沈鐵志

（神華福能發(fā)電有限責(zé)任公司，福建 泉州 362700）

0 引言

圖2 增加負荷軟開關(guān)的機跳爐邏輯Fig.2 Turbine trip boiler logic with load soft switch added

火力發(fā)電廠熱工保護聯(lián)鎖的可靠性直接影響發(fā)電機組的安全、穩(wěn)定運行。保護聯(lián)鎖邏輯和回路組態(tài)策略是否正確，決定保護邏輯是否能夠正確起作用?！斗乐闺娏ιa(chǎn)事故的二十五項重點要求》及電力行業(yè)熱工自動化系統(tǒng)相關(guān)規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)等均對熱工保護邏輯、控制回路做出了具體的要求。但在各火電廠基建項目及后續(xù)技改中，因設(shè)備條件、技術(shù)人員的水平等原因經(jīng)常出現(xiàn)一些錯誤、不合理的組態(tài)邏輯，造成了多起設(shè)備保護拒動、誤動的不安全事件。以下結(jié)合搜集的國內(nèi)火電機組實際保護邏輯，對經(jīng)常出現(xiàn)的保護問題進行分析，并提出解決辦法，希望能給行業(yè)內(nèi)兄弟電廠起到借鑒作用。

1 混淆輔助條件與并列條件

“與”門是控制邏輯中最常見的邏輯運算功能塊，許多保護回路中都會使用此功能塊實現(xiàn)各種保護動作的觸發(fā)條件的集成。但在使用中應(yīng)注意，“與”門表示的是各個判斷條件存在并列關(guān)系，使用中常用來組合輔助條件，若組態(tài)不合理將會帶來熱工保護回路的風(fēng)險隱患。

1.1 案例及風(fēng)險分析

某百萬火力發(fā)電機組鍋爐MFT保護，其中一項保護為：機組負荷大于100MW時，汽輪機跳閘則觸發(fā)鍋爐MFT。其中，機組負荷信號采用網(wǎng)絡(luò)變量傳送?，F(xiàn)場DCS邏輯組態(tài)如圖1所示。

圖1所示的保護邏輯比較常見，從邏輯組態(tài)圖上看，能夠?qū)崿F(xiàn)保護原始設(shè)計的目的。但經(jīng)過認真分析后，可以發(fā)現(xiàn)，此種邏輯組態(tài)存在隱患。當(dāng)機組負荷升高并大于等于100MW后，若此時負荷信號質(zhì)量出現(xiàn)問題變壞點，則保護邏輯中此項條件自動被屏蔽掉，若此時發(fā)生汽輪機跳閘，鍋爐也不會觸發(fā)MFT，發(fā)生保護拒動事故。說明此種機跳爐保護信號的選取不完善，其中負荷信號作為保護投退的輔助信號，其值達到目標(biāo)值100MW后，負荷信號質(zhì)量判斷結(jié)果不應(yīng)作為主保護動作條件而觸發(fā)主保護動作，即負荷信號不應(yīng)與保護主信號（汽輪機跳閘）為并列關(guān)系；另外，機組負荷信號取閾值100MW，未設(shè)置死區(qū)也會導(dǎo)致保護頻繁處于投退狀態(tài)。

1.2 改進方法

根據(jù)此項保護最終的設(shè)計目的，分析現(xiàn)場保護邏輯存在的隱患原因后，可采用保護投退軟開關(guān)控制方式改進現(xiàn)場保護邏輯；同時，增加適當(dāng)?shù)呢摵尚盘査绤^(qū)以防止保護頻繁投退，保護邏輯設(shè)計如圖2所示。

圖2的邏輯組態(tài)設(shè)計完全能夠?qū)崿F(xiàn)要求的保護功能，并有以下特點：當(dāng)機組負荷大于100MW且負荷信號質(zhì)量正常時，RS觸發(fā)器置1，保護投入；當(dāng)機組負荷小于95MW且為好質(zhì)量時，RS觸發(fā)器復(fù)位，保護退出。其中，RS觸發(fā)器設(shè)置為S優(yōu)先方式。這種設(shè)計方式下，即便機組負荷信號質(zhì)量出現(xiàn)異常，因為RS觸發(fā)器的鎖存功能已經(jīng)記憶了機組負荷升高至大于等于100MW，也不會因為此信號質(zhì)量問題導(dǎo)致機組主保護發(fā)生拒動事故，增加的死區(qū)也能夠避免主保護處于頻繁投退狀態(tài)。

2 錯誤處理雙重冗余信號

在發(fā)電廠各種主輔機設(shè)備中，因制造廠生產(chǎn)成本、空間條件以及對設(shè)備保護的重視程度不同等因素，在配置監(jiān)視保護儀表或傳感器時，同一被測參數(shù)經(jīng)常配置單臺或雙臺儀表。而雙重冗余信號保護雖然可靠性較單點高，但若邏輯回路設(shè)置不當(dāng)，則起不到雙重信號的作用，會給熱工保護回路埋下可靠性隱患。

2.1 案例及風(fēng)險分析

某火力發(fā)電機組磨煤機行星齒輪箱輸入軸承安裝有兩支溫度元件，投產(chǎn)初期其設(shè)置的保護邏輯為：磨煤機行星齒輪箱任一輸入軸承溫度達到跳閘值（85℃）且另一輸入軸承溫度達到報警值（70℃），磨煤機跳閘，如圖3所示。

圖3磨煤機齒輪箱溫度跳閘保護存在的問題是，當(dāng)兩支溫度元件中，任一溫度元件出現(xiàn)斷線、短路等異常導(dǎo)致的信號質(zhì)量壞點時，另外一支溫度元件檢測到軸承溫度高也不會跳閘磨煤機，導(dǎo)致磨煤機溫度高保護不起作用，保護拒動。失去了配置兩支溫度元件提高可靠性的意義。

2.2 改進方法

根據(jù)磨煤機齒輪箱溫度元件的實際配置情況以及保護功能要求，在不增加現(xiàn)場測點的情況下，對此保護邏輯進行改進優(yōu)化，使任一支溫度元件出現(xiàn)故障時，不影響另一溫度元件的保護作用，即：當(dāng)兩個信號均為好質(zhì)量時，按目前邏輯執(zhí)行；當(dāng)其中任一個信號壞質(zhì)量時，壞質(zhì)量信號自動退出，保護控制方式自動切換為單點方式。如圖4所示。

圖3 不完善的磨煤機軸承溫度保護邏輯Fig.3 Imperfect temperature protection logic of coal mill bearing

從圖4可知，無論哪支輸入軸承溫度出現(xiàn)故障，系統(tǒng)都能保證有一點溫度信號作為輔機保護磨煤機正常運行。雖然單點信號不可靠，但在異常情況下能夠保留保護功能，給運行、維護人員恢復(fù)故障預(yù)留時間，降低了磨煤機無保護導(dǎo)致燒瓦的可能性，有利于保護輔機設(shè)備安全運行。

3 重要設(shè)備缺少防誤操作措施

《火力發(fā)電廠熱工控制系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)定》第6.2.6節(jié)規(guī)定：采用順序控制時，可根據(jù)被控對象的重要性考慮設(shè)置單個對象的操作手段。當(dāng)順序控制系統(tǒng)設(shè)置上位機時，運行人員應(yīng)以CRT和鍵盤監(jiān)控每一個對象。應(yīng)考慮相應(yīng)的措施，以防運行人員的誤操作。而實際應(yīng)用中，經(jīng)常出現(xiàn)缺少防誤操作的手段。

3.1 案例及風(fēng)險分析

某火力發(fā)電機組，汽輪機真空泵入口氣動門未設(shè)置開、關(guān)允許條件，導(dǎo)致運行中真空不穩(wěn)的情況下，運行人員操作真空泵使真空進一步降低。

機組運行中，保護的優(yōu)先級要高于人員操作指令，以保證系統(tǒng)、設(shè)備能夠安全穩(wěn)定運行。對于正常運行的設(shè)備，除了故障等危及設(shè)備安全運行的情況需要緊急停機外，也要規(guī)避不恰當(dāng)?shù)牟僮鲗?dǎo)致設(shè)備誤停帶來的穩(wěn)定性風(fēng)險。如果運行人員不慎操作真空泵，發(fā)出了錯誤指令，將引發(fā)不安全事件，不能有效地防止由于誤操作而引發(fā)汽輪機跳閘。

3.2 改進方法

圖4 改進后的磨煤機軸承溫度保護邏輯Fig.4 Improved temperature protection logic of coal mill bearing

在此類輔機設(shè)備的允許條件中增加關(guān)允許條件：“機組運行中（或采用已掛閘狀態(tài)信號），至少一臺真空泵在運行，并且運行真空泵相對應(yīng)的入口蝶閥已打開，且凝汽器真空正?！?，或者“機組已停止（可采用掛閘油壓消失狀態(tài)信號）”。增加允許開條件：“本臺真空泵運行，并且真空泵入口氣動門后真空度滿足要求（聯(lián)鎖開入口氣動門的定值）”或者“機組已停止（可采用掛閘油壓消失狀態(tài)信號）”。這樣改進后，就能有效避免運行人員的誤操作帶來的風(fēng)險。

4 設(shè)備原始情況造成的冗余度不足

長期以來，火力發(fā)電廠只有針對主機保護信號通常要求采用“三取二”方式配置測點和邏輯，而《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求》中9.4條對“防止熱工保護失靈”做出了明確規(guī)定：“所有重要的主、輔機保護都應(yīng)采用‘三取二’的邏輯判斷方式，保護信號應(yīng)遵循從取樣點到輸入模件全程相對獨立的原則”[1]，這項要求對基建階段的電廠比較容易實施，但對已投產(chǎn)機組實現(xiàn)起來可能就比較困難。因此，根據(jù)電力行業(yè)自動化技術(shù)委員會發(fā)布的《提高火電廠熱工自動化系統(tǒng)可靠性的技術(shù)措施》第3.1條中要求：“不滿足‘三取二’要求的經(jīng)過專題論證可增加證實信號或改為II級報警”[2-5]，可通過增加證實信號方式提高保護完善性。

4.1 案例及風(fēng)險分析

某百萬機組電廠，基建期鍋爐送風(fēng)機電氣開關(guān)側(cè)只提供一對開關(guān)量接點信號，即“送風(fēng)機運行”與“送風(fēng)機停運”信號，無法提供三對接點。在鍋爐MFT保護中，送風(fēng)機停運信號由電氣開關(guān)柜送來的一個“送風(fēng)機運行”繼電器接點信號取反形成，兩臺送風(fēng)機全停保護均為單點判斷方式。如圖5所示。

因單點保護的不可靠性，機組正常運行中，很容易因送風(fēng)機電氣開關(guān)接點故障出現(xiàn)保護誤動或拒動等不安全事件。如送風(fēng)機A電氣開關(guān)接點因故障而接點粘連，“運行”信號接點始終保持閉合狀態(tài)，此時若送風(fēng)機B跳閘時，本應(yīng)觸發(fā)鍋爐MFT，但因接點故障，導(dǎo)致機組只是錯誤地產(chǎn)生RB動作指令，有可能釀成惡性事故。

圖5 不可靠的送風(fēng)機全停判斷邏輯Fig.5 Unreliable judgment logic for full stop of forced draft fan

4.2 改進方法

因送風(fēng)機電氣開關(guān)繼電器接點數(shù)量有限，送風(fēng)機運行或停運信號無法滿足“三取二”邏輯配置要求。因此，只能引用其他信號來表征送風(fēng)機停運狀態(tài)。根據(jù)送風(fēng)機停運狀態(tài)的特點，將送風(fēng)機電流信號、送風(fēng)機停運狀態(tài)信號接入10號站中，在10號站中采用“運行取反” “停運”“電流閾值判斷”三信號進行三取二冗余后，形成“送風(fēng)機停運”的綜合判據(jù)，以此綜合判據(jù)，形成FSSS保護中“兩臺送風(fēng)機全?！碧l條件，從而提高機組主保護的可靠性。優(yōu)化后邏輯如圖6所示。

類似于此種在基建期，設(shè)備生產(chǎn)廠家未提供足夠的測點的相對比較多。在機組日常運行維護、計劃檢修過程中，應(yīng)考慮給予及時的技改，以解決保護條件冗余度問題。有條件的可以通過增加或安裝同類型測點的方式來解決。若現(xiàn)場條件不滿足，也要根據(jù)實際情況，增加保護觸發(fā)條件的佐證信號，以保證熱工保護能夠可靠動作。類似的情況，如有的引風(fēng)機汽輪機軸向位移大保護、給水泵汽輪機振動大保護、輔機軸承溫度高保護等，多數(shù)采用兩個測點，甚至一個測點來作為保護是不安全的。應(yīng)根據(jù)實際情況選擇合理判據(jù)，設(shè)置組態(tài)安全可靠的保護回路。

5 合理使用延時功能塊，防止設(shè)備誤動

在保護聯(lián)鎖控制邏輯回路中，經(jīng)常使用延時功能塊，一是起到計時判斷功能，另外也可作為過濾瞬時干擾信號功能。延時功能塊的合理使用，能夠有效避免設(shè)備保護誤動。

5.1 案例及風(fēng)險分析

某百萬機組電廠，引風(fēng)機直流潤滑油泵聯(lián)鎖中，兩臺交流潤滑油泵全停的判據(jù)，僅采用每臺交流潤滑油泵的停運狀態(tài)作判據(jù)。另外，當(dāng)工作交流潤滑油泵跳閘時，經(jīng)常出現(xiàn)備用交流滋潤油泵和直流潤滑油泵同時聯(lián)鎖啟動的工況。

圖6 改進后的送風(fēng)機全停判斷邏輯Fig.6 Improved judgment logic of full stop of forced draft fan

圖7 有缺陷的直流潤滑油泵聯(lián)鎖邏輯Fig.7 Defective interlock logic of DC lubricating oil pump

當(dāng)兩臺交流潤滑油泵開關(guān)接點工作正常時，因一臺交流潤滑油泵故障跳閘瞬間，另外一臺未啟動時，邏輯運算的結(jié)果是兩臺交流潤滑油泵均停止，結(jié)果觸發(fā)聯(lián)鎖啟動另一臺交流潤滑油泵，同時啟動直流潤滑油泵，造成設(shè)備誤啟動。另外，此種組態(tài)同樣存在單點保護的不可靠性。機組正常運行中，如A交流潤滑油泵電氣開關(guān)接點因故障而接點粘連，“運行”信號接點始終保持閉合狀態(tài)，此時若A交流潤滑油泵跳閘時，本應(yīng)聯(lián)鎖啟動B，但因接點故障，導(dǎo)致B交流油泵未啟動。

5.2 改進方法

保護誤動、拒動風(fēng)險性分析及可靠的保護聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計，既要考慮外部因素和子系統(tǒng)的工作狀況對系統(tǒng)的影響，又要考慮偶然性測點故障因素[6]。熱工保護的基本配置原則是“既要防止拒動，又要防止誤動”，各種作用于主設(shè)備停運的熱工保護，必須有防止因單一測點、回路故障而導(dǎo)致保護誤動的技術(shù)措施[7]。

根據(jù)實際情況，在兩種交流潤滑油泵全停判據(jù)的后面（與門的后面），加入2s延時。這樣，當(dāng)一臺交流潤滑油泵跳閘后，2s內(nèi)若另一臺交流油泵啟動成功，則不啟動直流油泵；若2s內(nèi)未啟動備用油泵，則啟動直流油泵。另外，對每臺交流潤滑油泵停運狀態(tài)的判斷采用“運行狀態(tài)取反或者停運狀態(tài)”組合邏輯。如圖8所示。

圖8 改進后的直流潤滑油泵聯(lián)鎖邏輯Fig.8 Improved interlock logic of DC lubricating oil pump

6 結(jié)束語

綜上各個實際案例分析，火力發(fā)電廠等工業(yè)控制領(lǐng)域進行保護聯(lián)鎖邏輯組態(tài)時，一定要對保護控制的聯(lián)鎖關(guān)系進行認真地分析。往往一個小的細節(jié)的疏忽，就可能影響保護聯(lián)鎖回路的正確動作。保護回路或邏輯的設(shè)計，在理想情況下，應(yīng)按既能防止誤動，又能防止拒動進行設(shè)計。當(dāng)二者不能兼顧時，應(yīng)視保護對象是主機還是輔機進行合理設(shè)置組態(tài)。有條件的企業(yè)應(yīng)按照《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求》（2014版）的要求配置信號測點，條件不具備的現(xiàn)場應(yīng)適度增加佐證冗余信號，起到提高聯(lián)鎖保護邏輯可靠性的作用。同時，在邏輯組態(tài)完成后，應(yīng)模擬各種條件測試保護邏輯動作的正確性，以排查邏輯中存在的隱患。