熱工聯鎖保護信號品質算法的改進

潘書林 教富森 孫自軍 李明飛

（神華國華綏中發電有限責任公司，遼寧省葫蘆島市，125222）

1 引言

熱工聯鎖保護是火力發電廠的一個重要組成部分。在主、輔設備發生異常時，聯鎖保護及時、正確動作，可避免發生重大設備損壞和人身傷亡事故。為提高熱工聯鎖保護動作的正確性，通常對聯鎖保護信號采取如下措施：

（1）對重要信號進行3取2或4取3處理，以提高保護動作的正確性，防止保護誤動，并盡量杜絕保護拒動。

（2）在做DCS邏輯組態時，為防止發生意外，每個信號串聯一個與之對應的品質判斷信號，以提高聯鎖保護的可靠性。

目前，這兩種措施在火力發電廠熱工聯鎖保護中得到廣泛應用，也起到了很好的效果。應該說，這兩種措施在很大程度上提高了聯鎖保護的可靠性，防止了誤動和拒動。但還是有個別例外情況發生。

例如，2012年7 月18 日某電廠8＃機組因脫硫系統增壓，風機動葉運行中突然關閉，增壓風機入口壓力瞬間快速上升超過量程時，造成3個測點信號全部被判斷為壞點。因而，屏蔽了 “增壓風機入口壓力高聯開旁路擋板”邏輯，旁路擋板未能開啟，導致鍋爐爐膛壓力超高限，MFT 保護動作，機組停運。

事件發生后，向機組增加了 “增壓風機入口3個壓力測點信號在全部變為壞點時，聯開脫硫旁路擋板”邏輯，以防再次出現增壓風機入口壓力快速增長超量程時，旁路擋板拒開的事件。

從該機組脫硫系統旁路擋板拒開事件來看，對聯鎖信號采取的這兩種措施的具體執行算法上還存在缺陷，有待進一步研究探討，使其聯鎖保護真正做到 “該動時動，不該動就不動”。

現以國華綏電公司防止脫硫系統 “聯開旁路擋板邏輯拒動”的整改方案為研究背景，提出一種信號品質鑒別算法，以供參考。

2 機組系統“邏輯設計”介紹與機組停運原因分析

2.1 增壓風機入口壓力聯開旁路擋板原設計邏輯

國華綏電公司機組脫硫系統于2008 年投產，煙氣脫硫 （FGD）采用Ovation系統，增壓風機入口煙氣壓力測量采用羅斯蒙特壓力變送器，型號為3051CD1A22A1AM5B4。4 個壓力測點均采用相同的配置，壓力測量范圍為-1000～+1000Pa，對應變送器輸出電流量程為4～20mA。

4臺機組脫硫系統煙氣壓力聯開旁路擋板的邏輯相同，下面以2＃機組FGD 為例。

2＃機組FGD 煙氣壓力綜合值由4個煙氣壓力測 量 點 （20HTA10CP101、20HTA10CP102、20HTA10CP103、20HTA10CP104）計算得出，計算方法有4點取平均值、任意2點平均值、取4點中任意一點。這3種方法供操作人員選擇。

當增壓風機4個煙氣壓力信號的綜合運算結果滿足：原煙氣壓力綜合值≥600Pa或原煙氣壓力綜合值≤-800 Pa，且無壞點屏蔽邏輯信號（MRE），延時10s，脈沖指令3s，開啟旁路擋板。煙氣壓力越限報警聯開旁路擋板邏輯條件如圖1所示。

圖1 旁路擋板聯鎖邏輯條件簡化圖

2.2 信號品質鑒別邏輯

增壓風機入口4個壓力變送器中任一個輸出電流≤3.8mA，或輸出電流≥20.5mA 時，鑒別該點為壞點 （BAD），壞點自動退出運算。4個壓力測點中，只要有一點信號不是壞點，就能自動聯開旁路擋板。但如果4個測點信號均為壞點 （BAD）時，屏蔽 （MRE）聯開旁路擋板自動，轉為操作員手動。

2.3 “MFT 保護動作，機組停運”原因分析

當增壓風機故障或擋板異常關閉時，其入口煙氣壓力可能瞬間上升至聯開擋板動作值P1。為避免煙氣壓力瞬間波動誤開擋板，還需經過10s（t1～t2）延時后，再發出開啟旁路擋板指令。在這段延時時間內，煙氣壓力可能繼續上升，超過量程P2（含量程容限），信號被判為壞點，具體如圖2所示。

圖2 壓力超限聯鎖失效示意圖

當4個壓力測點信號全部變為壞點后，將屏蔽“開啟旁路擋板”的邏輯條件，轉為操作員手動。由于手動處理的及時性得不到保證，會造成爐膛壓力進一步升高，最終導致MFT 保護動作，機組停運，鍋爐滅火。

3 信號品質算法分析

信號品質算法一般以被測信號的量程加容限值，或采用Namur報警標準來做壞點界定值，信號品質算法示意如圖3所示。

圖3 信號品質算法示意圖

信號等于或超過壞點值后即鑒別為壞點。下面以脫硫旁路擋板聯鎖條件為例，對這種界定壞點的算法應用在聯鎖保護中的適用性，進行分析。

3.1 脫硫旁路擋板聯鎖條件

脫硫旁路擋板聯鎖相關條件匯總如圖4所示。

圖4 測量信號品質鑒別算法圖

從圖4中可以看出：

（1）增壓風機入口壓力正常工作區間①，此區間壓力值為-800～600Pa，對應變送器輸出電流為5.6～16.8mA；壓力值在正常工作限值范圍之內，旁路擋板處于關閉狀態。

（2）增壓風機入口壓力報警工作區間②、③，此區間壓力值為-1025～-800Pa或600～1062.5 Pa，對應變送器輸出電流為3.8～5.6mA 或16.8～20.5mA，聯開旁路擋板。

（3）增壓風機入口壓力超量程工作區間④，壓力測量值為-1025～1062.5Pa，對應變送器輸出電流為3.8～20.5 mA。這時，應聯開旁路擋板，但由于壓力測量值超量程，被判為壞點，造成聯開旁路擋板邏輯被屏蔽。

通過上述分析可以得出：在脫硫增壓風機入口壓力測量回路中，對于測量系統自身故障與實際壓力超量程，這兩者如果不能正確區分，就可能造成旁路擋板聯鎖拒動或誤動。因此，壓力信號品質判斷不準確，是不能正確聯開脫硫旁路擋板問題的關鍵。

影響測點信號品質的因素較多，例如：信號超量程，測量回路開路、短路、接地，電源故障，變送器故障等，都會產生壞點。這些問題需要認真分析試驗，再做出相應對策。

3.2 現場試驗

為防止國華綏電公司出現脫硫旁路擋板拒開事件，熱工技術人員在查閱了有關技術資料后，對公司4臺機組脫硫系統聯開旁路擋板邏輯，進行多次現場試驗，并進行認真詳細分析。

（1）試驗方法。

利用標準信號發生器 （CA100），在FGD 控制柜內AI模件端子排上加入標準電流信號，同時在FGD 畫面上監視采集點數值顯示情況。

（2）試驗結果。

通道電流值為20～20.5 mA 時，畫面顯示點品質為BAD，顯示數值保持BAD （壞點）前數值。

通道電流值為20 ～20.5mA 區間，畫面顯示數值，點品質為POOL （超量程）。

通道電流值為4～20mA 區間，畫面數值顯示正常，點品質為GOOD （正常）。

通道電流值為4～3.8mA 區間，畫面顯示壓力數值，點品質為POOL （超量程）。

通道電流值≤3.8mA 時，點退出掃描，點品質為BAD，顯示數值保持BAD （壞點）發生前的數值。

當4個煙氣壓力測點信號均為BAD （壞點）時，解除旁路擋板聯鎖自動，轉為操作員手動。

（3）羅斯蒙特3051CD1A22A1AM5B4型壓力變送器在熱工標準室的輸出電流范圍實驗結果如圖5所示。

圖5 羅斯蒙特壓力變送器輸出電流范圍

壓力變送器輸出電流范圍的實驗結果，與壓力變送器生產廠家提供的數據基本一致。因此，試驗數據有效、可信。

4 改進品質算法

結合多次現場試驗結果，經認真分析討論后，認為原來以壓力信號量程加容限來鑒別信號品質的算法，不能區分出是測量系統自身故障，還是實際壓力超量程。改用變送器輸出飽和電流加容限的算法來鑒別信號品質，這樣可做到明確區分兩者。FGD 增壓風機入口壓力信號品質鑒別改進方法如下：

信號下限壞點界定值3.8mA，改為生產廠家給出的變送器故障輸出低電流3.75 mA；信號上限壞點界定值20.5 mA，改為變送器故障輸出高電流21.75mA。

改進后，測量信號品質鑒別算法如圖6所示。

圖6 改進后，測量信號品質鑒別算法圖

（1）增壓風機入口壓力信號正常區間①：此區間壓力值為-800～600Pa，對應變送器輸出電流為5.6～16.8mA。該區間壓力值處于正常工作范圍內，旁路擋板處于關閉狀態。

（2）增壓風機入口壓力信號報警區間②：當煙氣壓力超過聯鎖下限報警值 （≤-800Pa），對應變送器輸出電流≤5.6 mA；或者超過聯鎖上限報警值 （≥+600Pa），對應變送器輸出電流≥16.8 mA 時，正常聯開旁路擋板。

（3）增壓風機入口壓力信號超量程區間③，煙氣壓力在測量范圍為-1012.5～-1000Pa時，對應變送器輸出電流為3.9～4 mA；或者煙氣壓力在測量范圍為+1000～+1100Pa，對應變送器輸出電流為20～20.8 mA，畫面壓力參數有超量程品質符號POOL顯示，可以聯開旁路擋板。

（4）變送器輸出電流飽和區間④：當壓力≤-1012.5Pa或者≥+1100Pa時，變送器因輸入過壓而輸出電流飽和，其電流分別保持在3.9mA 或20.8mA 不變。雖然變送器輸入壓力值與輸出電流值已失去線性對應關系，但仍可聯開旁路擋板。

（5）測量信號回路故障區間⑤：當FGD 輸入電流值≤3.75mA，或輸入電流值≥21.75mA 時，判定為測量回路自身故障壞點 （BAD）。經過試驗確認的典型測量信號故障見表1。

從表1中可以看出，這些電流信號值與真實的壓力信號值無關，沒有實際意義。因此，把測量信號區間⑤的電流信號定義為壞點，不參與聯開旁路擋板邏輯。即當4個煙氣壓力測點品質均為BAD（壞點）時，解除旁路擋板聯鎖自動，轉為操作員手動。這樣，真實的壓力信號超量程 （變送器輸出電流≥3.9 mA 或≤20.8 mA）已不在壞點之內，也就有效防止了在增壓風機入口壓力快速上升超量程時，屏蔽聯開旁路擋板的問題。

表1 典型測量信號故障列表

5 結論

品質算法改進后，經現場多次試驗，結果正確可靠。在不改變原設計邏輯的基礎上，有效避免了脫硫旁路擋板拒動與誤動。

目前，在火力發電廠的各種熱工聯鎖保護回路中，信號品質鑒別值大多采用量程范圍加容限的算法。但這種算法得出的信號品質界定值沒有與一次測量裝置的特性緊密結合起來。所以，量程容限難以做到準確選擇，這無疑增加了聯鎖保護誤動和拒動的風險。

現提出信號品質界定值的算法，該算法利用變送器輸出特性，能夠明確界定是測量回路故障，還是真實信號超量程。但由于不同類型 （品牌）變送器輸出特性的差異，品質鑒別界定值可根據實際情況做適當調整，以適用于各種熱工聯鎖保護回路，尤其是單點聯鎖保護回路的需要。

［1］ 趙燕平.熱工聯鎖保護系統配置優化技術 ［M］.北京：中國電力出版社，2006

［2］ 北京遠東羅斯蒙特儀表有限公司.羅斯蒙特.3051智能型和低功耗壓力變送器快速安裝手冊 ［EB／OL］.http：／／www.docin.com／p-254745611.html