任一主汽門全部關(guān)閉信號作為汽輪機跳閘信號，再和主汽流量和旁路狀態(tài)信號組合作為MFT動作條件，考慮到信號的可靠性和同時防止保護誤動，我們對此邏輯進行了改進。

具體做法是：從二個主汽門的關(guān)閉行程開關(guān)分別引2路信號送入APF的冗余輸入模件FUM310，從DEH輸出汽輪機跳閘油壓信號(此信號有在DEH中采用2V3形成)到APF，每個主汽門的關(guān)閉信號取“或”，二個主汽門的關(guān)閉信號和汽輪機跳閘油壓信號進行2V3邏輯運算作為汽輪機跳閘信號，另外從DEH輸出發(fā)電機并網(wǎng)信號到APF。汽輪機跳閘信號和發(fā)電機并網(wǎng)信號(下降沿延時7秒)相“與”后判斷汽機跳閘前的主汽流量大小和旁路的開關(guān)狀態(tài)，如果主汽流量小于30％且旁路在5秒內(nèi)離開關(guān)位，則鍋爐不會MFT；如果主汽流量大于30％或旁路在5s后不能打開則立即觸發(fā)MFT。

隨后考慮并網(wǎng)信號的可信度，把發(fā)電機并網(wǎng)信號改為發(fā)電機未并網(wǎng)，同時在DEH和APF中對此信號進行取“非”處理，這樣在此信號故障時，保護通道將開放，防止了保護的誤動。

5 結(jié)語

在對MFT等邏輯改造完成后，機組順利實現(xiàn)了酸洗、吹管、并網(wǎng)發(fā)電一次成功，期間FSSS保護系統(tǒng)沒有發(fā)生一次誤動、拒動情況，期間發(fā)生的FSSS保護系統(tǒng)設(shè)備、測點故障因為發(fā)現(xiàn)及時沒有造成保護失靈，有力地保證了機組的安全運行。為了設(shè)計出合理的熱工保護系統(tǒng)，各電廠在邏輯組態(tài)和保護信號的選取、設(shè)置、傳送方面都給予了高度的重視，進行了相關(guān)的技術(shù)改造，我們希望通過MFT方案的改進和優(yōu)化，選擇適合國華定電的系統(tǒng)設(shè)計方案，把它灌輸?shù)奖倔w測點的布置和系統(tǒng)的邏輯設(shè)計中，避免機組運行后不合理設(shè)計的改造，提高機組運行的安全可靠性。