火電廠ETS保護(hù)邏輯缺陷分析與處理

摘 要：ETS作為常規(guī)島重要的保護(hù)系統(tǒng)，為確保機(jī)組運(yùn)行安全，其設(shè)計(jì)均采用冗余設(shè)計(jì)。本文提到的ETS系統(tǒng)在電源切換時(shí)，發(fā)出錯(cuò)誤的機(jī)組跳閘信號(hào)。經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)和系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)其根本原因是冗余設(shè)計(jì)不合理帶來(lái)的。在出現(xiàn)的問(wèn)題中暴露出冗余設(shè)計(jì)在保護(hù)中也不能確保萬(wàn)無(wú)一失，恰恰是冗余設(shè)計(jì)中的這一部分，給系統(tǒng)安全引入了新的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：ETS、PLC、邏輯、保護(hù)、誤動(dòng)、冗余

0.引言

ETS作為常規(guī)島重要保護(hù)系統(tǒng)之一，在安裝調(diào)試過(guò)程中應(yīng)多狀況和反復(fù)做可靠性驗(yàn)證，要求做到保護(hù)動(dòng)作及時(shí)并且不能誤動(dòng)，使用前各種測(cè)試就顯得更為重要，只有在反復(fù)的驗(yàn)證中才能確認(rèn)該系統(tǒng)的可靠性和兼容性，才能提高設(shè)備的運(yùn)行安全。

1.實(shí)驗(yàn)過(guò)程

在一次電氣 UPS 電源切換實(shí)驗(yàn)中，切換的后備電源發(fā)生故障，整個(gè)用電回路出現(xiàn)三四十秒的斷電，致使汽輪機(jī)保護(hù)裝置 ETS 主 PLC失電，在 UPS 電源恢復(fù)正常后，給 ETS 系統(tǒng)送電，此時(shí) ETS 發(fā)出“機(jī)組跳閘”信號(hào)到 DCS 系統(tǒng)，DCS 系統(tǒng)根據(jù)邏輯設(shè)計(jì)關(guān)閉所有的抽汽電動(dòng)門(mén)及抽汽逆止門(mén)，小汽輪機(jī)因此失去沖轉(zhuǎn)汽源而轉(zhuǎn)速下降，給水流量迅速下降，給水流量低保護(hù)動(dòng)作，汽輪機(jī)跳閘，發(fā)電機(jī)解列。這里主要分析 ETS 系統(tǒng)主 PLC 送電時(shí)向 DCS 發(fā)出“機(jī)組跳閘”信號(hào)的原因和避免此類(lèi)事故的解決措施。ETS復(fù)位部分原理如下：

說(shuō)明：“Reset1”是掛閘按鈕輸入觸點(diǎn)，用于機(jī)組掛閘操作；

“TRIP1”是通道 1 跳閘，指通道 1 因某一條件動(dòng)作而跳閘；

“TRIP2”是通道 2 跳閘，指通道 2 因某一條件動(dòng)作而跳閘；

“AST1”到“AST4”是 4 個(gè)跳閘電磁閥的輸出信號(hào)；

“reset”是機(jī)組已掛閘信號(hào)；

“UNTRIP”是機(jī)組跳閘信號(hào)，它與“reset”信號(hào)相反。

機(jī)組正常運(yùn)行狀況是，當(dāng) ETS 的 PLC 正常工作時(shí)，在無(wú)跳閘條件存在的情況下，機(jī)組未復(fù)位之前“TRIP1”、“TRIP2”為1。按下掛閘按鈕時(shí) “Reset1” 1，電磁閥 AST1 和 AST3 帶電，“AST1”為 1 并保持，“AST3”由 0 變?yōu)?1，通道 1 復(fù)位；同理，電磁閥 AST2 和 AST4 帶電，通道 2 復(fù)位。機(jī)組的復(fù)位過(guò)程完成，已復(fù)位信號(hào)“reset”為 1，機(jī)組跳閘信號(hào) “UNTRIP”消失，送到 DCS 的跳閘信號(hào)失去，抽汽逆止門(mén)和抽汽電動(dòng)門(mén)可以打開(kāi)，機(jī)組處正常運(yùn)行狀態(tài)。

2.發(fā)出跳閘信號(hào)分析：

當(dāng) ETS 主 PLC 的 UPS 電源失去時(shí)，機(jī)組跳閘信號(hào)“UNTRIP”觸點(diǎn)因?yàn)?PLC 停止工作而處于打開(kāi)狀態(tài)，這與 PLC 上電后在機(jī)組掛閘時(shí)的狀態(tài)一致，所以不會(huì)引起機(jī)組跳閘。當(dāng) PLC 上電時(shí)，雖然不存在跳閘條件，即“TRIP1”、 “TRIP2”均為 1，而掛閘按鈕“Reset”是脈沖信號(hào)，只有按復(fù)位按鈕才能為 1，默認(rèn)情況下為 0，所以“AST1”、“AST2”、“AST3”、“AST4”狀態(tài)為 0。由于副P(pán)LC正常工作，已復(fù)位信號(hào)“reset”為1，當(dāng)主PLC上電復(fù)位時(shí)，跳閘電磁閥得電正常工作，但是“reset”的常閉接點(diǎn)打開(kāi)需要一點(diǎn)時(shí)間，已復(fù)位信號(hào)“reset”的常閉接點(diǎn)還未打開(kāi)，跳閘繼電器得電，這樣主PLC上電的瞬間就發(fā)出跳閘信號(hào)“UNTRIP”為 1。由于 ETS 系統(tǒng)的副 PLC 工作正常，主副 PLC 的跳閘電磁閥輸出為并聯(lián)，故四個(gè)跳閘電磁閥仍然帶電，機(jī)組不跳閘。而主副 PLC 的機(jī)組跳閘信號(hào)“UNTRIP”觸點(diǎn)是并聯(lián)，所以在恢復(fù)送電的瞬間送出“機(jī)組跳閘信號(hào)”到 DCS 系統(tǒng)聯(lián)關(guān)抽汽逆止門(mén)和抽汽電動(dòng)門(mén)。

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)論

ETS 系統(tǒng) PLC 上電時(shí)的默認(rèn)狀態(tài)應(yīng)該為機(jī)組的當(dāng)前狀態(tài)，但由于上電繼電器動(dòng)作的時(shí)間有瞬間時(shí)差，如果機(jī)組正常運(yùn)行，偶然性會(huì)發(fā)出跳閘信號(hào)。而且任一 PLC 都能送出“機(jī)組跳閘”信號(hào)到 DCS，這就是為什么主 PLC 的 UPS 電源消失后重新送電觸發(fā)機(jī)組跳閘信號(hào)的原因。而對(duì)于 ETS 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，由于主副 PLC 互為備用，主 PLC的失電和送電不應(yīng)該影響副 PLC 的正常工作和輸出輸入狀態(tài)的變化，而且汽輪機(jī)也并沒(méi)有因?yàn)橹?PLC 失電和送電而跳閘，最終的跳閘是因?yàn)闄C(jī)組大聯(lián)鎖動(dòng)作所致，這次主 PLC 送出“機(jī)組跳閘”信號(hào)到 DCS 與 ETS 送出跳閘信號(hào)去跳閘汽輪機(jī)并不一致，也就是說(shuō)這次主 PLC 不應(yīng)發(fā)出“機(jī)組跳閘”信號(hào)，這是設(shè)計(jì)上的問(wèn)題。

4. 解決方案研討：

為了合理解決問(wèn)題，詳細(xì)討論了各種方案，比較優(yōu)缺點(diǎn)，具體情況如下：

1）加裝繼電器，由信號(hào)“UNTRIP”觸發(fā)，經(jīng)過(guò)繼電器的常閉接點(diǎn)送到 DCS。

優(yōu)點(diǎn)：任一 PLC 的失電和送電不會(huì)誤發(fā)“UNTRIP”；

缺點(diǎn)：a、信號(hào)常帶電，容易誤動(dòng)，b、加裝繼電器，增加故障點(diǎn)。

2）修改邏輯如下圖 2，即將“reset”的常閉接點(diǎn)改為常開(kāi)，在 DCS 側(cè)將信號(hào)取“非”。

優(yōu)點(diǎn)：任一 PLC 的失電和送電不會(huì)誤發(fā)“UNTRIP”；

缺點(diǎn)：信號(hào)常帶電，容易誤動(dòng)。

3）將主副 PLC 送出的機(jī)組跳閘信號(hào)由并聯(lián)改為串聯(lián)。

優(yōu)點(diǎn)：任一 PLC 的失電和送電不會(huì)誤發(fā)“UNTRIP”；

缺點(diǎn)：在 PLC 失電后要很及時(shí)地恢復(fù)電源，并按復(fù)位按鈕，使跳閘邏輯正常工作，不然會(huì)誤跳。這給運(yùn)行和檢修人員帶來(lái)繁重的工作量，也不利于機(jī)組安全。

4）將主副 PLC 送出的機(jī)組跳閘信號(hào)由并聯(lián)改為串聯(lián)，加裝繼電器，由信號(hào)“UNTRIP”觸發(fā)，經(jīng)過(guò)繼電器的常閉接點(diǎn)送到 DCS。

優(yōu)點(diǎn)：任一 PLC 的失電和送電不會(huì)誤發(fā)“UNTRIP”；

缺點(diǎn)：加裝繼電器，增加故障點(diǎn)。

5）將 DCS 中用于聯(lián)鎖關(guān)閉抽汽電動(dòng)門(mén)和抽汽逆止門(mén)的“機(jī)組跳閘”信號(hào)改由就地來(lái)的ETS 油壓開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)，開(kāi)關(guān)定值 6.89MPa，如果 ETS 油壓低于 6.89MPa，則機(jī)組跳閘，自然要求聯(lián)關(guān)抽汽電動(dòng)門(mén)和抽汽逆止門(mén)。

優(yōu)點(diǎn)：不影響 ETS 和 DCS 的所有已有功能的正常作用，任一 PLC 的失電和送電不會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)信號(hào)；

缺點(diǎn)：精確校驗(yàn) ETS 油壓開(kāi)關(guān)，并檢查接線可靠。

6）對(duì)邏輯進(jìn)行修改，如下圖3。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，跳閘信號(hào)是在上電瞬間由于繼電器接點(diǎn)動(dòng)作的時(shí)間差造成的，在跳閘信號(hào)后面增加一個(gè)延時(shí)相應(yīng)的邏輯，設(shè)定延長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間為0.5秒，即在上電的初始狀態(tài)為0。TD正常工作后， 將過(guò)濾掉所有的干擾信號(hào)。因?yàn)榇颂庍壿嬛皇亲鰪?fù)位跳閘信號(hào)使用，不影響其他保護(hù)邏輯發(fā)出跳閘信號(hào)，因此加上0.5秒的延時(shí)不會(huì)對(duì)機(jī)組保護(hù)有任何影響，即防止了保護(hù)的誤動(dòng)，當(dāng)遇到故障時(shí)也不會(huì)使系統(tǒng)拒動(dòng)。

5. 結(jié)論

總結(jié)以上方案的優(yōu)缺點(diǎn)，最終采用方案六，即對(duì)復(fù)位邏輯進(jìn)行修改，保護(hù)聯(lián)鎖功能完全實(shí)現(xiàn)，避免了因?yàn)?ETS 系統(tǒng)的電源故障而引起的誤動(dòng)，保證了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。所有擔(dān)任重要保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)備，都是為確保機(jī)組運(yùn)行安全而設(shè)計(jì)的，為了提高保護(hù)的可靠性，冗余設(shè)計(jì)是經(jīng)常采用的措施。本文中的ETS系統(tǒng)有主副兩塊PLC在電源切換時(shí)，設(shè)計(jì)是由于忽略了系統(tǒng)上電恢復(fù)和繼電器帶點(diǎn)動(dòng)作的微小時(shí)間差，而造成系統(tǒng)保護(hù)的誤動(dòng)。像這樣隱蔽的缺陷設(shè)計(jì)還有不少，要想使我們的設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，就要求我們進(jìn)行多工況和反復(fù)實(shí)驗(yàn)，及早發(fā)現(xiàn)缺陷，將其消除在萌芽狀態(tài)。

作者簡(jiǎn)介：

王明先（1978-）男，武漢大學(xué)，儀控專業(yè)高級(jí)工程師。