火电厂热控保护综合优化技术

火电厂热控保护综合优化技术

王波

（神华神东电力陕西富平热电有限公司陕西711700）

摘要：通过对某火电厂热控保护系统分析和研究，提出了一种热控保护系统综合优化技术。采用三重冗余、辅助点判断和相关系统参照等进行系统和辅机保护控制，不仅在任意部件故障时，保证热控系统工作正确，还能在现场测点、辅助接点异常时准确判断系统、辅机运行状态。

关键词：火电厂；热控保护；综合优化

国内火电厂近年推出了一些故障安全型热控保护系统，主要用于重大设备如汽轮机的保护。这种热控保护系统能保证控制系统在任意部件故障时，保护系统仍能正确工作。随着火电厂装机容量和运行参数的不断提升。故障安全型保护控制系统设计要求所占比重也越来越大。如何从热控、工艺角度保护控制逻辑着手，实现机组故障安全保护仍需拓展和研究。

某电厂2600MW超超临界机组，锅炉选用哈锅炉（集团）股份有限公司引进日本三菱技术制造的HG-1792/26.15-YMl型超超临界参数变压运行直流炉，汽轮机为哈尔滨汽轮机有限责任公司与三菱公司联合制造生产的600MW单轴、两缸、两排汽、一次中间再热、凝汽式超超临界汽轮机，DCS系统采用了上海西屋控制系统有限公司的OVATION分散控制系统。整套机组保护系统包括锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）、汽泵危急跳闸系统（METS）和汽轮机危急跳闸保护系统（ETS）等。由于工期短、煤种不稳定等各种因素，保护系统热控误动时有发生，严重影响机组安全稳定运行。重新整理机组测点清单和实际运行工况，增加相应的智能判读条件，优化机组间大联锁、各重要辅机保护等涉及机组安全运行的各类保护条件，对保护控制系统进行了较大程度的完善，有效地消除了机组热控保护误动、拒动现象，保障了机组运行可靠性。

1、保护测点三重冗余设计

火电厂热控系统测量元件、输入，输出模件、控制器和保护动作回路任意环节故障时，都会造成保护系统的误动或拒动。随着火电厂装机容量增加，单台超、超超临界机组现场测点逾万、控制机柜超过20个以上已属于常规配置。为避免控制器运算负荷过重，延迟事故处理，主燃料跳闸（MFT）重大保护的现场保护测点可简化。例如：炉膛压力高高／低低保护，采用了3个开关量信号直接送入MFT机柜三取二表决炉膛压力保护。3个模拟量信号送至风烟系统模拟量控制器实现引风机静叶调节。通过事故分析，现场开关量信号触点动作实时响应慢，其可靠性和实用性比模拟量信号差。由于炉膛压力测量信号布置的不对称性，还是会给现场运行正常监控带来一定影响。将原有开关量测点全部换为模拟量，MFT机柜三重开关量冗余输入通道、接线由现场测点改为引风机静叶模拟量控制器三重冗余输出，在此基础上重新构筑新的保护控制策略．如图l所示。

由图1可知，左侧和右侧炉膛压力测点经过2个中值选择器运算后，输出左侧和右侧炉膛压力综合信号，每一侧炉膛压力综合信号产生高、高高2路开关量，交叉相与后，输出炉膛压力高高保护；同理输出炉膛压力低低保护，任一路保护出现即形成炉膛压力异常MFT输出，经三重冗余通道送至MFT机柜表决。左侧和右侧炉膛压力综合信号再经过两选运算后．合成整体炉膛压力信号，交由引风机静叶控制。由于整体炉膛压力信号表征左右两侧炉膛压力均值，如果采用该信号高或低选合成炉膛压力高高或低低保护，响应速度可能不及现方案、且现方案并未违背原开关量三取二工作原则。因此，采用单侧高高与另一侧高更能及时反映炉膛压力波动情况。当前火电机组对于重要保护测点三重冗余配置已有明文规定，但基建工程设计初期由于资料不全，保护测点的信号源类型和现场物理布置可能仍沿用制造厂原始设计或参照其他同类型机组，现场实际运行过程中反映的问题不能及时在测点初期设计中修复。纵然机组重大保护确实采用三重冗余实现，且事故发生概率很小。

2、保护逻辑综合优化设计

汽轮机安全监视系统（TSI）通常采用PLC实现汽轮机转速、胀差、膨胀、偏心和轴向位移等重要参数的监测保护功能，结构简单但可靠性差。TSI常规保护设计是现场测点信号越限后，触发保护继电器辅助节点动作，将开关量信号送至ETS完成汽轮机跳闸。由于火电机组重大保护不能采用单点动作。TSI保护动作信号需在保护继电器中串接、复合才能送至ETS，整个过程由TSI的PLC、保护继电器和EIS的PLC共同完成，中间环节多，现场接线繁琐，可靠性很差。其工作原理如图2所示。

由图2可知，现场1号轴瓦X相振动信号坏质量时，X相自身振动保护功能失去。轴瓦Y相振动达到跳闸值时，由于缺失轴瓦X相辅助判断条件，1号轴瓦振动保护功能不能正常动作，汽轮机振动保护存在拒动风险。与此同时，现场振动信号坏质量，TSI只发卡件故障报警并报警。没有进入ETS，不能及时告知运行人员振动信号故障，不利于重大故障及时处理。现场模拟量信号输入ETS后，原本PLC组态的保护逻辑可由ETS内部完成。针对该电厂TSI原保护存在拒动、预警功能差的现象，决定对TSI保护实施全面改造，采用“N+2”综合优化改造方案。。所谓“N+2”综合优化改造，即1号轴瓦X相振动出现高高跳闸值时，若其他轴系振动出现高报警，则l号轴瓦X相振动高高保护动作。此处“N”代表振动超过跳闸值的某相振动。“+2”代表需要汽轮机轴系中任意两相振动报警，原理如图3所示。

根据汽轮机振动报告分析，机组某相振动异常．整个轴系均会受到影响，即l号轴承X相振动超过报警值，则其他轴瓦X／Y相振动都会偏离正常运行值，偏离程度与振动异常测点距离呈反比。若采用整个轴系振动振动超过报警值作为l号轴承X相振动超过跳闸值辅助判据。则能有效地避免原有1号轴承Y相信号故障、l号轴承X相振动超过跳闸值、整个汽轮机振动保护出现拒动现象。“N+2”综合优化改造方案以上述分析结果为基础。重新构筑新的保护控制策略。TSI报警方面利用ETS控制系统模拟量处理优势，将TSI送入的模拟量信号进行数据处理，无论信号故障还是振动偏离正常波动值，ETS均发出振动异常报警，且同步告知运行人员报警位置和报警性质，极大提高TSI报警预处理能力。TSI保护方面ETS通过模拟量逻辑选择块功能，筛选出振动高、高高条件，复合成”N+2”振动保护，在ETS内部直接输出至ETS跳闸保护回路。与原设计相比．现方案首先去除了TSI保护继电器辅助节点内部串接、复合的接线，直接将模拟量信号送入ETS，TSI和ETS信号接口简单可靠；其次，ETS内部设计的预报警功能可以第一时间通知运行人员TSI故障，便于检修工作尽早开展；最后，通过整个轴系综合优化辅助判断。彻底解决了原有单点不同相复合保护的局限，ETS保护变为更加可靠、安全。

3、热控保护综合优化设计实施

该电厂基建调试阶段工期较短，原有机组保护逻辑在测点设计分配、控制系统功能组态、现场冷／热态调试等阶段均未能系统地予以梳理整改．机组商业运行后，多次发生热控保护误动事件，影响了机组安全稳定运行。为此，通过对电厂所有保护、联锁要求进行分析和研究，明确了具体保护内容、保护条件定值，并对重大保护全面实施综合优化判断。MFT重大保护联锁的主要修改内容如下：送风机或引风机全停MFT，原MFT中风机停信号只采用风机电气开关柜常开单点信号，可靠性较差。而风机电气侧测点在设计中已固定，不可能增加接点，因此，在现有风机顺控侧控制逻辑中，利用风机停常开、运行常开取非、风机电流小于5A这3个信号三取二表决为风机停状态。经高速公路送至MFT控制器．与原有单点停信号相或形成风机停逻辑，控制合成如图4所示。

4、结语

火电机厂热控优化保护的研究基于热控系统当前现状，随着机组运行参数等级的提高、装机容量的增大、节能环保要求的严格，热控保护面临前所未有的挑战和机遇。通过根据机组设备和工艺实际运行的边界条件确定保护要求，扩充保护相关信号的故障判断．避免因某个信号故障造成控制系统执行错误的动作。保护条件相关多点信号采用“民主”、“加权”等智能判断的方法，可以有效提高机组保护决策的正确性．切实增强保护系统的可靠性。因此．火电厂热控综合优化保护研究具有广泛推广的前景．

参考文献：

[1]李建国．分散控制系统故障应急处理预案［J］．中国电力，2012，45（2）：26－30．

[2]孙长生．提高电厂热控系统可靠性技术研究［J］．中国电力，2009，42（2）：56－59．

[3]电力行业热工自动化技术委员会．火电厂热控系统可靠性配置与事故预控［M］．北京：中国电力出版社，2010.

作者简介：

王波，（1986.03-）。男，陕西神木人，单位：神华神东电力陕西富平热电有限公司，研究方向：热控保护