DCS系統中熱工保護的設置方法

林 巖，辛 巖

(1.國家電投內蒙古公司，內蒙古 通遼 028000；2.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006)

1 熱工保護概述

現代大型火電機組[1]主要由鍋爐、汽輪機、發電機3部分組成，其中發電機由于其自身特點，跳閘保護間隔要求在毫秒級別，DCS控制周期很難滿足要求，所以發電機保護由專門的設備和控制裝置來實現保護功能，對于DCS中設置的保護，主要是指鍋爐和汽輪機這2部分的保護。DCS保護按設備分類主要包括鍋爐主保護、汽輪機主保護、輔機保護3部分。完善的保護功能除了保證保護動作的正確性外，保護信號設置要合理，另外還要保證有必要的提示功能，包括保護信號當前狀態顯示、保護投切顯示、保護首出顯示等重要信息。

2 保護條件的合理設置

保護條件設置是否正確，直接關系到機組設備能否安全穩定運行。以下通過實例來對比說明如何正確設置保護條件。

a.保護信號冗余設置。為防止設備的拒動或誤動[2]，一般采用冗余信號3取2的設置方式。如鍋爐主保護中的“爐膛壓力高高”保護條件，通過就地信號采集，輸入3個爐膛壓力高高信號，當其中任意2個信號動作時，觸發保護動作，其真值表如表1所示。由表1可看出，對于信號狀態的不同組合，其保護輸出狀態各占50%，即保護拒動和誤動的概率分別為50%，能夠滿足實際要求。

表1 保護動作真值表

b.溫度保護信號要有壞點切除和速率大切除。壞點切除是指在溫度測點故障不能正常反映實際就地狀態的情況下，該測點保護切除；速率大切除是指溫度變化率(每秒溫度變化的差值)大于某一設定值時，保護切除。需要注意的是速率大并不代表測點故障，有可能真實發生了電機燒瓦的事故，所以必須正確設置速率保護切除參數，根據經驗此參數一般設置為15 ～30 ℃/s。

c.保護信號選取要合理。例如電動門的“已開”和“已關”信號，不能簡單認為是邏輯上的取反關系，這兩個信號反映的是設備2個不同狀態。如密封風機跳閘保護其中1條為“密封風機運行10 s后入口門仍關閉”，其實質內容是在密封風機運行后10 s，入口門仍然沒有離開關位，即入口門未動作，此時必須用入口門“已關”信號；如果用“已開”的取反信號，則表示的是“密封風機運行10 s后入口門未完全打開”，這2種表達的邏輯意義是完全不同的2個概念，必須要合理選擇信號才能表達出正確的保護跳閘含義。

d.保護條件要進行合理的脈沖信號處理。例如密封風機跳閘保護其中1條為“2臺一次風機全?！?，這條保護含義是在密封風機運行的情況下，當跳閘條件觸發時，密封風機跳閘；在2臺一次風機停止的條件下是可以啟動密封風機的，所以不能用長信號來作為跳閘條件，必須用脈沖信號。否則將導致因存在跳閘條件而不能正常啟動情況的發生。

e.保護條件要進行合理的延時信號處理。延時的作用是當跳閘條件滿足后經過一段設定的時間才觸發跳閘條件，其作用是保證保護信號真實準確反映就地情況再觸發保護動作，防止信號抖動而引起設備誤動情況的發生。例如重要輔機的溫度保護，都要設置3～5 s的延時，保證真實溫度高于設定值時，觸發設備跳閘，保證機組安全，防止誤動事故的發生。

3 熱工保護在DCS組態中的實現方法

以下以密封風機保護為例，來具體說明熱工保護在DCS組態中的實現方法。密封風機保護包括3個條件：密封風機運行10 s后入口門仍關閉、2臺一次風機全停、軸承溫度保護。具體實現步驟如下。

a.保護信號當前狀態。信號經過DCS邏輯判斷后所得出的跳閘保護信號，反映實際狀態。設置此中間點的目的是幫助提示運行人員當前保護條件的狀態。對于密封風機保護而言，其保護信號判斷方式如圖1所示。

圖1 密封風機保護信號

b.保護投切。在保護投入的情況下保護信號觸發后，密封風機跳閘；若保護未投入，即使保護信號觸發，密封風機也不會跳閘。保護投切設置的目的是在設備故障的情況下切除保護，防止因DCS信號故障而引起設備誤動，使檢修維護人員在故障情況下可以對機組重要設備進行檢修維護，保證機組安全運行。對于密封風機保護投切而言，需在保護信號后“與”上一個投切按鈕，默認值為“1”，且可在DCS中在線設置參數。當參數設置為“1”時，保護投入；當參數設置為“0”時，保護切除。需要注意的是，保護投切只能在DCS中通過設置參數來實現投切功能，不能在上位機上設置保護投切按鈕。其保護投切設置方式如圖2所示。

圖2 密封風機保護投切設置

c.保護首出[3]。當設備因保護信號觸發而導致設備跳閘時，可能同時出現多個信號共同發出的情況，但只有第1個信號才是導致設備跳閘的原因。為記錄下此信號，引入了跳閘首出的概念，對于密封風機保護而言，其保護首出設置方式如圖3所示。另外需要注意2點：一是首出功能邏輯塊的輸入是保護投切信號的輸出；二是首出信號的復位是靠設備運行后自動復位。

圖3 密封風機保護首出設置

d.其他注意事項。一是作用于設備跳閘的信號，是經保護投切組態處理的信號“或”之后的總保護輸出；二是保護信號當前狀態、保護投切、保護首出都需要在上位機顯示，為運行人員提供可靠的信息。另外，每個單獨信號和總保護輸出信號都應進入歷史庫，以便調取歷史數據[4]，為分析事故原因提供可靠的幫助。

4 結束語

熱工保護是機組安全穩定運行的基礎，是防止機組發生事故的保證，必須要科學合理設置保護。目前，隨著機組自動化[5]水平的不斷提高，熱工保護又出現了很多新的課題，這就要求設計保護的人員要以科學的態度，實事求是，從合理的角度出發，才能正確設置熱工保護，為機組的安全穩定運行做出應有的貢獻。