溫度高保護慢速率判斷功能應用

嚴 郁

(大唐略陽發電有限責任公司，陜西 漢中 724300)

0 引言

溫度保護作為一項重要保護，在火電機組中應用廣泛，它能夠及時有效地發現由設備異常引起的溫度升高，并在到達定值后發出跳閘指令，停運異常設備，防止設備故障擴大，從而保證機組安全穩定運行。但由于溫度信號的測量通常采用弱電信號，常常由于溫度元件的老化、端子氧化、回路斷線、信號干擾等問題引起溫度信號異常波動，若保護判斷邏輯設置不合理，溫度信號的異常波動超過保護動作值時就會引起保護的誤動。若單純對溫度保護加以量程的修改、增加延時環節，能夠有效降低誤動幾率。但對于一些重要設備，這樣處理會造成保護動作值出現偏差以及保護的靈敏性下降。一旦發生故障，溫度保護不能及時動作，勢必會造成設備故障加重，嚴重的可能還會威脅到機組的安全運行。因此，如何在及時準確地實現溫度保護的同時，還能夠排除溫度異常波動對保護的干擾，是熱工保護的一項重要課題。

1 存在的問題

略陽發電廠7號機組汽輪機采用亞臨界參數、高中壓合缸、一次中間再熱、雙缸雙排氣、單軸、抽汽凝汽式330 MW汽輪機，型號：C305/N330-16.7/537/537/0.45，哈爾濱汽輪機廠生產；汽輪機數字式電液調節系統(digital electrichydraulic control system， DEH)采用GE新華OC6000e控制系統。汽輪機的溫度保護在DEH中實現，DEH將采集到的溫度信號先經過品質監測(TQ)功能塊進行斷線、超量程判斷，再由慢信號保護(SAIPro)功能塊判斷速率后將溫度值與保護動作值進行比較，若溫度信號品質無壞點且速率變化值在SAIPro設定的幅度內，則溫度達到定值時溫度高保護輸出；當溫度信號變化超過設定速率，則閉鎖保護輸出；當溫度恢復至正常范圍，且速率變化在規定時間內滿足要求，則自動恢復保護輸出功能。通過設置SAIPro慢信號保護功能塊中的正向速率限制值(PL)及負向速率限制值(NL)參數，改變溫度變化速率。

SAIPro慢信號保護功能塊中設置的PL和NL參數均為600 ℃/min，即每秒變化幅度為10 ℃，但根據仿真試驗發現，該邏輯的判斷是以DEH系統邏輯處理周期為單位進行判斷的，即該溫升速率判據實際為2 ℃/周期，而DEH系統邏輯處理周期為200 ms，也就是說在200 ms內溫度變化超過2 ℃便會閉鎖保護輸出，而不是1 s內溫度變化超過10 ℃閉鎖保護。但根據正常溫度變化特性分析，當故障發生時，在溫度迅速上升的過程中，存在200 ms內溫升超過2 ℃的現象。因此，SAIPro慢信號保護功能塊的固有邏輯判斷功能在溫度高保護的應用中存在一定的缺陷，按處理周期來設置的速率限制很容易造成溫度快速上升時閉鎖保護的情況發生，使保護存在拒動的風險而無法保護主設備的安全。

另外，還存在保護閉鎖條件自動復位如何設置的問題。若自動復位條件設置較低，就會出現復位后保護誤動現象；自動復位條件設置較高，則會引起保護長期退出；而一旦發生保護閉鎖退出，運行人員無法獲知則不利于問題的及時發現和處理，從而使設備存在失去溫度保護的隱患。

2 解決方案及實施

正常的溫度信號具有一定的慣性，溫度變化速率不會過快，根據經驗，當溫度變化速率超過8 ℃/s時，則認為溫度點變化異常，應該剔除該點的保護。因此，變化速率的判斷應滿足1 s內的任意周期變化幅度超過8 ℃或累計超過8 ℃。由于SAIPro慢信號保護功能塊不能滿足該要求，因此選擇GE新華OC6000e控制系統中的滯后(Delay)功能塊來替代SAIPro慢信號保護功能塊，重新對溫度高保護邏輯進行優化，滯后功能塊配置參數具體如表1所示。

表1 滯后功能塊參數

配置表1中，參數LT=-4，使用DT時間內輸入的變化幅度采集功能，采集1 s內測量值的變化幅值，幅值判斷公式如下所示：

遞推計算公式如下：

其中，T為計算周期；L為緩沖區長度(時間跨度)；KG為幅值增益；tmp->PreAl為指向臨時存儲的前周期的值。

p(n)=aX(n)+bX(n-1)，Y(n)=P(n-L)；因緩沖區長度為120，所以L大于120時，其中有些輸出為線性插值的結果。

經過比較，當幅值大于等于8 ℃或品質判斷斷線，則滿足保護閉鎖輸出條件；當測量值變化速率小于8 ℃/s且品質判斷為好點，當測量值達到保護動作值，則執行保護動作。

取消自動復位環節，設置手動復位輸入，可以復位速率判斷閉鎖條件，當測量值達到保護動作值，則手動無法復位閉鎖條件，這樣的設計是為了避免復位過程中觸發保護動作。

將慢速率超限和品質判斷壞點信號送至光字報警中，提示運行人員存在溫度保護信號異常退出，需要及時排查處理保護信號，待異常處理完畢恢復測量正常后，由熱控人員在邏輯組態中進行手動復位，投入溫度保護。

邏輯實現以高缸排汽溫度高保護為例，如圖1所示。

圖1 溫度高保護慢速率判斷邏輯

3 實施效果

該方案首先應用于略陽發電廠7號機組汽輪機軸承金屬溫度高保護及高缸排汽溫度高保護中，通過模擬測量信號變化的試驗，驗證了該溫度高保護慢速率判斷閉鎖準確，符合溫度變化超過8 ℃/s剔除該點保護的要求，相較之前的邏輯方案，有效減少了保護誤動和拒動的可能，提高了溫度保護的可靠性，并且結合聲、光報警準確提示運行人員測量異常現象，便于及時診斷處理異常。

4 結束語

溫度高保護慢速率判斷功能，不僅可以在GE新華OC6000e控制系統中實現，還可以應用于上海新華的控制系統，如XDPS控制系統中，除了對DEH系統自動汽輪機控制(automatic turbine control，ATC)設備進行溫度保護，還可以應用于基于新華控制系統的DCS控制系統其他輔機的溫度保護中，具有一定的推廣價值。