大型火电机组热工保护及联锁逻辑的优化

大型火电机组热工保护及联锁逻辑的优化

付佳佳

贵州创星电力科学研究院有限责任公司 贵州省贵阳市 550081

摘要：合理设置火电机组热工保护与联锁系统的逻辑定值，是防止系统误拒动、保障机组安全安全可靠运行极其重要的一环。因此，对逻辑进行优化和对定值进行核查也就显得尤为必要。本文就如何优化一些热工保护联锁系统的逻辑和正确制定热工保护与联锁的定值谈一些体会，希望能够为提升火电厂热工保护联锁系统的可靠性提供一定的参考。

关键词：热工保护与联锁；逻辑；定值；优化

0前言

由于发电企业管理考核和生产经营等多方面的压力，热工保护与联锁系统的逻辑和定值设置都比较偏向于防止误动，这样相对增大了拒动的风险。下面将如何正确地去确定保护逻辑和定值，防止机组热工保护联锁系统发生拒动、误动的对策进行探讨，并针对一些比较典型热工保护联锁逻辑提出相应的优化措施。

1火电厂热工保护联锁系统的任务和组成

热工保护与联锁的主要作用是在机组启停和运行过程中，当发生危机设备安全的危险工况时，自动采取保护或者联锁措施，防止故障扩大。联锁则是一种处理故障的控制方式，属于保护范畴的控制功能，因此热工保护系统有时也称为保护联锁系统，它传输的信号通常为热力过程中的开关量信号。当前火电机组的热工保护及联锁系统基本上都是由DCS或PLC实现，主要包含有测量发信回路、输入回路、逻辑运算回路、信号输出回路、执行回路。其中，测量发信回路的任务就是通过检测热力过程或设备的运行参数，判断发出保护或联锁启动所需信号，通过输入回路传输到控制器之中的逻辑运算回路，控制器根据事先设置好的联锁或保护逻辑进行运算，并通过输出回路输出运算结果给现场执行回路执行，以保障热力系统安全运行，从而为机组的安全稳定运行奠定基础。由此可见，其中的任意一个环节出现问题，均会影响到保护联锁系统的可靠性。

2热工保护联锁逻辑和定值优化

热工保护与联锁所针对的对象是热力系统，它包含了热力过程和热力设备，因此，热工保护与联锁逻辑设计和定值制定的依据必然是热力系统的相关特性和运行要求。具体的主要有：热力系统的设计说明（SDD）、热力设备厂家所提供的控制保护说明或运行说明、防止电力生产事故的二十五项重点要求、热工保护联锁设计和运行维护的相关规程、热控系统可靠性评估技术导则等。

2.1汽轮机振动保护逻辑

如今部分汽机振动保护逻辑为了防止误动，采用了复合跳闸逻辑的方法，即使用本轴承与相邻轴承振动的变化情况来综合判断是否达到保护动作条件，例如：使用任一轴X或Y方向振动高高（HH）延时1秒与上相邻轴承X或Y方向振动高（H）延时3秒跳闸汽轮机。而汽轮机轴系在实际运行过程中，某道轴承的X或Y向振动与相邻轴承之间振动的变化并无必然联系和固定规律可循，因此这种逻辑存在很大的拒动风险。比较合理的是此逻辑采用任一轴承X或Y方向振动高高（HH）经适当延时（防止干扰引起误动）后跳闸汽轮机。

2.2重大辅机模拟量和开关量保护逻辑

对于模拟量的保护逻辑，通常就是对转速、流量、压力等信号进行相对应的取样分析，采取三个独立的取样点，并对三个取样点“三取中”后进行高值或者低值的判断，最后决定是否输出跳闸信号。此时尤其需要注意判断模块的选择和里面的参数设置。如果设置不对可能引起设备的误动。辅机系统的相关参数设置不当，信号点间超过控制偏差等也会出现误动的情况。因此，对于不会出现较大幅度变化的信号点建议不使用模块来进行相关参数的设定，但是要增加光字牌报警来提醒相关人员的注意。

对于开关量的保护，严格按照“三取二”的逻辑保护来实施，开关量取样应尽量采用3个独立采样点，并将采样信号分别送入3个不同的卡件，然后在DCS或PLC中进行逻辑判断。

在实际应用中，对于DCS以及现场送入ETS系统的信号，例如高排温度高等信号，在DCS侧进行三选之后将信号送至ETS判断。而这类信号的判断是基于DCS侧的模拟量判断，可能会由于干扰存在误动的可能。同样对于MFT跳闸汽轮机来说也存在相应的风险，此时就需要将不同的3个独立的测点进行逻辑判断之后采用三个不同的分支来做优化处理，再决定是否输出跳闸信号。

2.3重大辅机轴承温度保护逻辑

通常情况下轴承温度保护有单点温度保护、双测点温度保护和三测点温度保护。对于单侧点温度保护而言，正常情况下温度不具有突变性，但是考虑到中间环节可能出现接线端子松动或者受到信号源干扰可能会导致温度上升或者变为坏点，导致误动。所以加入温度速率保护和质量判断，当温升速率超限之后暂时退出保护并在光字牌上报警提醒相关人员。而对于双温度测点的保护逻辑设置为任意一点温度高跳闸设备，同时也具有速率保护和坏质量保护，并加入了2秒的延时防止因干扰而导致的误动。对于三测点温度保护，则采用3选模块来进行判断，也同样加入速率保护，并在光字牌上报警提示，使得运行人员详细关注参数的变化，以采取相应的操作。

2.4通过网络变量来传输的重要测点

通过网络变量传输的测点来进行保护或联锁，具有一定程度的不可靠性，重要热工保护的相关规程也明确禁止采用这种方式。对于一些热工辅助保护和联锁系统，在采用这种信号时，需特别谨慎，不仅要考虑到网络传输的速度，还要特别注意传输方式（常见的有变化传输、定时传输、广播传输等）。例如某品牌的DCS系统，采用的传输方式是变化超死区立即传输、没有超出死区定时传输相结合的方式，某机组汽轮机交直流油泵压力低联锁就采用该DCS模拟量例外报告点来实现，因例外报告点是DCS系统中的中间点，组态时量程设置不当，造成联锁时间过长，导致汽轮机烧瓦事故。该DCS系统的模拟量例外报告点包括量程和分辨率两个参数，分辨率（变化死区）是以量程百分比来计算的。若输入信号在一定的时间（最小报告时间t_min,一般为1秒）内的变化量小于分辨率，则不产生例外报告，输出维持不变，待一定时间（最大报告时间t_max,一般为60秒）后，网络传输信号才会刷新一次。若有联锁或者保护条件引用此输出端，则可能在最大报告时间t_max内造成联锁失败或者保护拒动。因此，对于重要联锁或者保护系统，需增加硬接线来保证动作的及时性和可靠性，保障设备安全。

3优化目标

对于热工保护联锁逻辑及其定值的优化，最终目标是要保证每一项需要完善的逻辑都能得到优化改造，优化后既要尽可能避免发生保护误动造成机组非停，又要杜绝拒动造成热力系统或热力设备事故和损坏，从根本上去保证机组的安全运行，减小甚至消除因热工保护及联锁误动或拒动所带来的经济损失。

4结语

热工保护联锁是保证设备安全的重要控制系统，由于一些技术上的原因，控制逻辑往往存在弊端，导致误动和拒动的现象时有发生。对热工保护联锁逻辑进行系统性的优化，不但能保证机械设备的安全，更能减少因误动或者拒动带来的经济损失。热工保护联锁逻辑还要在今后的实际运行过程中不断地进行优化和完善，做到彻底杜绝拒动和误动的现象发生，从而保证机组的安全运行和减少不必要的经济损失。

参考文献

1. 国家能源局. 防止电力生产事故的二十五项重点要求[S]. 北京：国家能源局,2014.

2. 国家能源局. 火力发电厂热工自动化系统可靠性评估技术导则[S].北京：国家能源局,2012.

3. 国家能源局. 火力发电厂热工自动化系统检修运行维护规程[S]. 北京：国家能源局,2005.

作者简介：

付佳佳（1992-），男，工学学士，助理工程师。主要从事热工保护及热工自动化。