單點(diǎn)溫度保護(hù)系統(tǒng)的容錯(cuò)邏輯設(shè)計(jì)

為了確保大容量火電機(jī)組的安全運(yùn)行，對(duì)機(jī)組的保護(hù)控制系統(tǒng)要求越來(lái)越高。目前，由于受工藝限制，對(duì)汽輪機(jī)軸承溫度保護(hù)、汽輪機(jī)回油溫度保護(hù)等系統(tǒng)通常都只能采用單點(diǎn)溫度測(cè)量，但由于測(cè)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(hù)系統(tǒng)易發(fā)生誤動(dòng)，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

　　為了提高溫度保護(hù)系統(tǒng)的可靠性，在溫度保護(hù)的邏輯設(shè)計(jì)中可采用容錯(cuò)設(shè)計(jì)，即盡可能考慮測(cè)溫環(huán)節(jié)在運(yùn)行中容易出現(xiàn)的故障，并通過(guò)預(yù)先設(shè)置的邏輯措施來(lái)識(shí)別錯(cuò)誤的溫度信號(hào)，以防保護(hù)系統(tǒng)誤動(dòng)。

　　1 容錯(cuò)邏輯設(shè)計(jì)方案

　　1.1 方案1

　　容錯(cuò)邏輯設(shè)計(jì)方案1采用溫度變化率壞點(diǎn)閉鎖邏輯（圖1）。

　　由圖1可見(jiàn)，該方案對(duì)溫度信號(hào)設(shè)置變化率。在測(cè)溫回路正常情況下，當(dāng)汽輪機(jī)軸承回油溫度大于定值Hl（75 ℃）時(shí)將發(fā)出保護(hù)跳閘信號(hào)。當(dāng)測(cè)溫回路不正常時(shí)：（1）判斷溫度測(cè)量點(diǎn)為壞點(diǎn)時(shí)，屏蔽溫度保護(hù)跳閘輸出信號(hào)；（2）當(dāng)溫度信號(hào)的變化率超過(guò)某限值（H：，℃／s）時(shí)， SR 觸發(fā)器置1，溫度保護(hù)功能自動(dòng)退當(dāng)測(cè)點(diǎn)故障消除后，可通過(guò)自動(dòng)或手動(dòng)方式復(fù)位保護(hù)控制系統(tǒng)，使溫度保護(hù)功能重新投入運(yùn)行。

　　1.2 方案2

　　容錯(cuò)邏輯設(shè)計(jì)方案2采用延時(shí)、高高限、低低限壞點(diǎn)閉鎖邏輯（圖 2 ）。

　　由圖2可見(jiàn)，該方案對(duì)溫度信號(hào)增加了上、下限判斷，保護(hù)延時(shí) 1s后輸出（防止干擾）。在測(cè)溫回路正常情況下，當(dāng)軸承回油溫度大于定值Hl（75℃）時(shí)，延時(shí)1s后將發(fā)出保護(hù)跳閘信號(hào)。當(dāng)測(cè)溫回路不正常時(shí)：（l）測(cè)量點(diǎn)為壞點(diǎn)時(shí)，屏蔽保護(hù)輸出信號(hào)；（2）當(dāng)溫度信號(hào)的測(cè)量值遠(yuǎn)不在工作區(qū)域，如輔機(jī)軸承回油溫度高于高高限H（150 ℃）或低于低低限L（0 ℃）時(shí)，將屏蔽保護(hù)輸出信號(hào)。

　　另外，可設(shè)置一個(gè)溫度保護(hù)投切開(kāi)關(guān)，用于檢修時(shí)防止溫度保護(hù)誤動(dòng)，同時(shí)也可用于溫度測(cè)點(diǎn)顯示值上下波動(dòng)時(shí)（熱電阻接觸不好）暫時(shí)退出保護(hù)，以防止保護(hù)誤動(dòng)。

　　為了確保大容量火電機(jī)組的安全運(yùn)行，對(duì)機(jī)組的保護(hù)控制系統(tǒng)要求越來(lái)越高。目前，由于受工藝限制，對(duì)汽輪機(jī)軸承溫度保護(hù)、汽輪機(jī)回油溫度保護(hù)等系統(tǒng)通常都只能采用單點(diǎn)溫度測(cè)量，但由于測(cè)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(hù)系統(tǒng)易發(fā)生誤動(dòng)，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

　　為了提高溫度保護(hù)系統(tǒng)的可靠性，在溫度保護(hù)的邏輯設(shè)計(jì)中可采用容錯(cuò)設(shè)計(jì)，即盡可能考慮測(cè)溫環(huán)節(jié)在運(yùn)行中容易出現(xiàn)的故障，并通過(guò)預(yù)先設(shè)置的邏輯措施來(lái)識(shí)別錯(cuò)誤的溫度信號(hào)，以防保護(hù)系統(tǒng)誤動(dòng)。

　　1 容錯(cuò)邏輯設(shè)計(jì)方案

　　1.1 方案1

　　容錯(cuò)邏輯設(shè)計(jì)方案1采用溫度變化率壞點(diǎn)閉鎖邏輯（圖1）。

　　由圖1可見(jiàn)，該方案對(duì)溫度信號(hào)設(shè)置變化率。在測(cè)溫回路正常情況下，當(dāng)汽輪機(jī)軸承回油溫度大于定值Hl（75 ℃）時(shí)將發(fā)出保護(hù)跳閘信號(hào)。當(dāng)測(cè)溫回路不正常時(shí)：（1）判斷溫度測(cè)量點(diǎn)為壞點(diǎn)時(shí)，屏蔽溫度保護(hù)跳閘輸出信號(hào)；（2）當(dāng)溫度信號(hào)的變化率超過(guò)某限值（H：，℃／s）時(shí)， SR 觸發(fā)器置1，溫度保護(hù)功能自動(dòng)退當(dāng)測(cè)點(diǎn)故障消除后，可通過(guò)自動(dòng)或手動(dòng)方式復(fù)位保護(hù)控制系統(tǒng)，使溫度保護(hù)功能重新投入運(yùn)行。

　　1.2 方案2

　　容錯(cuò)邏輯設(shè)計(jì)方案2采用延時(shí)、高高限、低低限壞點(diǎn)閉鎖邏輯（圖 2 ）。

　　由圖2可見(jiàn)，該方案對(duì)溫度信號(hào)增加了上、下限判斷，保護(hù)延時(shí) 1s后輸出（防止干擾）。在測(cè)溫回路正常情況下，當(dāng)軸承回油溫度大于定值Hl（75℃）時(shí)，延時(shí)1s后將發(fā)出保護(hù)跳閘信號(hào)。當(dāng)測(cè)溫回路不正常時(shí)：（l）測(cè)量點(diǎn)為壞點(diǎn)時(shí)，屏蔽保護(hù)輸出信號(hào)；（2）當(dāng)溫度信號(hào)的測(cè)量值遠(yuǎn)不在工作區(qū)域，如輔機(jī)軸承回油溫度高于高高限H（150 ℃）或低于低低限L（0 ℃）時(shí)，將屏蔽保護(hù)輸出信號(hào)。

　　另外，可設(shè)置一個(gè)溫度保護(hù)投切開(kāi)關(guān)，用于檢修時(shí)防止溫度保護(hù)誤動(dòng)，同時(shí)也可用于溫度測(cè)點(diǎn)顯示值上下波動(dòng)時(shí)（熱電阻接觸不好）暫時(shí)退出保護(hù)，以防止保護(hù)誤動(dòng)。

　　2 容錯(cuò)邏輯設(shè)計(jì)方案比較

　　目前，很多發(fā)電廠采用熱電阻信號(hào)在DCS內(nèi)生成開(kāi)關(guān)量來(lái)代替溫度開(kāi)關(guān)，用于溫度的聯(lián)鎖保護(hù)。在溫度保護(hù)功能中，測(cè)點(diǎn)的品質(zhì)判斷是確保保護(hù)正確動(dòng)作、避免保護(hù)誤動(dòng)作的關(guān)鍵。熱電阻測(cè)溫回路的不正確測(cè)量主要有以下原因：

　?。╨）回路的電磁干擾，其特點(diǎn)是測(cè)量信號(hào)變化快，作用時(shí)間短，為偶發(fā)事件；

　　（2）回路接觸不良，其特點(diǎn)是測(cè)量信號(hào)有突變或顯示偏離正常值，若不進(jìn)行檢修，此現(xiàn)象將長(zhǎng)期存在；

　?。?）回路中發(fā)生斷線，其特點(diǎn)是測(cè)量信號(hào)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(dòng)硬件檢測(cè)功能，當(dāng)出現(xiàn)電源中斷、模塊類(lèi)型錯(cuò)誤、變送器故障、熱電阻輸入斷線、硬件電路故障時(shí)模件會(huì)發(fā)出硬件報(bào)警，并將此點(diǎn)作為壞點(diǎn)退出邏輯運(yùn)算，從而避免由于卡件原因引起的溫度保護(hù)誤動(dòng)。圖1、圖2的容錯(cuò)邏輯均設(shè)計(jì)了此功能。

　　若采用容錯(cuò)邏輯設(shè)計(jì)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(hù)誤動(dòng)；對(duì)于接觸不良的情況，只有當(dāng)造成溫度變化率較大時(shí)，該邏輯才能防止保護(hù)誤動(dòng)。但是，H2值設(shè)置很難確定，過(guò)大則邏輯失去容錯(cuò)意義，不能有效防止保護(hù)誤動(dòng)，過(guò)小則溫度正常變化時(shí)將閉鎖保護(hù)功能，造成保護(hù)拒動(dòng)。

　　圖3為舟山朗熹發(fā)電有限責(zé)任公司（舟山發(fā)電廠）某機(jī)組4號(hào)電動(dòng)給水泵液力禍合器工作油溫度高時(shí)跳閘給水泵曲線。在4號(hào)電動(dòng)給水泵切換到3號(hào)給水泵過(guò)程中，由于出現(xiàn)4號(hào)電動(dòng)給水泵逆止閥不能正常關(guān)閉故障，給水進(jìn)入了4號(hào)電動(dòng)給水泵，引起4號(hào)電動(dòng)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(jiàn)，在一些時(shí)段，4號(hào)電動(dòng)給水泵液力藕合器工作油溫度變化率較大，且在不同時(shí)段溫度的變化率不同，數(shù)值相差很大，說(shuō)明了H2值難以設(shè)置。另外，選擇容錯(cuò)邏輯設(shè)計(jì)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(hào)125MW機(jī)組、2號(hào)135MW機(jī)組控制系統(tǒng)均采用英國(guó)歐陸公司制造的NETWORK-6000 DCS，在進(jìn)行溫度變化率邏輯閉鎖的參數(shù)設(shè)置時(shí)，需注意：（l）熱電阻輸入通道模塊中有一個(gè)一階濾波時(shí)間參數(shù)，若時(shí)間設(shè)置過(guò)大，即使輸入溫度信號(hào)有較大變化，該模件輸出也是緩慢變化的，此時(shí)若使用溫度變化率邏輯，就失去了控制意義。故組態(tài)時(shí)需修改系統(tǒng)默認(rèn)的一階濾波時(shí)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(guò)程變量（PV）變化，但不能小到使計(jì)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(cè)點(diǎn)接線接觸不良、短路或斷線時(shí)閉鎖保護(hù)信號(hào)輸出。L一般可設(shè)置為0℃，因機(jī)組正常工作時(shí)溫度一般都高于0℃；H的設(shè)置以Hl延時(shí)1s后可能到達(dá)的溫度為參考點(diǎn)，若軸承回油溫度保護(hù)值為75℃，H可設(shè)置為150℃左右（2倍的保護(hù)值）。

　　因此，選擇邏輯方案1，進(jìn)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(jiǎn)單。

　　在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)設(shè)備的物理特性及重要程度來(lái)選擇合適的容錯(cuò)邏輯設(shè)計(jì)方案。如汽輪機(jī)軸承回油溫度高至跳閘汽輪機(jī)時(shí)，汽輪機(jī)監(jiān)視數(shù)值會(huì)有很大的變化，可能使保護(hù)先動(dòng)作，而且汽輪機(jī)軸承回油溫度是潤(rùn)滑油對(duì)軸承冷卻后的溫度，其滯后于軸承實(shí)際溫度，且變化緩慢，所以宜采用方案1。對(duì)于冗余配置的某些輔機(jī)（l臺(tái)運(yùn)行、1臺(tái)備用），以及送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)（雖然在機(jī)組運(yùn)行時(shí)2臺(tái)都工作），若1臺(tái)風(fēng)機(jī)工作時(shí)其軸承工作油只有溫度保護(hù)，易導(dǎo)致保護(hù)拒動(dòng)，所以采用方案2。

　　3 結(jié)語(yǔ)

　　目前，舟山發(fā)電廠根據(jù)機(jī)組運(yùn)行的實(shí)際情況，對(duì)汽輪機(jī)軸承溫度保護(hù)選用方案1，對(duì)一些輔機(jī)軸承溫度保護(hù)選用方案2。2年多的實(shí)際應(yīng)用表明，通過(guò)選用以上邏輯方案，既保證了保護(hù)不發(fā)生拒動(dòng)，又極大減少了保護(hù)誤動(dòng)的次數(shù)，保證了機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。