引言

大型單元機(jī)組的特點(diǎn)是爐、機(jī)、電在生產(chǎn)中組成一個有機(jī)整體,加之有大量復(fù)雜的控制系統(tǒng)及裝置,其相互間的關(guān)系又非常密切,當(dāng)其中某些環(huán)節(jié)發(fā)生故障后,將會影響整個機(jī)組的安全運(yùn)行,嚴(yán)重的故障可能導(dǎo)致機(jī)組停機(jī),甚至危及設(shè)備和人身安全。為了維持整個生產(chǎn)過程的連續(xù)性,保護(hù)設(shè)備安全,應(yīng)設(shè)計(jì)一套比較完善的聯(lián)鎖保護(hù)裝置。

橫向聯(lián)鎖保護(hù)的作用就是將爐、機(jī)、電聯(lián)系起來,無論哪一部分出現(xiàn)故障,其他部分都會做出相應(yīng)的反應(yīng)[1]。橫向聯(lián)鎖一般包含機(jī)跳爐跳電、電跳機(jī)跳爐、爐跳機(jī)跳電。

1機(jī)組概述

某燃煤發(fā)電廠630MW機(jī)組鍋爐部分為上海鍋爐廠引進(jìn)美國ALSToM公司技術(shù)制造的超臨界變壓運(yùn)行螺旋管圈直流爐,單爐膛、一次中間再熱、四角切圓燃燒方式、平衡通風(fēng):汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N630-24.2/566/566型超臨界、一次中間再熱、三缸四排汽、單軸、反動式、凝汽式汽輪機(jī):發(fā)電機(jī)由上海電機(jī)廠制造。

單元機(jī)組控制采用上海FoxBoRo公司I/A'S分散控制系統(tǒng),設(shè)計(jì)包含DAS、BMS、MCS、SCS系統(tǒng)。汽輪機(jī)控制系統(tǒng)采用上海汽輪機(jī)有限公司的DEH控制系統(tǒng)。

2優(yōu)化方案實(shí)施背景

典型事故案例:某公司#32機(jī)組ETS保護(hù)動作,首出故障原因是"MFT動作",但DCS系統(tǒng)檢查不到MFT動作信號,MFT發(fā)送到ETS系統(tǒng)的信號回路絕緣完好。

原因分析及整改建議:鍋爐MFT跳閘回路發(fā)送到汽輪機(jī)保護(hù)ETS系統(tǒng)的動斷觸點(diǎn)信號僅有一路,冗余度不足。MFT動作繼電器輔助觸點(diǎn)、硬接線回路、信號輸入I/O通道等均有可能故障或受外界影響誤發(fā)信號,引發(fā)"爐跳機(jī)"保護(hù)動作。根據(jù)《火力發(fā)電廠熱工自動化系統(tǒng)可靠性評估技術(shù)導(dǎo)則》(DL/T261一2012)第6.2.3.4條要求,對原安裝設(shè)計(jì)設(shè)備回路進(jìn)行檢查,必要時更換繼電器及其信號傳輸回路。MFT繼電器應(yīng)送出三路動斷觸點(diǎn)至ETS裝置,在ETS內(nèi)進(jìn)行"三取二"邏輯判斷后跳閘,三路保護(hù)信號從取樣到I/O數(shù)據(jù)采集,應(yīng)全程保持獨(dú)立性。

根據(jù)國家能源局下發(fā)的《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》(國能安全(2014)161號)中9.4.3條規(guī)定,所有重要的主、輔機(jī)保護(hù)都應(yīng)采用"三取二"的邏輯判斷方式,保護(hù)信號應(yīng)遵循從取樣點(diǎn)到輸入模件全程相對獨(dú)立的原則,確因系統(tǒng)原因測點(diǎn)數(shù)量不夠,應(yīng)有防保護(hù)誤動措施。

該燃煤電廠三期工程機(jī)、爐、電橫向保護(hù)信號及汽輪機(jī)TSI裝置和ETS系統(tǒng)之間的振動、軸向位移等跳閘信號為單點(diǎn)設(shè)計(jì),不滿足反措要求,保護(hù)信號單一回路異常將引起保護(hù)非正常動作,影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

鑒于電力行業(yè)單點(diǎn)保護(hù)典型事故案例頻發(fā),同時為適應(yīng)國家能源局最新要求,使橫向聯(lián)鎖保護(hù)動作更加可靠和安全,既防誤動又防拒動,需要對機(jī)跳爐、爐跳機(jī)保護(hù)信號進(jìn)行冗余處理。

3策略選擇

對于"三選"的動作保護(hù),一般來說是比較重要的信號采用,不是聯(lián)鎖保護(hù)就是調(diào)節(jié)控制,所以會加上一些判斷條件和切除條件,邏輯設(shè)計(jì)中常常需要可切換的兩組甚至三組保護(hù)邏輯。"三取二""三取中""三取均"等,這些可能在一個保護(hù)邏輯中用到。

3.1策略概念

3.1.1"三取二"信號法

"三取二"是指開關(guān)量控制時的投票制,同一信號采用三冗余信號進(jìn)行表決,兩個滿足即認(rèn)為條件滿足。"三取二"是為了判斷準(zhǔn)確、可靠,防止誤動,常用于保護(hù)回路。其邏輯圖如圖1所示。

3.1.2"三取中"信號法

"三取中"是指模擬量信號采用三冗余輸入,取其中值為實(shí)際使用值,常用于主要調(diào)節(jié)回路。一般三個同一位置的測量點(diǎn)出現(xiàn)過大偏差時,就要查清楚問題原因,并安全、快速地處理,萬萬不可抱僥幸心理。除了取中,一般功能塊還提供選擇:高選、低選、平均或三個中的一個。

3.1.3"三取均"信號法

"三取均"也是針對模擬量,三個數(shù)取平均值,能有效克服系統(tǒng)誤差,但儀表故障造成的隨機(jī)誤差難以避免。

3.2邏輯組態(tài)注意事項(xiàng)

3.2.1"三取二"策略

"三取二"策略一般用于保護(hù)取樣信號的邏輯判斷,為確保信號的可靠性,可以加入質(zhì)量判斷、切除等邏輯。

3.2.2"三取中"策略

正常時取中間值,當(dāng)出現(xiàn)一個點(diǎn)為壞點(diǎn)或偏差超限時自動剔除壞點(diǎn)變?yōu)槭Ｓ鄡牲c(diǎn)取平均,一個設(shè)計(jì)良好的邏輯是能夠做到在指定單點(diǎn)值、中值、平均值間任意指定的。

"三取中"在調(diào)節(jié)系統(tǒng)中用得最多,可以實(shí)現(xiàn)三個信號相互做偏差檢查,剔除其中一個不正確的信號,剩余兩個信號取均值:如果再壞一個,自動取第三個信號:如果全壞,就應(yīng)該保持正常輸出時的值,同時發(fā)出報(bào)警。

3.2.3"三取均"策略

"三取均"策略下可以加入判斷信號,當(dāng)三路信號全正常時,取三個平均值:當(dāng)有一個信號不正常時取兩個數(shù)的平均值:當(dāng)兩個信號不正常時,取另一個正常的數(shù)值。這種方法在自動調(diào)節(jié)中應(yīng)用最為廣泛。

4機(jī)跳爐聯(lián)鎖保護(hù)

4.1原控制策略

該電廠三期工程#5機(jī)組原機(jī)跳爐控制策略為:汽機(jī)信號取自安全油壓AST信號"三取二"再取反,送到輸出模塊ASLN,再送到1R11繼電器,表征汽機(jī)跳閘,通過電纜硬接線送到鍋爐DCS機(jī)柜FC5009卡件U50905第15點(diǎn),從而實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖與保護(hù)的目的,但實(shí)際上為單點(diǎn)保護(hù)。

4.2優(yōu)化控制策略

增加兩路"機(jī)跳爐"信號,然后在FSSS系統(tǒng)里增加"三取二"邏輯保護(hù)。

4.2.1電纜布置

從#5機(jī)組DEH501機(jī)柜到FC5009機(jī)柜放兩根2×2×1.5規(guī)格電纜。

4.2.2DEH系統(tǒng)

原機(jī)跳爐單Do點(diǎn):CP5018下5oAIoⅠAS:N.CoUT(地址:5D2122-L)。

現(xiàn)增加兩個Do點(diǎn):CP5018下5oAIo:AS:N2.CoUT(地址:5D2124-15)、CP5019下5ATCIo:AS:N3.CoUT(地址:5D3132-1)。

為了保障安全可靠,增加的兩個Do點(diǎn)分別放到兩個不同的卡件5D2124E-15(1R13)、5D2132E-1(1R14),以上三個點(diǎn)由繼電器板同時輸出至FSSS機(jī)柜。

4.2.3FSSS系統(tǒng)

原機(jī)跳爐單DI點(diǎn):CP5005下50MFTⅠMCIN3.CIN5(地址:U50905-15)。

現(xiàn)增加兩個DI點(diǎn):CP5005下50D:Z:MCIN1.CIN15(地址:U50925-15)、CP5005下50DLZ:MCIN4.CIN15(地址:U50933-15)。

FSSS增加"三取二"邏輯:CP5005下50MFT:038LoG3模塊中,FSSS修改原50MFT:038TTRIP邏輯中BI02取值,由單點(diǎn)(50MFT:MCIN3.CIN5)改為新增"三取二"邏輯的出口(50MFT:038:oG3.Bo01)。

修改后邏輯如圖2、圖3所示。

圖2修改后機(jī)跳爐邏輯(BI02改為新增邏輯塊038LoG3.Bo01)

圖3新增邏輯塊038LoG3,"三取二"邏輯實(shí)現(xiàn)

4.2.4試驗(yàn)

全面進(jìn)行ETS保護(hù)試驗(yàn)、DEH保護(hù)試驗(yàn)、橫向聯(lián)鎖保護(hù)試驗(yàn),經(jīng)設(shè)備運(yùn)行與管理雙方確認(rèn),本次邏輯異動結(jié)果達(dá)到預(yù)期。

5爐跳機(jī)聯(lián)鎖保護(hù)

5.1原控制策略

該電廠三期工程#5機(jī)組原爐跳機(jī)控制策略為:MFT信號在RC5009柜通過J1/J2/J3繼電器"三取二"輸出,表征鍋爐跳閘。在DCS系統(tǒng)里(RC5004柜)通過Do點(diǎn)輸出至各個系統(tǒng)及設(shè)備,實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖與保護(hù)的目的。其中爐跳機(jī)保護(hù),MFT信號通過Do091714單點(diǎn)送到ETS系統(tǒng)Tricon機(jī)柜0103卡第15通道。

5.2優(yōu)化控制策略

對MFT輸出到ETS系統(tǒng)的保護(hù)信號進(jìn)行冗余處理,增加兩路爐跳機(jī)信號,然后在Tricon系統(tǒng)里面增加"三取二"邏輯保護(hù)。

5.2.1電纜布置

從#5機(jī)組RC5004柜到TRI501柜放兩根2×2×1.5規(guī)格電纜。

電纜敷設(shè)時應(yīng)充分考慮到新增電纜的布局、選型及防火防爆性能,正確的電纜選型和合理布局可以有效減少外部環(huán)境對信號的干擾以及各種電纜之間的相互干擾,提高DCS系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

5.2.2MFT系統(tǒng)

原爐跳機(jī)單Do點(diǎn):CP5005下50MFTⅠMFT5CoUT(地址:U50917-14)。

現(xiàn)增加兩個Do點(diǎn):CP5005下50MFTⅠMFT17CoUT(地址:U5092L-14)、CP5005下50MFTⅠMFT18CoUT(地址:U50934-1L)。三個MFT信號,分別取自三塊不同的DCS底板,保證設(shè)備安全性。

5.2.3Tricon系統(tǒng)

DI卡有兩塊一0103和0105。原有的MFT輸入信號為0103卡的第15通道,故取0105卡的第25、26備用通道(接線端子排號U3:50、U3:51)做兩個DI點(diǎn)進(jìn)行組態(tài)。Tricon系統(tǒng)組態(tài)實(shí)現(xiàn)如圖4所示。

5.2.4試驗(yàn)

全面進(jìn)行FSSS保護(hù)試驗(yàn)、DEH保護(hù)試驗(yàn)、橫向聯(lián)鎖保護(hù)試驗(yàn),經(jīng)設(shè)備運(yùn)行與管理雙方確認(rèn),本次邏輯異動結(jié)果達(dá)到預(yù)期。

6結(jié)論

本次改造鑒于事故案例和行業(yè)最新反措要求成功開展,不難看出,對于任何系統(tǒng)及設(shè)備,它們的高可靠性和可用率是人們所期望的。為了提高一個系統(tǒng)或者設(shè)備的可靠性,必須保證組成系統(tǒng)的各個設(shè)備及元件的高可用率,并且有相應(yīng)的冗余,防止個別元件損壞,造成系統(tǒng)或者設(shè)備不能運(yùn)行。因此,"三取二"邏輯作為一種冗余配置原則在不同領(lǐng)域逐步得到了應(yīng)用。

同時,根據(jù)可靠性分析的馬爾科夫過程原理,并考慮不同的保護(hù)輸出邏輯,分別計(jì)算誤動率和拒動率:假設(shè)一套保護(hù)故障誤動率和拒動率各為0.01,則兩套相同保護(hù)相"與"輸出,誤動率相乘為0.0001,拒動率相加為0.02:而兩套相同保護(hù)相"或"輸出則相反,誤動率相加為0.02,拒動率相乘為0.0001:三套保護(hù)相同輸出"三取二",則誤動率為0.0003,拒動率為0.000008。這充分說明不計(jì)保護(hù)裝置本身監(jiān)護(hù)功能的作用,兩個相同的保護(hù)通道,不論采取什么輸出邏輯,都不能解決誤動與拒動之間的矛盾,而"三取二"方式的誤動率和拒動率都比較低,很好地解決了此矛盾。

因此,采用"三取二"的邏輯判斷方式對機(jī)跳爐、爐跳機(jī)保護(hù)信號進(jìn)行冗余處理,使橫向聯(lián)鎖保護(hù)動作更加可靠和安全,既防誤動又防拒動,減少了設(shè)備非停事故,極大地提高了機(jī)組運(yùn)行安全性能,充分說明了此次改造選取的方案和改造成果是可靠的。

目前,該電廠三期工程汽輪機(jī)TSI裝置和ETS系統(tǒng)之間的振動、軸向位移等跳閘信號尚為單點(diǎn)設(shè)計(jì),這些控制保護(hù)模塊應(yīng)盡快采用"三取二"邏輯,進(jìn)一步提高運(yùn)行可靠性,防止設(shè)備誤動導(dǎo)致的非停事故發(fā)生。