單點溫度保護系統(tǒng)的容錯邏輯設(shè)計

為了確保大容量火電機組的安全運行，對機組的保護控制系統(tǒng)要求越來越高。目前，由于受工藝限制，對汽輪機軸承溫度保護、汽輪機回油溫度保護等系統(tǒng)通常都只能采用單點溫度測量，但由于測溫元件易出現(xiàn)接觸不良或斷線等故障，從而使得溫度保護系統(tǒng)易發(fā)生誤動，嚴重影響機組的安全經(jīng)濟運行。

　　為了提高溫度保護系統(tǒng)的可靠性，在溫度保護的邏輯設(shè)計中可采用容錯設(shè)計，即盡可能考慮測溫環(huán)節(jié)在運行中容易出現(xiàn)的故障，并通過預(yù)先設(shè)置的邏輯措施來識別錯誤的溫度信號，以防保護系統(tǒng)誤動。

　　1 容錯邏輯設(shè)計方案

　　1.1 方案1

　　容錯邏輯設(shè)計方案1采用溫度變化率壞點閉鎖邏輯（圖1）。

　　由圖1可見，該方案對溫度信號設(shè)置變化率。在測溫回路正常情況下，當汽輪機軸承回油溫度大于定值Hl（75 ℃）時將發(fā)出保護跳閘信號。當測溫回路不正常時：（1）判斷溫度測量點為壞點時，屏蔽溫度保護跳閘輸出信號；（2）當溫度信號的變化率超過某限值（H：，℃／s）時， SR 觸發(fā)器置1，溫度保護功能自動退當測點故障消除后，可通過自動或手動方式復(fù)位保護控制系統(tǒng)，使溫度保護功能重新投入運行。

　　1.2 方案2

　　容錯邏輯設(shè)計方案2采用延時、高高限、低低限壞點閉鎖邏輯（圖 2 ）。

　　由圖2可見，該方案對溫度信號增加了上、下限判斷，保護延時 1s后輸出（防止干擾）。在測溫回路正常情況下，當軸承回油溫度大于定值Hl（75℃）時，延時1s后將發(fā)出保護跳閘信號。當測溫回路不正常時：（l）測量點為壞點時，屏蔽保護輸出信號；（2）當溫度信號的測量值遠不在工作區(qū)域，如輔機軸承回油溫度高于高高限H（150 ℃）或低于低低限L（0 ℃）時，將屏蔽保護輸出信號。

　　另外，可設(shè)置一個溫度保護投切開關(guān)，用于檢修時防止溫度保護誤動，同時也可用于溫度測點顯示值上下波動時（熱電阻接觸不好）暫時退出保護，以防止保護誤動。

　　為了確保大容量火電機組的安全運行，對機組的保護控制系統(tǒng)要求越來越高。目前，由于受工藝限制，對汽輪機軸承溫度保護、汽輪機回油溫度保護等系統(tǒng)通常都只能采用單點溫度測量，但由于測溫元件易出現(xiàn)接觸不良或斷線等故障，從而使得溫度保護系統(tǒng)易發(fā)生誤動，嚴重影響機組的安全經(jīng)濟運行。

　　為了提高溫度保護系統(tǒng)的可靠性，在溫度保護的邏輯設(shè)計中可采用容錯設(shè)計，即盡可能考慮測溫環(huán)節(jié)在運行中容易出現(xiàn)的故障，并通過預(yù)先設(shè)置的邏輯措施來識別錯誤的溫度信號，以防保護系統(tǒng)誤動。

　　1 容錯邏輯設(shè)計方案

　　1.1 方案1

　　容錯邏輯設(shè)計方案1采用溫度變化率壞點閉鎖邏輯（圖1）。

　　由圖1可見，該方案對溫度信號設(shè)置變化率。在測溫回路正常情況下，當汽輪機軸承回油溫度大于定值Hl（75 ℃）時將發(fā)出保護跳閘信號。當測溫回路不正常時：（1）判斷溫度測量點為壞點時，屏蔽溫度保護跳閘輸出信號；（2）當溫度信號的變化率超過某限值（H：，℃／s）時， SR 觸發(fā)器置1，溫度保護功能自動退當測點故障消除后，可通過自動或手動方式復(fù)位保護控制系統(tǒng)，使溫度保護功能重新投入運行。

　　1.2 方案2

　　容錯邏輯設(shè)計方案2采用延時、高高限、低低限壞點閉鎖邏輯（圖 2 ）。

　　由圖2可見，該方案對溫度信號增加了上、下限判斷，保護延時 1s后輸出（防止干擾）。在測溫回路正常情況下，當軸承回油溫度大于定值Hl（75℃）時，延時1s后將發(fā)出保護跳閘信號。當測溫回路不正常時：（l）測量點為壞點時，屏蔽保護輸出信號；（2）當溫度信號的測量值遠不在工作區(qū)域，如輔機軸承回油溫度高于高高限H（150 ℃）或低于低低限L（0 ℃）時，將屏蔽保護輸出信號。

　　另外，可設(shè)置一個溫度保護投切開關(guān)，用于檢修時防止溫度保護誤動，同時也可用于溫度測點顯示值上下波動時（熱電阻接觸不好）暫時退出保護，以防止保護誤動。

　　2 容錯邏輯設(shè)計方案比較

　　目前，很多發(fā)電廠采用熱電阻信號在DCS內(nèi)生成開關(guān)量來代替溫度開關(guān)，用于溫度的聯(lián)鎖保護。在溫度保護功能中，測點的品質(zhì)判斷是確保保護正確動作、避免保護誤動作的關(guān)鍵。熱電阻測溫回路的不正確測量主要有以下原因：

　?。╨）回路的電磁干擾，其特點是測量信號變化快，作用時間短，為偶發(fā)事件；

　　（2）回路接觸不良，其特點是測量信號有突變或顯示偏離正常值，若不進行檢修，此現(xiàn)象將長期存在；

　?。?）回路中發(fā)生斷線，其特點是測量信號出現(xiàn)突變現(xiàn)象且不能恢復(fù)。

　　在熱電阻輸入模塊中，一般都具有自動硬件檢測功能，當出現(xiàn)電源中斷、模塊類型錯誤、變送器故障、熱電阻輸入斷線、硬件電路故障時模件會發(fā)出硬件報警，并將此點作為壞點退出邏輯運算，從而避免由于卡件原因引起的溫度保護誤動。圖1、圖2的容錯邏輯均設(shè)計了此功能。

　　若采用容錯邏輯設(shè)計方案1，只要溫度變化率的限值（H2）設(shè)置合適，在干擾、斷線情況下，該邏輯能夠有效防止保護誤動；對于接觸不良的情況，只有當造成溫度變化率較大時，該邏輯才能防止保護誤動。但是，H2值設(shè)置很難確定，過大則邏輯失去容錯意義，不能有效防止保護誤動，過小則溫度正常變化時將閉鎖保護功能，造成保護拒動。

　　圖3為舟山朗熹發(fā)電有限責任公司（舟山發(fā)電廠）某機組4號電動給水泵液力禍合器工作油溫度高時跳閘給水泵曲線。在4號電動給水泵切換到3號給水泵過程中，由于出現(xiàn)4號電動給水泵逆止閥不能正常關(guān)閉故障，給水進入了4號電動給水泵，引起4號電動給水泵倒轉(zhuǎn)，造成其給水泵液力禍合器工作油溫度急劇上升，溫度變化數(shù)據(jù)如表1所示。

　　由圖3或表1可見，在一些時段，4號電動給水泵液力藕合器工作油溫度變化率較大，且在不同時段溫度的變化率不同，數(shù)值相差很大，說明了H2值難以設(shè)置。另外，選擇容錯邏輯設(shè)計方案1，還需設(shè)置其它相關(guān)參數(shù)。以舟山發(fā)電廠為例，其1號125MW機組、2號135MW機組控制系統(tǒng)均采用英國歐陸公司制造的NETWORK-6000 DCS，在進行溫度變化率邏輯閉鎖的參數(shù)設(shè)置時，需注意：（l）熱電阻輸入通道模塊中有一個一階濾波時間參數(shù)，若時間設(shè)置過大，即使輸入溫度信號有較大變化，該模件輸出也是緩慢變化的，此時若使用溫度變化率邏輯，就失去了控制意義。故組態(tài)時需修改系統(tǒng)默認的一階濾波時間參數(shù)，可將其設(shè)置小一些或設(shè)置為0。

　?。?） NETWORK-6000 DCS的變化率模塊SampTime參數(shù)值選擇應(yīng)小到足以跟蹤所有有效的過程變量（PV）變化，但不能小到使計算結(jié)果產(chǎn)生O速率（由于舍入誤差）。

　　方案2設(shè)置H、L是為了在溫度測點接線接觸不良、短路或斷線時閉鎖保護信號輸出。L一般可設(shè)置為0℃，因機組正常工作時溫度一般都高于0℃；H的設(shè)置以Hl延時1s后可能到達的溫度為參考點，若軸承回油溫度保護值為75℃，H可設(shè)置為150℃左右（2倍的保護值）。

　　因此，選擇邏輯方案1，進行合適的參數(shù)設(shè)置尤為重要，而方案2的參數(shù)設(shè)置比較簡單。

　　在實際應(yīng)用中，可根據(jù)設(shè)備的物理特性及重要程度來選擇合適的容錯邏輯設(shè)計方案。如汽輪機軸承回油溫度高至跳閘汽輪機時，汽輪機監(jiān)視數(shù)值會有很大的變化，可能使保護先動作，而且汽輪機軸承回油溫度是潤滑油對軸承冷卻后的溫度，其滯后于軸承實際溫度，且變化緩慢，所以宜采用方案1。對于冗余配置的某些輔機（l臺運行、1臺備用），以及送風機、引風機（雖然在機組運行時2臺都工作），若1臺風機工作時其軸承工作油只有溫度保護，易導致保護拒動，所以采用方案2。

　　3 結(jié)語

　　目前，舟山發(fā)電廠根據(jù)機組運行的實際情況，對汽輪機軸承溫度保護選用方案1，對一些輔機軸承溫度保護選用方案2。2年多的實際應(yīng)用表明，通過選用以上邏輯方案，既保證了保護不發(fā)生拒動，又極大減少了保護誤動的次數(shù)，保證了機組的安全、穩(wěn)定運行。