MFT軟邏輯及硬回路設計

李忠生+田琨+張振榮

【摘 要】文章介紹了平頂山熱電有限公司DCS升級改造中，鍋爐主燃料跳閘（MFT）的

軟件邏輯及硬件跳閘板回路設計。通過信號、電源、軟件與硬件的冗余設計及容錯設計等方式和方法，為機組的可靠運行提供有力的保證措施。

【關鍵詞】MFT；信號處理；軟件邏輯；硬件跳閘板；電源

火力發電機組鍋爐主燃料跳閘（MFT）作為機組的主保護，其可靠性對機組的安全運行具有重大意義。為保證MFT邏輯動作的正確性，防止出現保護誤動、拒動的可能。在MFT的信號處理、軟件邏輯及硬件跳閘板回路設計中，充分考慮和應用了冗余技術、容錯技術及失電保護技術等，以期MFT保護系統能正確保護機組的安全。

1 工程概況

國家電投集團平頂山熱電有限公司現有兩臺210MW燃煤發電機組投入商業運行，由于原來DCS系統已投運滿10年，設備故障率高，維護工作量大，急需進行DCS升級改造。

此次升級改造采用國核自儀系統工程有限公司的NuCON系統，并對整個MFT軟硬件邏輯進行了重新設計與優化。

2 MFT軟件邏輯設計

MFT軟件邏輯所在的控制器為一對冗余的控制器。機柜工作電源為兩路冗余交流220V電源，一路來自保安段，另一路來自UPS。

DCS系統信號掃描周期及邏輯運算周期均采用40ms，當出現任何危機鍋爐安全運行的危險工況下，使得MFT邏輯能快速切斷所有進入爐膛的燃料，保證設備安全，避免事故發生或限制事故進一步擴大。

2.1 開關量信號處理

由于電廠各種干擾非常多，開關量信號很可能發生瞬間抖動，所以在引入MFT保護邏輯前，都要通過延時合處理，以盡量提高信號的準確性。

一般電廠的重要保護信號都會設計3個傳感器。比如鍋爐爐膛壓力高保護信號，現場設置3個壓力開關進行檢測爐膛壓力，這時就有三個鍋爐爐膛壓力高保護信號的開關量信號輸入DCS。對此類三個冗余的開關量信號，在邏輯中通過三取二進行處理，以達到容錯效果。再根據工藝需求，進行一定的延時后送入MFT跳閘邏輯。

2.2 模擬量信號處理

電廠的工藝總是存在各種內擾和外擾、以及信號干擾。使得模擬量信號總是在工藝真實值上下不斷的波動之中。所以在模擬量信號引入邏輯保護組態前，需對其進行濾波處理，然后再進行高低值判斷，判斷后的開關量信號再根據工藝需求，進行一定的延時后送入MFT跳閘邏輯。

特別是汽包水位的處理需要注意。汽包水位一般有三個傳感器，3個汽包水位經補償計算后，獲得3個補償后水位（分別為H1、H2、H3）。汽包水位作為MFT跳閘邏輯的重要條件之一，可以有兩種信號處理組態方式。

方式一：把3個補償后水位（分別為H1、H2、H3）經三取中獲得一個汽包水位中值H0。再進行高低值判斷，判斷后的開關量信號DH0再根據工藝需求，進行一定的延時后送入MFT跳閘邏輯。

方式二：對3個補償后水位（分別為H1、H2、H3）分別進行高低值判斷，判斷后的開關量信號（分別為DH1、DH2、DH3）再通過三取二處理，達到容錯效果。最后根據工藝需求，進行一定的延時后送入MFT跳閘邏輯。

補償后水位H1、H2、H3都為好點，當補償后水位H1、H2、H3任意兩個之間的差值都大于偏差限時，汽包水位中值H0就會判斷為壞點且數值不變，也就無法為MFT邏輯提供真實的判斷依據。相比之下，方式二才是更可靠的MFT保護邏輯三冗余模擬量信號處理方式。平頂山熱電有限公司MFT保護邏輯中的汽包水位信號處理就采用的方式二。

2.3 MFT動作條件

（1）汽機跳閘且負荷大于15%，三取二；

（2）兩臺送風機全停；

（3）兩臺引風機全停；

（4）當無油槍投入且磨煤機運行時，兩臺一次風機全停；

（5）兩臺火檢冷卻風機全停持續30秒鐘或火檢冷卻風壓低（三取二）延時30秒；

（6）爐膛壓力高二值（三取二），持續3秒鐘；

（7）爐膛壓力低二值（三取二），持續3秒鐘；

（8）汽包水位高于250mm（三取二），持續3秒鐘；

（9）汽包水位低于-250mm（三取二），持續3秒鐘；

（10）兩臺空預器全停，延時10秒 ；

（11）爐膛風量<30%超過2秒；

（12）全爐膛滅火：任一給煤機運行時，全部油層火焰及全部煤層火焰失去，發生全爐膛滅火，（層火焰失去：每層失去3個以上火焰信號為層火焰失去）。

（13） 首次油槍連續點火失敗3次：爐膛中沒有燃燒器在運行，且油槍點火失敗次數達3槍次。

（14）失去所有燃料：鍋爐投運后（任意一只油槍曾經投運過），（所有油角閥關閉或爐前進油快關閥關閉）且（給煤機全停持續20秒或所有磨煤機全停）；

（15）操作員MFT跳閘：操作員將操作臺的兩個MFT按鈕同時按下；

（16）脫硫故障（三取二），持續3秒鐘。

2.4 MFT觸發邏輯

把上述的16個MFT動作條件輸入到First模塊的輸入引腳In1～In16。任意一個MFT動作條件觸發，First模塊的輸出引腳D立即為“1”并發出MFT信號，且輸出引腳Y記錄下觸發的輸入引腳序號（1～16）。

MFT信號發出后，通過控制器的邏輯組態去聯鎖跳閘相應的輔機設備，并輸出到三個DO通道，且三個DO通道位于不同的三塊DO卡里。

2.5 MFT的復位及動作條件切除邏輯

MFT動作后，輸出引腳D及Y的值長期保持，直至鍋爐爐膛完成吹掃后自動復位。

在組態中，搭建了MFT動作條件切除邏輯。當把某一MFT動作條件切除后，該條件將不參與MFT觸發邏輯的運算。因此，只有在特殊情況下，根據現場實際運行情況，經值長批準，可由熱工組態人員根據工作票對相應的MFT動作條件進行切除操作。endprint

3 硬件跳閘板

硬件跳閘板設計采用交流、直流兩套跳閘板冗余設計。DCS輸出MFT動作信號至3個MFT動作繼電器，每個繼電器都含4個常開觸點。配置2個手動MFT按鈕，每個按鈕含3個常開觸點和1個常閉觸點。

從圖1交流硬件跳閘板電氣回路設計圖可看出：該回路跳閘繼電器為得電動作，手動MFT按鈕觸點與DCS輸出MFT繼電器觸點并聯，2個手動MFT按鈕觸點串聯，將3個MFT動作繼電器觸點構成3取2動作回路。交流跳閘繼電器觸發后，通繼電器的常開觸點去跳閘相應的輔機設備。回路通過繼電器R21實現自保持，直到MFT復位信號觸發，回路重新失電。

交流硬件跳閘板的工作電源由DCS系統兩路電源切換后提供。在極端情況下，如果DCS兩路工作電源均失去，將導致交流硬件跳閘板回路失電，將產生交流跳閘繼電器拒動現象。

在DCS兩個工作電源均失去的極端情況下，交流硬件跳閘板有拒動現象，所以我們設計了直流硬件跳閘板。把DCS兩路電源失電信號引入直流硬件跳閘板回路，交直流電源都正常時，交流、直流硬件跳閘板的跳閘繼電器觸點并聯同時工作。同時考慮直流硬件跳閘板也有失去的可能，把直流硬件跳閘板設計成失電動作，從而保證在最壞的情況下，也能實現所有進入爐膛的燃料能及時切斷。如圖2直流硬件跳閘板電氣回路設計圖所示。手動MFT按鈕觸點、DCS輸出MFT繼電器觸點、DCS系統兩路電源失去串聯，2個手動MFT按鈕的觸點并聯，將3個MFT動作繼電器觸點構成3取2動作回路。直流跳閘繼電器觸發后，通繼電器的常閉觸點去跳閘相應的輔機設備?；芈吠ㄟ^繼電器R16實現自保持，直到MFT復位信號觸發，回路重新得電。

4 結束語

（1）通過對MFT信號的處理，實現了信號的容錯能力，消除了信號干擾引起的誤動。

（2）手動跳閘按鈕采取同時動作有效和DCS輸出MFT繼電器3取2的動作方式。該方案在確保MFT不拒動的前提下，降低了MFT誤動的可能性。

（3）MFT軟件邏輯與硬件跳閘板為冗余關系，任意一個觸發MFT，都會跳閘相應的輔機設備。

（4）硬件跳閘板采用交流、直流兩套跳閘回路。交流回路為得電動作。把DCS系統兩路工作電源散失信號送至直流跳閘回路，同時直流跳閘回路設計為失電動作。在DCS兩路工作電源及MFT直流電源都失電的情況下，均能實現及時切斷所有進入爐膛的燃料。

通過上述冗余技術、容錯技術及失電保護技術在MFT軟邏輯和硬回路設計中的應用，保證了MFT邏輯動作的正確性，防止出現保護誤動、拒動的可能。保證了機組設備的安全，避免事故發生或限制事故進一步擴大。

【參考文獻】

[1]朱北恒等《火電廠熱工自動化系統試驗》，北京：中國電力出版社，2006.

[2]鄧慶松等《300MW火電機組調試技術》，北京：中國電力出版社，2002.

[3]DL/T 1091 - 2008， 火力發電廠鍋爐爐膛安全監控系統技術規程[S].

[責任編輯：張濤]endprint