熱工技術優化提高機組安全可靠性

楊延超，許銳鋒，張勇軍（華潤電力焦作有限公司，河南 焦作 454450）

熱工技術優化提高機組安全可靠性

楊延超，許銳鋒，張勇軍（華潤電力焦作有限公司，河南 焦作 454450）

焦作龍源電廠2×660MW超超臨界機組工程于2013年正式開工建設，目前機組已經投入生產運營。本項目在設計初期就對控制系統、聯鎖保護、硬件設備等熱工軟、硬件系統進行了大量的技術優化設計，極大地提高了機組的安全可靠性，下邊從軟件和硬件兩個方面分別介紹一下熱工系統具體的優化設計。

1 控制系統、聯鎖保護邏輯優化部分

（1）對于參與保護聯鎖的單個開關量信號，為了提高信號的安全可靠性，將與此開關量信號有關聯的信號也引入保護聯鎖邏輯中

例如兩臺送風機全停MFT邏輯，如果單取每臺送風機的停止信號邏輯與之后來做觸發MFT的條件，當兩個信號出現問題，就很容易引起保護誤動作，如果將單個停止信號改為采用送風機停止信號，送風機未運行（信號為運行，邏輯中取反），送風機電流<10A，三取二動作后再與另一臺送風機的三取二動作與之后來做觸發MFT的條件，就會大大提高保護的安全可靠性。

（2）開關量、模擬量連鎖保護信號處理

對于某設備同一位置安裝三個測量原件的保護，采用加質量判斷的開關量三取二邏輯，即一個測點超過跳閘限值且質量不壞為一個開關量，三個開關量經上述判斷出三個開關量后，三取二動作跳閘。當有一個測點為壞質量時，剩下兩個測點為二取一動作。當有兩個測點壞質量時，剩下的一個測點為一取一動作。

對于保護采用開關量三取二邏輯的設備，當三取二保護動作，三個開關量未全部動作時，延時2秒，發出開關量信號不一致報警，提醒人員加強該設備的維護。

對于三個開關量保護信號，當信號質量為好且達到保護動作條件時，連鎖保護邏輯起作用。當信號全部為壞質量時，進行報警且壞質量保持，立即在一級光子牌中進行報警，處理后再投入保護，根據預先設置的壞質量保護動作退出機制進行動作，根據設備重要性，保護動作區別對待。

原則如下：對于重要保護（主要指主機保護），三個測點全部故障時保護應動作。例如：爐膛壓力低低MFT和給水流量低低MFT，若三個信號均壞質量時，保護動作。對于一般保護（主要指輔機保護），三個測點全部故障時保護自動退出。

對于某設備同一位置安裝兩個測量元件的保護，采用一點高高值且另一點高報警值的邏輯，即一個測點超過跳閘限值且質量不壞，同時另一測點達到高報警值。當有一個測點為壞質量時，剩下的一個測點為一取一動作。當兩個測點全部壞質量時，根據實際情況直接動作保護或取消保護。

（3）通過網絡傳遞過來的用于連鎖保護的信號

對于通過網絡傳遞過來的用于連鎖保護的信號，增加質量判斷。當信號質量為好且達到保護動作條件時，連鎖保護邏輯起作用。當信號為壞質量時，進行報警且壞質量保持，立即在光字牌中進行報警，運行人員及時通知進行處理，當檢修人員處理后通過工程師站將信號投入運行。

（4）溫度信號的升速率壞質量判斷

溫度信號作為設備重要的監測信號，是設備運行狀態最直接的表現之一，當溫度超過限定值時，設備有被損壞的危險，需要及時跳閘以保護設備。但是，當測量元件或信號回路出現故障時，溫度可能會迅速上升，因此當溫度變化速率超過某一限定值時，認為該溫度信號處于不正確狀態，避免設備誤動作。

本工程溫度變化速率超限壞質量限定值設計為8℃/s。處理邏輯為，當某溫度變化速率超過8℃/s 或者超出設定量程（TC為-30℃~650℃，RTD為-30℃~400℃）或者信號回路斷線時，切除該溫度點的保護，同時發出該信號的切除報警。待確認該信號恢復正常后，需要在邏輯中進行強制以重新投入該溫度點的保護。

（5）汽輪機切缸實現自動控制

我廠660MW機組汽輪機采用中壓缸啟動方式。機組啟動時，高調閥不開啟，高壓缸不進汽，由高旁來的再熱蒸汽經中壓主汽閥、調閥進入汽輪機中低壓缸，通過中壓調閥控制轉速進行沖轉，直至并網帶負荷。經過一定的暖機時間后，高壓缸允許進汽，此時需要進行切缸操作，把經過高旁的蒸汽，切換到高壓缸。

切缸的過程，既是一個開高調閥關高旁閥的過程，同時又需要減少機組負荷、主汽壓力、主汽溫度的波動，尤其需要注意高壓缸排汽溫度，避免高壓缸鼓風，排汽溫度升得過高，對汽機葉片造成傷害，甚至引發汽機跳閘 。

我廠DEH側原設計有切缸邏輯，只需運行人員點擊切缸按鈕即可，然而邏輯設計只是把當時的流量指令分配給高調閥，而按照啟動參數啟機時，流量指令偏小，使得高調閥的開度剛好落在自身的預啟閥行程范圍上，造成進入高壓缸的蒸汽量過小，從而使得高排逆止閥無法及時開啟，高壓缸鼓風，排汽溫度上升。另外，DCS側旁路系統以及通風閥未設計切缸配合邏輯，切缸時需要手動關旁路閥、通風閥，運行人員在手動操作過程中往往控制不及時，造成負荷、主汽壓力等的波動。

由圖1可以看出，切缸過程中，各個參數都有較大的波動。機組負荷（曲線1）從38.9MW降至8.09MW而后開始上升；主汽壓力（曲線2）從8.90MPa上升至9.72MPa而后又降至6.63MPa；主汽溫度（曲線3）從512℃上升至525.8℃而后又降至477℃；高排溫度（曲線4）由214℃先上升至231℃，后又上升至268℃。

圖1 手動切缸曲線

為了解決汽輪機切缸過程中參數的波動問題，同時減少運行人員的操作，消除其在切缸中存在的恐懼心理，我們對邏輯進行了一系列優化，設計出了一套自動切缸邏輯。

自動切缸投入判斷邏輯：（1）高、低旁在自動；（2）發電機已帶上負荷；（3）高壓缸第一級內壁金屬與主汽溫度匹配；（4）高調閥在關閉狀態；（5）高旁開度大于60%。當以上條件滿足時，發出汽輪機切缸請求，允許運行人員進行切缸操作。

汽輪機閥位控制邏輯：當運行人員按下切缸按鈕后，根據汽機啟動時的主汽壓力、主汽溫度及高旁開度，程序自動提高閥門流量指令目標值，自動提高升負荷率，使高調閥、中調閥自動開啟。隨著高調閥開啟，高壓缸開始進汽做功。

高壓旁路、低壓旁路控制邏輯：（1）低旁壓力控制器在自動狀態，維持汽機啟動時再熱壓力。隨著中調門開啟再熱器壓力下降，低旁壓力調節閥自動關閉。（2）高旁壓力控制器在自動狀態，維持汽機啟動時主汽壓力，同時接受汽機切缸指令作為前饋信號。隨著高調閥開啟，主汽壓力下降，高旁壓力調節閥會自動關閉。切缸過程中，當高調門開度大于10%時，按照0.5~1%/s的速率超馳關高旁壓力調節閥，直至完全關閉。高旁壓力調節閥全關后聯關高旁減溫水、低旁壓力及溫度調節閥。

汽輪機高壓缸排汽通風閥（VV閥）邏輯：電機未并網前，通風閥在汽機倒暖時自動關閉，在汽機正暖時自動打開。并網后，當切缸指令發出時，如果高調門開度大于5%，自動關閉。

高排逆止閥控制邏輯：高排逆止閥在汽機跳閘、發電機跳閘或者OPC動作時自動關閉；在發電機并網時，自動開啟，保持自由狀態。在切缸過程中，通過蒸汽壓力把閥門頂開。

汽輪機“切缸”完成判斷邏輯：（1）高旁壓力調節閥關閉；（2）閥門流量指令達到目標值；（3）逆止閥離開關位。當以上三個條件滿足時，程序自動發出切缸完成信號，提醒運行人員可以進行下一步升負荷操作。

通過優化后，切缸“一鍵”進行，自動完成，過程參數平穩，如圖2所示。

圖2 優化后自動切缸曲線

2 硬件設備技術優化部分

（1）主機和主要輔機的主要保護聯鎖測點，采用雙測點冗余配置

如果采用單測點來聯鎖保護，此測點如果出現故障，很容易引起保護誤動作或者拒動，導致機組降出力或者停機，采用雙測點冗余配置可以提高機組的穩定性。

（2）DCS系統控制器及I/O模塊優化分配

對一些重要的成對輔機設備，控制器要分開設計，分別配置在不同的控制器中，同一個控制器內的重要測點分配到不同的模塊，極大地提高了系統的可靠性。

例如參與MFT保護的折焰角入口匯集集箱前水溫1、2、3三溫度測點，原設計在110控制器的C3簇的301D、302D、303D模塊，如果C3簇的CI840通訊接口模塊故障，就會導致整列C3簇下邊的模塊設備故障，折焰角入口匯集集箱前水溫高引發MFT保護誤動作，影響機組安全穩定運行，鑒于此，將折焰角入口匯集集箱前水溫1、2、3三溫度測點分布到110控制器C4簇、C5簇（新增）不同的簇里，避免出現通訊接口模塊故障引起的保護誤動作。

存在以上問題的還有爐膛壓力保護、火檢冷卻風母管壓力保護、給水流量保護，爐膛壓力1、壓力2、壓力3，火檢冷卻風壓力1、壓力2、壓力3，給水流量1、流量2、流量3，以上保護測點，原設計都在110控制器的C3簇的308D、309D、310D模塊，優化后都分布到110控制器C4簇、C5簇（新增）不同的簇里，從而提高了主保護的安全可靠性。

圖3是測點分布優化前后的對比示意圖。

圖3 測點分布優化前后的對比示意圖

（3）MFT跳閘回路采用獨立的雙回路設計方案

DCS廠家常規設計的回路是將兩路MFT跳閘回路電源經二極管切換后提供給一組繼電器跳閘回路，這種設計會成引起電廠直流電源接地查找困難以及直流環路后直流系統頻發接地報警的原因，另外一組繼電器中的某一繼電器故障也會引起某些設備拒動。本項目MFT跳閘繼電器采用兩套獨立直流跳閘回路方案配置，對直流回路無影響，同時一組繼電器中的某一繼電器故障也不會引起某些保護拒動或者誤動作，保護可靠性大大提高。

（4）DCS服務器采用3冗余設計

本項目DCS系統服務器采用3冗余設計，大大提高了系統可靠性，單臺機組配置5臺操作員站，一臺值長站，通過對服務器權重配置進行冗余切換，如：操作員1、操作員2對Server1設置最大權重（即Server1正常時，這兩臺同時掛到Server1），在操作員站1配置權重Server2大于Server3，操作員站2配置權重Server3大于Server2，這種配置方式在Server1故障時兩臺操作員站可以切到不同的Server，保證單臺服務器負荷率不會突然增大，同時將操作員3、操作員4對Server3設置最大權重，在操作員站3配置權重Server2大于Server1，操作員站4配置權重Server1大于Server2，極大地提高系統可靠性。

（5）重要保護測點布置優化

例如原設計給水流量三個變送器設計在一個保溫柜內，如果一個出現泄漏，會影響其他兩個給水流量變送器測量，將變送器分散到不同的保溫柜內，避免一個泄漏引起其他損壞，引起保護誤動作或者拒動，提高系統可靠性。

（6）取消輔機就地PLC控制，全部納入DCS系統控制

PLC就地控制，設備不可靠，故障率高，也不利于運行人員操作、監控，將磨煤機、送風機、引風機的油站，EH油箱、潤滑油箱、膠球清洗系統的就地PLC控制系統取消，直接進入DCS控制，提高系統可靠性。

（7）主要輔機調節裝置的電動執行機構采用分體設計

由于主要風機本體振動較大，風機液壓調節裝置的電動執行機構經常出現由于振動原因導致的故障，影響主要輔機的正常使用，將液壓調節裝置的電動執行機構控制部分和執行器機械部分分開安裝，將電動控制部分單獨安裝到振動較小的位置，避免由于長時間的振動導致故障，提高系統可靠性。

3 結語

經過一段時間的運行情況來看，設備幾次出現故障，因為一系列的優化設計，最終避免了設備停運或者降出力，為機組的安全穩定運行提供了重要的保障，總之通過一系列軟件系統、硬件系統方面的技術優化，大大提高了機組的安全可靠性。

[1] 北京ABB貝利工程有限公司Symphony Plus系統使用手冊[Z].

Thermal Technology Optimization of Enhancing the Safety and Reliability

隨著電力工業的發展，大容量火力發電機組已成為電網的主力機組，大容量機組是否安全穩定運行將關系著電網的穩定運行，更是直接關系著整個國民經濟的發展。如何保證大容量火力發電機組的穩定運行就變得至關重要，熱工系統作為電廠的主要控制、監視系統，其系統設計是否合理、邏輯保護設計是否周全、設備是否可靠將直接影響到機組的安全穩定運行。本文結合本廠控制系統、聯鎖邏輯、熱工設備等方面所做技術優化應用情況，介紹了熱工技術優化創新在提高機組安全可靠性方面所起到的重要作用，為其他機組提供借鑒經驗。

熱工；保護；聯鎖；優化；設計；安全；可靠性

With the development of power industry, the large capacity thermal power units has become a main grid units. The safe and stable operation of large capacity units concerns the stable operation of the power grid, and is directly related with the development of the whole national economy. How to ensure the stable operation of the large capacity thermal power unit becomes crucial. As the main control and monitoring system of power plant thermal system, the rationality of the system design, the comprehensive logical protection design, the reliable equipment will directly affect the safe and stable operation of the unit. Combined with the application of the technology of optimization in our control system, interlock logic, and thermal technology equipment , this paper introduces the thermal optimization of technological innovation in the aspect of enhancing the safety and reliability of important role, which provides a good reference for other units.

Thermal; Protection; Interlock; Optimization; Design; Safety; Reliability

B

1003-0492(2016)03-0078-03

TM611

楊延超（1979-），男，河南人，助工，本科，現就職于華潤電力焦作有限公司，主要研究方向為熱控技術。

許銳鋒（1983-），男，廣東人，助工，本科，現就職于華潤電力焦作有限公司，主要研究方向為熱控技術。

張勇軍（1973-），男，河南人，中級職稱，本科，現就職于華潤電力焦作有限公司，主要研究方向為熱控技術。