热工单点保护的优化改造

孙亚伟

(国电蓬莱发电有限公司，山东 蓬莱 265600)

0 引言

随着科技的发展以及安全理念的不断进步，机组重要设备运行的可靠性越来越受重视。为了确保火电机组的安全、经济、稳定运行，对机组保护控制系统要求越来越高。当前各发电企业中，许多重要设备的保护或多或少存在单点保护情况，为此可通过技术改造，增加压力、流量、液位等保护测点，提高保护的质量和可靠性。但由于受工艺限制，通常对汽轮机轴承温度及其他重要6 kV辅机设备的电机轴承温度只能采用单点保护方式。由于受现场环境影响，测温元件容易出现接触不良或断线等故障，从而引起温度保护系统误动作，严重影响机组的安全经济运行。

1 模拟量温度单点保护逻辑优化

1.1 事件经过

2017-07-22T04：25，某厂发生一起B汽动给水泵保护跳闸现象。查看跳闸首出记录，发现是汽动给水泵推力轴承外侧温度2测点温度高保护动作。通过查看历史趋势，发现该温度点从04：17左右开始波动，波动范围为65—150 ℃；04：25：26，温度高保护发出，给水泵跳闸。

在事故处理中，发现B汽动给水泵推力轴承外侧温度2测点接线端子处有油渍。油渍导致端子排两端接线端子接触不良，使B汽动给水泵推力轴承外侧温度2波动，造成设备跳闸。将油渍擦干净并更换端子排后，温度指示正常。

1.2 原因分析

轴承温度保护逻辑如图1所示。汽泵推力轴承外侧温度2测点在04：17：41左右开始跳变，因温度跳变期间显示好点，故质量判断功能模块(QCA)一直投入正常；虽然温度波动已达跳闸值，但此时温度变化速率超过设定值，温度高及速率判断模块起作用，闭锁保护动作。04：25：26，温度仍为好点，但是温度变化速率变慢，没有超过设定的速率变化值，并且温度已达跳闸值，导致温度高保护动作发出，汽动给水泵跳闸。

1.3 优化方案

分析这次保护误动的原因可知，要实现可靠的保护，逻辑需要有容错功能，且要对信号源的质量进行准确判断；一旦信号源异常，应立即切除保护，并具有相应的报警功能，提示运行人员进一步判断；当人工判断信号源正常后，再手动投入保护。

图1 轴承温度保护逻辑

在原逻辑方案的基础上，提出了如图2所示的逻辑优化方案。

(1) 如果温度信号变化率超过速率限制(每台设备的限制不一样，应由生产厂家确定)时，S-R触发器置“1”(报警)，同时闭锁保护动作。正常情况下，温度变化是一个缓慢的过程；如果有突变，即便变化率未超限也可肯定是测量环节存在问题。采用速率闭锁功能块可以避免这个漏洞。

(2) 温度信号出现1次坏点时，S-R触发器置“1”(报警)，同时闭锁保护动作。

(3) S-R触发器输出为“1”(报警)时，只有人工手动复位才能使S-R触发器置“0”(保护投入)，确保信号异常时的第一时间切除保护，并发出声光报警，以便运行、热工人员采取相关措施，防止事故扩大。

(4) 只有在温度信号不是坏点，变化速率在合理范围内，温度保护超过跳闸值时，保护才会动作，保证了保护的正确性和可靠性。

1.4 注意事项

优化方案有较好的逻辑容错能力，但是一个完善的逻辑保护其拒动率也要低，所以如何定义一个恰当的温度速率闭锁就显得特别重要。在实际生产中，应当咨询厂家确定速率限制。

在方案实际应用中，逻辑页的扫描周期也很重要。采用温度高模块，则应增加延时闭合模块，并且延时闭合模块的时间定值应略大于逻辑页的扫描周期，以防止温度高模块误发时因保护还未切除导致的保护误动。

1.5 应用情况

现对汽轮机轴承温度、小机及汽动给水泵的轴承温度采用这种控制策略，提高了保护的可靠性和稳定性。新建电厂350 MW和600 MW机组多数采用单辅机配置，这就使单辅机保护的重要性上升到和主保护同等地位，但是在出厂时对6 kV电机前后轴承温度只配置1个测点位置。受工艺限制，现在火电厂多数6 kV电机轴承温度都是单点保护，导致保护可靠性不高。

6 kV电机线圈绕组温度一般都配置6个测点，而电机绕组温度不参与电机保护，只是一个参考指标。对此可以采用如下方法加以改进：电机前后轴承温度测点采用双支温度元件，减少2个电机线圈绕组温度测点，增加电机前后轴承温度测点；逻辑中采用“2取2”逻辑判断，只有当轴承2个温度测点都达到跳闸值时，保护才动作。

图2 轴承温度保护优化逻辑

2 开关量单点保护逻辑优化

2.1 事件经过

2018-01-28T03：21，某厂发生一起C循环水泵保护跳闸故障。查看跳闸首出记录，发现循环水泵出口电动门全关保护动作。查看历史趋势，发现跳闸发生前，循环水泵运行期间出口电动门显示全开；跳闸发生时，电动门全关，信号突然发出，同时全开信号一直存在，没有消失。在事故处理中，发现循环水泵的出口电动门接线盒受潮，导致电动门全关信号误发，循环水泵保护误动，设备跳闸。

2.2 原因分析

出口门关闭保护动作的逻辑如图3所示。当循环水泵运行时，收到出口门全关信号后，保护跳闸信号发出，循环水泵跳闸。

图3 循泵出口门关闭保护动作逻辑

2.3 优化方案

在原逻辑方案的基础上提出了优化方案，如图4所示。

(1) 泵出口门全开、全关信号同时出现时，S-R触发器置“1”（报警），同时闭锁保护动作；当泵出口电动门全开、全关信号都消失，且消失时间大于电动门全开或全关动作行程时间时，S-R触发器置“1”（报警），同时闭锁保护动作。

(2) S-R触发器置“1”（报警）时，只有人工手动复位才能使S-R触发器置“0”(保护投入)，确保信号异常时第一时间切除保护，并发出声光报警，以便运行、热工人员采取相关措施，防止事故扩大。

(3) 只有泵运行时，全关信号出现且全开信号消失时保护才会动作，保证了保护的正确和可靠。

2.4 注意事项

该优化方案有较好的逻辑容错能力，但是一个完善的逻辑保护其拒动率也要低，因此实际运行中逻辑页的扫描周期也很重要。要求出口门全关的延时闭合模块的时间定值应略大于逻辑页的扫描周期，防止全关信号误发时保护还未切除而导致保护误动；出口门全开全关判断的延时闭合模块时间应大于电动门全动作行程时间。

3 空预器运行信号优化

3.1 事件经过

2017-06-04T18：43，某厂B空预器主电机电流到0，空预器停止运行，但B空预器主电机显示运行状态。

运行人员通过烟温异常升高判断该空预器停止运行，联系热工人员配合，手动停止空预器主电机运行，启动空预器辅助电机。但由于空预器停止时间过长，启动失败，同侧送风机、引风机跳闸。

3.2 原因分析

图4 出口门关闭保护优化逻辑

该厂空预器运行信号取自空预器电机接触器的辅助接点信号，由于空预器主电机相间绝缘降到0，造成动力回路失电；但控制回路电源是独立于动力回路的电源，在动力电源丧失的情况下，控制回路电源存在，接触器没有断开，造成该空预器依然显示运行。

3.3 优化方案

(1) 控制回路改进。在空预器动力回路内增加电压监视继电器，将空预器电机动力电源消失信号串入空预器控制回路。当动力电源消失时，控制回路自动断开，从而使接触器断开。

(2) 加装转速测量装置。如果空预器运行信号取自空预器主、副电机的运行信号，再加上电机电流来判断空预器是否运行，又可能会发生减速箱断轴、电机空转，但空预器实际已经停止运行的情况。所以空预器的运行信号不应该取自空预器主、副电机的运行信号，而应该配备独立的转速测量装置，通过该转速测量装置的信号来判断空预器是否运行。

据此，对空预器加装3套独立转速测量装置，空预器运行信号不应“3取2”，应当“3取1”，即只要有1个空预器转速测量装置判断空预器运行，则空预器就处于运行状态。

4 关于主要辅机停止运行信号判断

当机组主要辅机故障跳闸造成机组实发功率受到限制时，为适应设备出力，协调控制系统会强制将机组负荷减到尚在运行的辅机所能承受的负荷目标值，所以主要辅机停止运行信号判断正确与否将直接影响机组是否安全稳定运行。很多电厂都是将机组主要辅机6 kV开关的分闸信号或者合闸信号取反后，作为机组主要辅机停止运行信号，此种举措不安全且不符合“二十五项反措”要求，必须对此提高警惕。

在实际运行中，可将设备6 kV开关的分闸信号取反、合闸信号取反、实际电流小于电机空负荷运行时的电流作为判断信号，将这3个信号“3取2”后，再将所得的信号作为主要辅机故障停止运行的判断依据。

5 结束语

(1) 在DCS的运用中，首先要以系统的安全可靠为前提，不能拘泥于DCS的组态方式和限制于系统功能，要创新解决方案，使系统组态更加安全可靠，尽量发挥系统软件的最大功能。

(2) 与多点保护相比，单点保护相对薄弱，震动、灰尘、锈蚀、元器件损坏、接线松动、电磁干扰等都可能引起测点信号不准甚至成为坏点，因此应特别重视测点安装、信号传输的规范及维护，以提高其可靠性。