热工联锁保护信号品质算法的改进

潘书林 教富森 孙自军 李明飞

（神华国华绥中发电有限责任公司，辽宁省葫芦岛市，125222）

1 引言

热工联锁保护是火力发电厂的一个重要组成部分。在主、辅设备发生异常时，联锁保护及时、正确动作，可避免发生重大设备损坏和人身伤亡事故。为提高热工联锁保护动作的正确性，通常对联锁保护信号采取如下措施：

（1）对重要信号进行3取2或4取3处理，以提高保护动作的正确性，防止保护误动，并尽量杜绝保护拒动。

（2）在做DCS逻辑组态时，为防止发生意外，每个信号串联一个与之对应的品质判断信号，以提高联锁保护的可靠性。

目前，这两种措施在火力发电厂热工联锁保护中得到广泛应用，也起到了很好的效果。应该说，这两种措施在很大程度上提高了联锁保护的可靠性，防止了误动和拒动。但还是有个别例外情况发生。

例如，2012年7 月18 日某电厂8＃机组因脱硫系统增压，风机动叶运行中突然关闭，增压风机入口压力瞬间快速上升超过量程时，造成3个测点信号全部被判断为坏点。因而，屏蔽了 “增压风机入口压力高联开旁路挡板”逻辑，旁路挡板未能开启，导致锅炉炉膛压力超高限，MFT 保护动作，机组停运。

事件发生后，向机组增加了 “增压风机入口3个压力测点信号在全部变为坏点时，联开脱硫旁路挡板”逻辑，以防再次出现增压风机入口压力快速增长超量程时，旁路挡板拒开的事件。

从该机组脱硫系统旁路挡板拒开事件来看，对联锁信号采取的这两种措施的具体执行算法上还存在缺陷，有待进一步研究探讨，使其联锁保护真正做到 “该动时动，不该动就不动”。

现以国华绥电公司防止脱硫系统 “联开旁路挡板逻辑拒动”的整改方案为研究背景，提出一种信号品质鉴别算法，以供参考。

2 机组系统“逻辑设计”介绍与机组停运原因分析

2.1 增压风机入口压力联开旁路挡板原设计逻辑

国华绥电公司机组脱硫系统于2008 年投产，烟气脱硫 （FGD）采用Ovation系统，增压风机入口烟气压力测量采用罗斯蒙特压力变送器，型号为3051CD1A22A1AM5B4。4 个压力测点均采用相同的配置，压力测量范围为-1000～+1000Pa，对应变送器输出电流量程为4～20mA。

4台机组脱硫系统烟气压力联开旁路挡板的逻辑相同，下面以2＃机组FGD 为例。

2＃机组FGD 烟气压力综合值由4个烟气压力测 量 点 （20HTA10CP101、20HTA10CP102、20HTA10CP103、20HTA10CP104）计算得出，计算方法有4点取平均值、任意2点平均值、取4点中任意一点。这3种方法供操作人员选择。

当增压风机4个烟气压力信号的综合运算结果满足：原烟气压力综合值≥600Pa或原烟气压力综合值≤-800 Pa，且无坏点屏蔽逻辑信号（MRE），延时10s，脉冲指令3s，开启旁路挡板。烟气压力越限报警联开旁路挡板逻辑条件如图1所示。

图1 旁路挡板联锁逻辑条件简化图

2.2 信号品质鉴别逻辑

增压风机入口4个压力变送器中任一个输出电流≤3.8mA，或输出电流≥20.5mA 时，鉴别该点为坏点 （BAD），坏点自动退出运算。4个压力测点中，只要有一点信号不是坏点，就能自动联开旁路挡板。但如果4个测点信号均为坏点 （BAD）时，屏蔽 （MRE）联开旁路挡板自动，转为操作员手动。

2.3 “MFT 保护动作，机组停运”原因分析

当增压风机故障或挡板异常关闭时，其入口烟气压力可能瞬间上升至联开挡板动作值P1。为避免烟气压力瞬间波动误开挡板，还需经过10s（t1～t2）延时后，再发出开启旁路挡板指令。在这段延时时间内，烟气压力可能继续上升，超过量程P2（含量程容限），信号被判为坏点，具体如图2所示。

图2 压力超限联锁失效示意图

当4个压力测点信号全部变为坏点后，将屏蔽“开启旁路挡板”的逻辑条件，转为操作员手动。由于手动处理的及时性得不到保证，会造成炉膛压力进一步升高，最终导致MFT 保护动作，机组停运，锅炉灭火。

3 信号品质算法分析

信号品质算法一般以被测信号的量程加容限值，或采用Namur报警标准来做坏点界定值，信号品质算法示意如图3所示。

图3 信号品质算法示意图

信号等于或超过坏点值后即鉴别为坏点。下面以脱硫旁路挡板联锁条件为例，对这种界定坏点的算法应用在联锁保护中的适用性，进行分析。

3.1 脱硫旁路挡板联锁条件

脱硫旁路挡板联锁相关条件汇总如图4所示。

图4 测量信号品质鉴别算法图

从图4中可以看出：

（1）增压风机入口压力正常工作区间①，此区间压力值为-800～600Pa，对应变送器输出电流为5.6～16.8mA；压力值在正常工作限值范围之内，旁路挡板处于关闭状态。

（2）增压风机入口压力报警工作区间②、③，此区间压力值为-1025～-800Pa或600～1062.5 Pa，对应变送器输出电流为3.8～5.6mA 或16.8～20.5mA，联开旁路挡板。

（3）增压风机入口压力超量程工作区间④，压力测量值为-1025～1062.5Pa，对应变送器输出电流为3.8～20.5 mA。这时，应联开旁路挡板，但由于压力测量值超量程，被判为坏点，造成联开旁路挡板逻辑被屏蔽。

通过上述分析可以得出：在脱硫增压风机入口压力测量回路中，对于测量系统自身故障与实际压力超量程，这两者如果不能正确区分，就可能造成旁路挡板联锁拒动或误动。因此，压力信号品质判断不准确，是不能正确联开脱硫旁路挡板问题的关键。

影响测点信号品质的因素较多，例如：信号超量程，测量回路开路、短路、接地，电源故障，变送器故障等，都会产生坏点。这些问题需要认真分析试验，再做出相应对策。

3.2 现场试验

为防止国华绥电公司出现脱硫旁路挡板拒开事件，热工技术人员在查阅了有关技术资料后，对公司4台机组脱硫系统联开旁路挡板逻辑，进行多次现场试验，并进行认真详细分析。

（1）试验方法。

利用标准信号发生器 （CA100），在FGD 控制柜内AI模件端子排上加入标准电流信号，同时在FGD 画面上监视采集点数值显示情况。

（2）试验结果。

通道电流值为20～20.5 mA 时，画面显示点品质为BAD，显示数值保持BAD （坏点）前数值。

通道电流值为20 ～20.5mA 区间，画面显示数值，点品质为POOL （超量程）。

通道电流值为4～20mA 区间，画面数值显示正常，点品质为GOOD （正常）。

通道电流值为4～3.8mA 区间，画面显示压力数值，点品质为POOL （超量程）。

通道电流值≤3.8mA 时，点退出扫描，点品质为BAD，显示数值保持BAD （坏点）发生前的数值。

当4个烟气压力测点信号均为BAD （坏点）时，解除旁路挡板联锁自动，转为操作员手动。

（3）罗斯蒙特3051CD1A22A1AM5B4型压力变送器在热工标准室的输出电流范围实验结果如图5所示。

图5 罗斯蒙特压力变送器输出电流范围

压力变送器输出电流范围的实验结果，与压力变送器生产厂家提供的数据基本一致。因此，试验数据有效、可信。

4 改进品质算法

结合多次现场试验结果，经认真分析讨论后，认为原来以压力信号量程加容限来鉴别信号品质的算法，不能区分出是测量系统自身故障，还是实际压力超量程。改用变送器输出饱和电流加容限的算法来鉴别信号品质，这样可做到明确区分两者。FGD 增压风机入口压力信号品质鉴别改进方法如下：

信号下限坏点界定值3.8mA，改为生产厂家给出的变送器故障输出低电流3.75 mA；信号上限坏点界定值20.5 mA，改为变送器故障输出高电流21.75mA。

改进后，测量信号品质鉴别算法如图6所示。

图6 改进后，测量信号品质鉴别算法图

（1）增压风机入口压力信号正常区间①：此区间压力值为-800～600Pa，对应变送器输出电流为5.6～16.8mA。该区间压力值处于正常工作范围内，旁路挡板处于关闭状态。

（2）增压风机入口压力信号报警区间②：当烟气压力超过联锁下限报警值 （≤-800Pa），对应变送器输出电流≤5.6 mA；或者超过联锁上限报警值 （≥+600Pa），对应变送器输出电流≥16.8 mA 时，正常联开旁路挡板。

（3）增压风机入口压力信号超量程区间③，烟气压力在测量范围为-1012.5～-1000Pa时，对应变送器输出电流为3.9～4 mA；或者烟气压力在测量范围为+1000～+1100Pa，对应变送器输出电流为20～20.8 mA，画面压力参数有超量程品质符号POOL显示，可以联开旁路挡板。

（4）变送器输出电流饱和区间④：当压力≤-1012.5Pa或者≥+1100Pa时，变送器因输入过压而输出电流饱和，其电流分别保持在3.9mA 或20.8mA 不变。虽然变送器输入压力值与输出电流值已失去线性对应关系，但仍可联开旁路挡板。

（5）测量信号回路故障区间⑤：当FGD 输入电流值≤3.75mA，或输入电流值≥21.75mA 时，判定为测量回路自身故障坏点 （BAD）。经过试验确认的典型测量信号故障见表1。

从表1中可以看出，这些电流信号值与真实的压力信号值无关，没有实际意义。因此，把测量信号区间⑤的电流信号定义为坏点，不参与联开旁路挡板逻辑。即当4个烟气压力测点品质均为BAD（坏点）时，解除旁路挡板联锁自动，转为操作员手动。这样，真实的压力信号超量程 （变送器输出电流≥3.9 mA 或≤20.8 mA）已不在坏点之内，也就有效防止了在增压风机入口压力快速上升超量程时，屏蔽联开旁路挡板的问题。

表1 典型测量信号故障列表

5 结论

品质算法改进后，经现场多次试验，结果正确可靠。在不改变原设计逻辑的基础上，有效避免了脱硫旁路挡板拒动与误动。

目前，在火力发电厂的各种热工联锁保护回路中，信号品质鉴别值大多采用量程范围加容限的算法。但这种算法得出的信号品质界定值没有与一次测量装置的特性紧密结合起来。所以，量程容限难以做到准确选择，这无疑增加了联锁保护误动和拒动的风险。

现提出信号品质界定值的算法，该算法利用变送器输出特性，能够明确界定是测量回路故障，还是真实信号超量程。但由于不同类型 （品牌）变送器输出特性的差异，品质鉴别界定值可根据实际情况做适当调整，以适用于各种热工联锁保护回路，尤其是单点联锁保护回路的需要。

［1］ 赵燕平.热工联锁保护系统配置优化技术 ［M］.北京：中国电力出版社，2006

［2］ 北京远东罗斯蒙特仪表有限公司.罗斯蒙特.3051智能型和低功耗压力变送器快速安装手册 ［EB／OL］.http：／／www.docin.com／p-254745611.html