熱工單點保護的優化改造

孫亞偉

(國電蓬萊發電有限公司，山東 蓬萊 265600)

0 引言

隨著科技的發展以及安全理念的不斷進步，機組重要設備運行的可靠性越來越受重視。為了確?；痣姍C組的安全、經濟、穩定運行，對機組保護控制系統要求越來越高。當前各發電企業中，許多重要設備的保護或多或少存在單點保護情況，為此可通過技術改造，增加壓力、流量、液位等保護測點，提高保護的質量和可靠性。但由于受工藝限制，通常對汽輪機軸承溫度及其他重要6 kV輔機設備的電機軸承溫度只能采用單點保護方式。由于受現場環境影響，測溫元件容易出現接觸不良或斷線等故障，從而引起溫度保護系統誤動作，嚴重影響機組的安全經濟運行。

1 模擬量溫度單點保護邏輯優化

1.1 事件經過

2017-07-22T04：25，某廠發生一起B汽動給水泵保護跳閘現象。查看跳閘首出記錄，發現是汽動給水泵推力軸承外側溫度2測點溫度高保護動作。通過查看歷史趨勢，發現該溫度點從04：17左右開始波動，波動范圍為65—150 ℃；04：25：26，溫度高保護發出，給水泵跳閘。

在事故處理中，發現B汽動給水泵推力軸承外側溫度2測點接線端子處有油漬。油漬導致端子排兩端接線端子接觸不良，使B汽動給水泵推力軸承外側溫度2波動，造成設備跳閘。將油漬擦干凈并更換端子排后，溫度指示正常。

1.2 原因分析

軸承溫度保護邏輯如圖1所示。汽泵推力軸承外側溫度2測點在04：17：41左右開始跳變，因溫度跳變期間顯示好點，故質量判斷功能模塊(QCA)一直投入正常；雖然溫度波動已達跳閘值，但此時溫度變化速率超過設定值，溫度高及速率判斷模塊起作用，閉鎖保護動作。04：25：26，溫度仍為好點，但是溫度變化速率變慢，沒有超過設定的速率變化值，并且溫度已達跳閘值，導致溫度高保護動作發出，汽動給水泵跳閘。

1.3 優化方案

分析這次保護誤動的原因可知，要實現可靠的保護，邏輯需要有容錯功能，且要對信號源的質量進行準確判斷；一旦信號源異常，應立即切除保護，并具有相應的報警功能，提示運行人員進一步判斷；當人工判斷信號源正常后，再手動投入保護。

圖1 軸承溫度保護邏輯

在原邏輯方案的基礎上，提出了如圖2所示的邏輯優化方案。

(1) 如果溫度信號變化率超過速率限制(每臺設備的限制不一樣，應由生產廠家確定)時，S-R觸發器置“1”(報警)，同時閉鎖保護動作。正常情況下，溫度變化是一個緩慢的過程；如果有突變，即便變化率未超限也可肯定是測量環節存在問題。采用速率閉鎖功能塊可以避免這個漏洞。

(2) 溫度信號出現1次壞點時，S-R觸發器置“1”(報警)，同時閉鎖保護動作。

(3) S-R觸發器輸出為“1”(報警)時，只有人工手動復位才能使S-R觸發器置“0”(保護投入)，確保信號異常時的第一時間切除保護，并發出聲光報警，以便運行、熱工人員采取相關措施，防止事故擴大。

(4) 只有在溫度信號不是壞點，變化速率在合理范圍內，溫度保護超過跳閘值時，保護才會動作，保證了保護的正確性和可靠性。

1.4 注意事項

優化方案有較好的邏輯容錯能力，但是一個完善的邏輯保護其拒動率也要低，所以如何定義一個恰當的溫度速率閉鎖就顯得特別重要。在實際生產中，應當咨詢廠家確定速率限制。

在方案實際應用中，邏輯頁的掃描周期也很重要。采用溫度高模塊，則應增加延時閉合模塊，并且延時閉合模塊的時間定值應略大于邏輯頁的掃描周期，以防止溫度高模塊誤發時因保護還未切除導致的保護誤動。

1.5 應用情況

現對汽輪機軸承溫度、小機及汽動給水泵的軸承溫度采用這種控制策略，提高了保護的可靠性和穩定性。新建電廠350 MW和600 MW機組多數采用單輔機配置，這就使單輔機保護的重要性上升到和主保護同等地位，但是在出廠時對6 kV電機前后軸承溫度只配置1個測點位置。受工藝限制，現在火電廠多數6 kV電機軸承溫度都是單點保護，導致保護可靠性不高。

6 kV電機線圈繞組溫度一般都配置6個測點，而電機繞組溫度不參與電機保護，只是一個參考指標。對此可以采用如下方法加以改進：電機前后軸承溫度測點采用雙支溫度元件，減少2個電機線圈繞組溫度測點，增加電機前后軸承溫度測點；邏輯中采用“2取2”邏輯判斷，只有當軸承2個溫度測點都達到跳閘值時，保護才動作。

圖2 軸承溫度保護優化邏輯

2 開關量單點保護邏輯優化

2.1 事件經過

2018-01-28T03：21，某廠發生一起C循環水泵保護跳閘故障。查看跳閘首出記錄，發現循環水泵出口電動門全關保護動作。查看歷史趨勢，發現跳閘發生前，循環水泵運行期間出口電動門顯示全開；跳閘發生時，電動門全關，信號突然發出，同時全開信號一直存在，沒有消失。在事故處理中，發現循環水泵的出口電動門接線盒受潮，導致電動門全關信號誤發，循環水泵保護誤動，設備跳閘。

2.2 原因分析

出口門關閉保護動作的邏輯如圖3所示。當循環水泵運行時，收到出口門全關信號后，保護跳閘信號發出，循環水泵跳閘。

圖3 循泵出口門關閉保護動作邏輯

2.3 優化方案

在原邏輯方案的基礎上提出了優化方案，如圖4所示。

(1) 泵出口門全開、全關信號同時出現時，S-R觸發器置“1”（報警），同時閉鎖保護動作；當泵出口電動門全開、全關信號都消失，且消失時間大于電動門全開或全關動作行程時間時，S-R觸發器置“1”（報警），同時閉鎖保護動作。

(2) S-R觸發器置“1”（報警）時，只有人工手動復位才能使S-R觸發器置“0”(保護投入)，確保信號異常時第一時間切除保護，并發出聲光報警，以便運行、熱工人員采取相關措施，防止事故擴大。

(3) 只有泵運行時，全關信號出現且全開信號消失時保護才會動作，保證了保護的正確和可靠。

2.4 注意事項

該優化方案有較好的邏輯容錯能力，但是一個完善的邏輯保護其拒動率也要低，因此實際運行中邏輯頁的掃描周期也很重要。要求出口門全關的延時閉合模塊的時間定值應略大于邏輯頁的掃描周期，防止全關信號誤發時保護還未切除而導致保護誤動；出口門全開全關判斷的延時閉合模塊時間應大于電動門全動作行程時間。

3 空預器運行信號優化

3.1 事件經過

2017-06-04T18：43，某廠B空預器主電機電流到0，空預器停止運行，但B空預器主電機顯示運行狀態。

運行人員通過煙溫異常升高判斷該空預器停止運行，聯系熱工人員配合，手動停止空預器主電機運行，啟動空預器輔助電機。但由于空預器停止時間過長，啟動失敗，同側送風機、引風機跳閘。

3.2 原因分析

圖4 出口門關閉保護優化邏輯

該廠空預器運行信號取自空預器電機接觸器的輔助接點信號，由于空預器主電機相間絕緣降到0，造成動力回路失電；但控制回路電源是獨立于動力回路的電源，在動力電源喪失的情況下，控制回路電源存在，接觸器沒有斷開，造成該空預器依然顯示運行。

3.3 優化方案

(1) 控制回路改進。在空預器動力回路內增加電壓監視繼電器，將空預器電機動力電源消失信號串入空預器控制回路。當動力電源消失時，控制回路自動斷開，從而使接觸器斷開。

(2) 加裝轉速測量裝置。如果空預器運行信號取自空預器主、副電機的運行信號，再加上電機電流來判斷空預器是否運行，又可能會發生減速箱斷軸、電機空轉，但空預器實際已經停止運行的情況。所以空預器的運行信號不應該取自空預器主、副電機的運行信號，而應該配備獨立的轉速測量裝置，通過該轉速測量裝置的信號來判斷空預器是否運行。

據此，對空預器加裝3套獨立轉速測量裝置，空預器運行信號不應“3取2”，應當“3取1”，即只要有1個空預器轉速測量裝置判斷空預器運行，則空預器就處于運行狀態。

4 關于主要輔機停止運行信號判斷

當機組主要輔機故障跳閘造成機組實發功率受到限制時，為適應設備出力，協調控制系統會強制將機組負荷減到尚在運行的輔機所能承受的負荷目標值，所以主要輔機停止運行信號判斷正確與否將直接影響機組是否安全穩定運行。很多電廠都是將機組主要輔機6 kV開關的分閘信號或者合閘信號取反后，作為機組主要輔機停止運行信號，此種舉措不安全且不符合“二十五項反措”要求，必須對此提高警惕。

在實際運行中，可將設備6 kV開關的分閘信號取反、合閘信號取反、實際電流小于電機空負荷運行時的電流作為判斷信號，將這3個信號“3取2”后，再將所得的信號作為主要輔機故障停止運行的判斷依據。

5 結束語

(1) 在DCS的運用中，首先要以系統的安全可靠為前提，不能拘泥于DCS的組態方式和限制于系統功能，要創新解決方案，使系統組態更加安全可靠，盡量發揮系統軟件的最大功能。

(2) 與多點保護相比，單點保護相對薄弱，震動、灰塵、銹蝕、元器件損壞、接線松動、電磁干擾等都可能引起測點信號不準甚至成為壞點，因此應特別重視測點安裝、信號傳輸的規范及維護，以提高其可靠性。