張建志
(東北電力科學(xué)研究院有限公司,遼寧 沈陽(yáng) 110006)
發(fā)電機(jī)組能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行,通常是因?yàn)槠渚哂性O(shè)備質(zhì)量可靠,保護(hù)邏輯合理,自動(dòng)調(diào)節(jié)回路過硬,運(yùn)轉(zhuǎn)人員經(jīng)驗(yàn)豐富、手法嫻熟等4 個(gè)特點(diǎn)。保護(hù)邏輯中應(yīng)著重關(guān)注跳閘危險(xiǎn)點(diǎn)的控制;自動(dòng)回路問題則依賴于成熟調(diào)試人員的精細(xì)調(diào)試和電廠熱控人員的適時(shí)修訂;運(yùn)轉(zhuǎn)人員素質(zhì)則依賴于對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)人員的教育、培養(yǎng)與模擬機(jī)上的反復(fù)演練。
超溫跳閘是保護(hù)邏輯中涉及得最多的一類保護(hù),如各種輔機(jī)的軸承溫度保護(hù)、直流鍋爐的再熱器超溫保護(hù)、分離器出口溫度保護(hù)、汽輪機(jī)的軸瓦溫度保護(hù)等,因溫度測(cè)點(diǎn)斷線,虛連等造成的跳閘事故時(shí)有發(fā)生。因此,火電廠中設(shè)計(jì)溫度保護(hù)應(yīng)遵守以下原則。
1.1.1 采用多點(diǎn)組合跳閘,避免單點(diǎn)跳閘
“三取二”是最合理的跳閘組合方式,電廠中重要溫度跳閘點(diǎn)也多采用這種方式。如直流鍋爐的分離器出口溫度保護(hù),通常是分離器左右側(cè)各安裝3 個(gè)溫度測(cè)點(diǎn),其中每側(cè)有2 個(gè)及以上測(cè)點(diǎn)的溫度達(dá)到跳閘值時(shí)保護(hù)動(dòng)作。有條件的電廠應(yīng)盡量滿足此溫度跳閘原則。
圖1 溫度保護(hù)邏輯
1.1.2 判斷測(cè)點(diǎn)溫度變化率和測(cè)點(diǎn)質(zhì)量
溫度測(cè)點(diǎn)通常采用熱電偶和熱電阻作為測(cè)量元件,當(dāng)熱電阻測(cè)點(diǎn)斷線或虛連時(shí),會(huì)造成溫度值劇烈變化,從而造成測(cè)量值的變化速率增大。而正常的溫度升高通常是平緩的,溫度變化率不會(huì)超過某檻值。因此,可以通過測(cè)點(diǎn)溫度變化速率來(lái)判斷測(cè)點(diǎn)是否可靠。目前,火力發(fā)電廠保護(hù)邏輯中多以3 ℃/s 作為溫度變化率檻值,溫度變化速率大于此值則認(rèn)為測(cè)點(diǎn)是壞點(diǎn),小于此值則認(rèn)為測(cè)點(diǎn)是正常的。此外,每套DCS 系統(tǒng)都有測(cè)點(diǎn)質(zhì)量判斷模塊,如經(jīng)系統(tǒng)判斷認(rèn)為所測(cè)溫度點(diǎn)為壞點(diǎn),則不參與跳閘邏輯。圖1 是從中電投白城電廠空冷系統(tǒng)風(fēng)機(jī)溫度保護(hù)中截下來(lái)的一段邏輯,DCS 采用的是FOXBORO 公司的I/A 分散控制系統(tǒng)。由圖1 可以看出,溫度信號(hào)在激發(fā)跳閘前,由模塊LIM_3_1進(jìn)行速率判斷,其參數(shù)ROCLIM3.0 表示當(dāng)溫度變化率超過3 ℃/s 時(shí)系統(tǒng)判斷該溫度點(diǎn)變化率超限,即使該點(diǎn)溫度超過設(shè)定溫度80 ℃也不跳閘。模塊CALCA_40_1 的BAD 輸入端引入的是測(cè)點(diǎn)質(zhì)量信號(hào),若測(cè)點(diǎn)質(zhì)量壞,則該溫度點(diǎn)也不跳閘。
汽機(jī)振動(dòng)包括軸振動(dòng)和瓦振動(dòng)2 種,通常將軸振動(dòng)做到機(jī)組保護(hù)中去,而瓦振動(dòng)不參與邏輯保護(hù)。軸振動(dòng)中有相互垂直的X 和Y 方向2 個(gè)測(cè)點(diǎn),每個(gè)測(cè)點(diǎn)能提供振動(dòng)報(bào)警、振動(dòng)跳閘2 個(gè)開關(guān)量信號(hào)和1 個(gè)模擬量信號(hào)。傳統(tǒng)的做法是用模擬量信號(hào)來(lái)顯示振動(dòng)值,用開關(guān)量的報(bào)警信號(hào)來(lái)報(bào)警,用跳閘信號(hào)做單點(diǎn)跳閘。這種做法對(duì)測(cè)點(diǎn)的可靠性要求很高,如果振動(dòng)測(cè)點(diǎn)因測(cè)量元件或接線出現(xiàn)問題,很容易造成振動(dòng)誤跳閘。
經(jīng)過多年的摸索,目前被廣為接受的做法如下,以汽機(jī)某軸的X、Y 向軸承振動(dòng)測(cè)點(diǎn)為例,其振動(dòng)邏輯如圖2 所示。
圖2 振動(dòng)邏輯
1 個(gè)跳閘值、2 個(gè)報(bào)警值,能組成較可靠的跳閘回路。2 個(gè)報(bào)警值其中一個(gè)來(lái)自就地開關(guān)量,另一個(gè)來(lái)自模擬量判斷,相“或”后其結(jié)果再同跳閘值相“與”,動(dòng)作后發(fā)出跳閘指令。這種回路既避免了因就地跳閘值誤發(fā)而造成的誤跳閘,又避免了因報(bào)警值的引入而造成的拒動(dòng)作,可廣泛應(yīng)用于各跳閘回路,如高加保護(hù)、風(fēng)機(jī)振動(dòng)保護(hù)等。
1.3.1 設(shè)備停電可能引發(fā)的機(jī)組保護(hù)拒動(dòng)
機(jī)組的很多保護(hù),如鍋爐主保護(hù)(MFT)中往往伴隨著對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的判斷,如2 臺(tái)送風(fēng)機(jī)跳閘、2 臺(tái)引風(fēng)機(jī)跳閘、2 臺(tái)一次風(fēng)機(jī)跳閘等,都會(huì)造成鍋爐跳閘。通常取這些設(shè)備的“停止”反饋來(lái)判斷這些設(shè)備是否停止,而要得到“停止”反饋必須對(duì)這些設(shè)備送電,如果設(shè)備因檢修將小車搖出,控制系統(tǒng)將得不到設(shè)備已停止這個(gè)反饋,則在DCS 系統(tǒng)上看到的設(shè)備既沒有運(yùn)行反饋,也沒有停止反饋,設(shè)備顯示故障狀態(tài)。假設(shè)某電廠因一臺(tái)送風(fēng)機(jī)故障在單風(fēng)機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行,故障風(fēng)機(jī)在停電檢修狀態(tài),此時(shí),運(yùn)行的送風(fēng)機(jī)跳閘,則實(shí)際上2臺(tái)送風(fēng)機(jī)都處于跳閘狀態(tài),鍋爐保護(hù)應(yīng)動(dòng)作,機(jī)組跳閘,但由于控制系統(tǒng)檢測(cè)不到檢修風(fēng)機(jī)的停止?fàn)顟B(tài),不滿足系統(tǒng)跳閘條件,則鍋爐保護(hù)拒動(dòng)作,容易造成危險(xiǎn)。解決這個(gè)問題的方法有以下2 種。
(1)修改保護(hù)邏輯,即在條件判斷中將2 臺(tái)設(shè)備都“停止”的反饋同2 臺(tái)設(shè)備都“運(yùn)行”的反饋非相“或”后作為跳閘條件,如圖3 所示。這種做法可以避免因設(shè)備檢修造成的保護(hù)拒動(dòng),但因增加了一個(gè)跳閘因素,因此當(dāng)設(shè)備的運(yùn)行反饋出現(xiàn)問題時(shí),也加大了設(shè)備誤動(dòng)的幾率。
(2)在設(shè)備檢修且機(jī)組運(yùn)行時(shí),通知熱工人員,將檢修設(shè)備的“停止”反饋強(qiáng)制上,設(shè)備檢修完成后再恢復(fù)過來(lái),這種做法要求運(yùn)行、檢修人員具有較強(qiáng)的責(zé)任心。
圖3 保護(hù)邏輯中的雙反饋狀態(tài)判斷法
1.3.2 設(shè)備送電引發(fā)的誤跳閘
設(shè)備送電前系統(tǒng)檢測(cè)不到“停止”反饋,送電后其“停止”反饋被系統(tǒng)檢測(cè)到,這種情況有時(shí)會(huì)引起機(jī)組誤跳閘。此類事故在中電投白城電廠2×600 MW 新建一號(hào)機(jī)組的調(diào)試過程中發(fā)生過1 次。當(dāng)時(shí)機(jī)組正處于試運(yùn)過程中,安裝公司人員將1 臺(tái)故障檢修完成后的電動(dòng)給水泵送電試轉(zhuǎn),該送電過程沒有通知熱控調(diào)試人員。結(jié)果觸發(fā)了“1臺(tái)電動(dòng)給水泵跳閘,機(jī)組RB 邏輯”,造成了機(jī)組誤跳閘。該RB 邏輯中對(duì)設(shè)備狀態(tài)的判斷部分如圖4 所示:送電前系統(tǒng)檢測(cè)不到該泵的“停止”反饋,送電后該“停止”反饋出現(xiàn)。于是控制邏輯判斷機(jī)組中有1 臺(tái)電動(dòng)給水泵跳閘,作為主要輔機(jī)之一的電動(dòng)給水泵跳閘后,控制邏輯將按照剩余電動(dòng)給水泵的最大出力來(lái)快速降低機(jī)組當(dāng)前負(fù)荷,這個(gè)過程稱為RB。RB 過程被意外觸發(fā)后,尚未完成RB 試驗(yàn)的機(jī)組跳閘。事后分析跳閘原因,主要是由RB 觸發(fā)邏輯不夠嚴(yán)謹(jǐn)造成的。修改后的狀態(tài)判斷邏輯如圖5 所示,該邏輯充分考慮了設(shè)備由運(yùn)行到停止的一個(gè)動(dòng)態(tài)過程,這樣就不會(huì)因一個(gè)反饋的改變而造成邏輯誤判,從而引發(fā)不必要的事故過程。
圖4 修改前的電泵跳閘RB 觸發(fā)邏輯
圖5 修改后的電泵跳閘RB 觸發(fā)羅輯
為提高設(shè)備運(yùn)行的安全性,火力發(fā)電廠中的某些重要設(shè)備往往采用雙電源供電,如磨煤機(jī)潤(rùn)滑油泵、空預(yù)器等,2 路電源通過1 個(gè)切換裝置切換后給設(shè)備供電,如果切換裝置切換速度不能滿足要求,往往會(huì)造成設(shè)備誤跳閘。對(duì)于這類設(shè)備,調(diào)試過程中必須做切換試驗(yàn),看切換裝置的切換速度能否滿足要求,如果不能滿足要求,則應(yīng)更換切換裝置,對(duì)于更換裝置有困難的,應(yīng)在邏輯中加以考慮。國(guó)電康平電廠曾在調(diào)試過程中發(fā)生一起因電源切換速度過慢造成全部磨煤機(jī)潤(rùn)滑油泵跳閘,導(dǎo)致磨煤機(jī)跳閘,最終導(dǎo)致機(jī)組跳閘的事故。修改控制邏輯,如圖6 所示。通過SR 觸發(fā)器,使磨煤機(jī)潤(rùn)滑油泵的控制指令變成長(zhǎng)指令信號(hào),該指令在潤(rùn)滑油泵因電源切換、喪失原電源停止的1 s 內(nèi)保持不變,當(dāng)另一電源到來(lái)時(shí)重新啟動(dòng),只要電源切換時(shí)間小于1 s,就能夠避免因電源切換而造成的設(shè)備誤跳閘。因設(shè)備停止1 s 后,該長(zhǎng)指令信號(hào)被自動(dòng)復(fù)位,所以也不會(huì)出現(xiàn)因設(shè)備較長(zhǎng)時(shí)間斷電后突然送電而造成的設(shè)備突然啟動(dòng)現(xiàn)象。
現(xiàn)代火電機(jī)組對(duì)自動(dòng)回路的要求越來(lái)越高。性能可靠、品質(zhì)良好的調(diào)節(jié)系統(tǒng)是保證機(jī)組長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的有力保障,為確?;痣姍C(jī)組的調(diào)節(jié)系統(tǒng)時(shí)刻處于最優(yōu)狀態(tài),應(yīng)注意以下幾個(gè)問題。
要按照DLT657-2006《火力發(fā)電廠模擬量控制系統(tǒng)驗(yàn)收測(cè)試規(guī)程》的規(guī)定,嚴(yán)格做好每個(gè)調(diào)節(jié)回路的擾動(dòng)試驗(yàn),要對(duì)品質(zhì)不佳的調(diào)節(jié)回路進(jìn)行細(xì)調(diào)?,F(xiàn)在很多火力發(fā)電企業(yè)在調(diào)試結(jié)束、投產(chǎn)運(yùn)行后,都要進(jìn)行模擬量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的精細(xì)化調(diào)試,目的就是要使調(diào)節(jié)系統(tǒng)的性能達(dá)到最優(yōu),從而保證機(jī)組的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。
圖6 防止電源切換造成設(shè)備跳閘邏輯
機(jī)組的運(yùn)行環(huán)境并不是一成不變的,所以應(yīng)適時(shí)地修訂調(diào)節(jié)回路的控制參數(shù)。如當(dāng)煤質(zhì)發(fā)生較大變化時(shí),應(yīng)及時(shí)修改協(xié)調(diào)系統(tǒng)鍋爐主控中的負(fù)荷-煤量曲線,修改給水控制中的煤量-水量曲線等;當(dāng)調(diào)節(jié)回路的執(zhí)行器被更換時(shí),也要及時(shí)修改PID參數(shù),以適應(yīng)新的執(zhí)行器的動(dòng)作特點(diǎn)等。此外,在調(diào)試中應(yīng)投入熱值修訂回路,這樣當(dāng)煤質(zhì)發(fā)生非顯著變化時(shí),才不會(huì)對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)產(chǎn)生大的影響。
運(yùn)轉(zhuǎn)人員是機(jī)組的操控者,運(yùn)轉(zhuǎn)人員業(yè)務(wù)素質(zhì)的高低可能直接決定了機(jī)組的安全運(yùn)行時(shí)間。自動(dòng)控制回路的廣泛應(yīng)用,使運(yùn)轉(zhuǎn)人員減少了很多手動(dòng)操作設(shè)備的機(jī)會(huì),造成個(gè)別運(yùn)轉(zhuǎn)人員手法生疏,一旦自動(dòng)回路出現(xiàn)問題后難以進(jìn)行有效的緊急處理,造成事故的擴(kuò)大化。
火力發(fā)電企業(yè)應(yīng)著重提高運(yùn)轉(zhuǎn)人員對(duì)緊急狀態(tài)的處理能力,組織運(yùn)轉(zhuǎn)人員在仿真機(jī)上練習(xí)各種事故的緊急處理手法,著重提高運(yùn)轉(zhuǎn)人員的設(shè)備手動(dòng)操控能力。