热工技术优化提高机组安全可靠性

杨延超，许锐锋，张勇军（华润电力焦作有限公司，河南 焦作 454450）

热工技术优化提高机组安全可靠性

杨延超，许锐锋，张勇军（华润电力焦作有限公司，河南 焦作 454450）

焦作龙源电厂2×660MW超超临界机组工程于2013年正式开工建设，目前机组已经投入生产运营。本项目在设计初期就对控制系统、联锁保护、硬件设备等热工软、硬件系统进行了大量的技术优化设计，极大地提高了机组的安全可靠性，下边从软件和硬件两个方面分别介绍一下热工系统具体的优化设计。

1 控制系统、联锁保护逻辑优化部分

（1）对于参与保护联锁的单个开关量信号，为了提高信号的安全可靠性，将与此开关量信号有关联的信号也引入保护联锁逻辑中

例如两台送风机全停MFT逻辑，如果单取每台送风机的停止信号逻辑与之后来做触发MFT的条件，当两个信号出现问题，就很容易引起保护误动作，如果将单个停止信号改为采用送风机停止信号，送风机未运行（信号为运行，逻辑中取反），送风机电流<10A，三取二动作后再与另一台送风机的三取二动作与之后来做触发MFT的条件，就会大大提高保护的安全可靠性。

（2）开关量、模拟量连锁保护信号处理

对于某设备同一位置安装三个测量原件的保护，采用加质量判断的开关量三取二逻辑，即一个测点超过跳闸限值且质量不坏为一个开关量，三个开关量经上述判断出三个开关量后，三取二动作跳闸。当有一个测点为坏质量时，剩下两个测点为二取一动作。当有两个测点坏质量时，剩下的一个测点为一取一动作。

对于保护采用开关量三取二逻辑的设备，当三取二保护动作，三个开关量未全部动作时，延时2秒，发出开关量信号不一致报警，提醒人员加强该设备的维护。

对于三个开关量保护信号，当信号质量为好且达到保护动作条件时，连锁保护逻辑起作用。当信号全部为坏质量时，进行报警且坏质量保持，立即在一级光子牌中进行报警，处理后再投入保护，根据预先设置的坏质量保护动作退出机制进行动作，根据设备重要性，保护动作区别对待。

原则如下：对于重要保护（主要指主机保护），三个测点全部故障时保护应动作。例如：炉膛压力低低MFT和给水流量低低MFT，若三个信号均坏质量时，保护动作。对于一般保护（主要指辅机保护），三个测点全部故障时保护自动退出。

对于某设备同一位置安装两个测量元件的保护，采用一点高高值且另一点高报警值的逻辑，即一个测点超过跳闸限值且质量不坏，同时另一测点达到高报警值。当有一个测点为坏质量时，剩下的一个测点为一取一动作。当两个测点全部坏质量时，根据实际情况直接动作保护或取消保护。

（3）通过网络传递过来的用于连锁保护的信号

对于通过网络传递过来的用于连锁保护的信号，增加质量判断。当信号质量为好且达到保护动作条件时，连锁保护逻辑起作用。当信号为坏质量时，进行报警且坏质量保持，立即在光字牌中进行报警，运行人员及时通知进行处理，当检修人员处理后通过工程师站将信号投入运行。

（4）温度信号的升速率坏质量判断

温度信号作为设备重要的监测信号，是设备运行状态最直接的表现之一，当温度超过限定值时，设备有被损坏的危险，需要及时跳闸以保护设备。但是，当测量元件或信号回路出现故障时，温度可能会迅速上升，因此当温度变化速率超过某一限定值时，认为该温度信号处于不正确状态，避免设备误动作。

本工程温度变化速率超限坏质量限定值设计为8℃/s。处理逻辑为，当某温度变化速率超过8℃/s 或者超出设定量程（TC为-30℃~650℃，RTD为-30℃~400℃）或者信号回路断线时，切除该温度点的保护，同时发出该信号的切除报警。待确认该信号恢复正常后，需要在逻辑中进行强制以重新投入该温度点的保护。

（5）汽轮机切缸实现自动控制

我厂660MW机组汽轮机采用中压缸启动方式。机组启动时，高调阀不开启，高压缸不进汽，由高旁来的再热蒸汽经中压主汽阀、调阀进入汽轮机中低压缸，通过中压调阀控制转速进行冲转，直至并网带负荷。经过一定的暖机时间后，高压缸允许进汽，此时需要进行切缸操作，把经过高旁的蒸汽，切换到高压缸。

切缸的过程，既是一个开高调阀关高旁阀的过程，同时又需要减少机组负荷、主汽压力、主汽温度的波动，尤其需要注意高压缸排汽温度，避免高压缸鼓风，排汽温度升得过高，对汽机叶片造成伤害，甚至引发汽机跳闸 。

我厂DEH侧原设计有切缸逻辑，只需运行人员点击切缸按钮即可，然而逻辑设计只是把当时的流量指令分配给高调阀，而按照启动参数启机时，流量指令偏小，使得高调阀的开度刚好落在自身的预启阀行程范围上，造成进入高压缸的蒸汽量过小，从而使得高排逆止阀无法及时开启，高压缸鼓风，排汽温度上升。另外，DCS侧旁路系统以及通风阀未设计切缸配合逻辑，切缸时需要手动关旁路阀、通风阀，运行人员在手动操作过程中往往控制不及时，造成负荷、主汽压力等的波动。

由图1可以看出，切缸过程中，各个参数都有较大的波动。机组负荷（曲线1）从38.9MW降至8.09MW而后开始上升；主汽压力（曲线2）从8.90MPa上升至9.72MPa而后又降至6.63MPa；主汽温度（曲线3）从512℃上升至525.8℃而后又降至477℃；高排温度（曲线4）由214℃先上升至231℃，后又上升至268℃。

图1 手动切缸曲线

为了解决汽轮机切缸过程中参数的波动问题，同时减少运行人员的操作，消除其在切缸中存在的恐惧心理，我们对逻辑进行了一系列优化，设计出了一套自动切缸逻辑。

自动切缸投入判断逻辑：（1）高、低旁在自动；（2）发电机已带上负荷；（3）高压缸第一级内壁金属与主汽温度匹配；（4）高调阀在关闭状态；（5）高旁开度大于60%。当以上条件满足时，发出汽轮机切缸请求，允许运行人员进行切缸操作。

汽轮机阀位控制逻辑：当运行人员按下切缸按钮后，根据汽机启动时的主汽压力、主汽温度及高旁开度，程序自动提高阀门流量指令目标值，自动提高升负荷率，使高调阀、中调阀自动开启。随着高调阀开启，高压缸开始进汽做功。

高压旁路、低压旁路控制逻辑：（1）低旁压力控制器在自动状态，维持汽机启动时再热压力。随着中调门开启再热器压力下降，低旁压力调节阀自动关闭。（2）高旁压力控制器在自动状态，维持汽机启动时主汽压力，同时接受汽机切缸指令作为前馈信号。随着高调阀开启，主汽压力下降，高旁压力调节阀会自动关闭。切缸过程中，当高调门开度大于10%时，按照0.5~1%/s的速率超驰关高旁压力调节阀，直至完全关闭。高旁压力调节阀全关后联关高旁减温水、低旁压力及温度调节阀。

汽轮机高压缸排汽通风阀（VV阀）逻辑：电机未并网前，通风阀在汽机倒暖时自动关闭，在汽机正暖时自动打开。并网后，当切缸指令发出时，如果高调门开度大于5%，自动关闭。

高排逆止阀控制逻辑：高排逆止阀在汽机跳闸、发电机跳闸或者OPC动作时自动关闭；在发电机并网时，自动开启，保持自由状态。在切缸过程中，通过蒸汽压力把阀门顶开。

汽轮机“切缸”完成判断逻辑：（1）高旁压力调节阀关闭；（2）阀门流量指令达到目标值；（3）逆止阀离开关位。当以上三个条件满足时，程序自动发出切缸完成信号，提醒运行人员可以进行下一步升负荷操作。

通过优化后，切缸“一键”进行，自动完成，过程参数平稳，如图2所示。

图2 优化后自动切缸曲线

2 硬件设备技术优化部分

（1）主机和主要辅机的主要保护联锁测点，采用双测点冗余配置

如果采用单测点来联锁保护，此测点如果出现故障，很容易引起保护误动作或者拒动，导致机组降出力或者停机，采用双测点冗余配置可以提高机组的稳定性。

（2）DCS系统控制器及I/O模块优化分配

对一些重要的成对辅机设备，控制器要分开设计，分别配置在不同的控制器中，同一个控制器内的重要测点分配到不同的模块，极大地提高了系统的可靠性。

例如参与MFT保护的折焰角入口汇集集箱前水温1、2、3三温度测点，原设计在110控制器的C3簇的301D、302D、303D模块，如果C3簇的CI840通讯接口模块故障，就会导致整列C3簇下边的模块设备故障，折焰角入口汇集集箱前水温高引发MFT保护误动作，影响机组安全稳定运行，鉴于此，将折焰角入口汇集集箱前水温1、2、3三温度测点分布到110控制器C4簇、C5簇（新增）不同的簇里，避免出现通讯接口模块故障引起的保护误动作。

存在以上问题的还有炉膛压力保护、火检冷却风母管压力保护、给水流量保护，炉膛压力1、压力2、压力3，火检冷却风压力1、压力2、压力3，给水流量1、流量2、流量3，以上保护测点，原设计都在110控制器的C3簇的308D、309D、310D模块，优化后都分布到110控制器C4簇、C5簇（新增）不同的簇里，从而提高了主保护的安全可靠性。

图3是测点分布优化前后的对比示意图。

图3 测点分布优化前后的对比示意图

（3）MFT跳闸回路采用独立的双回路设计方案

DCS厂家常规设计的回路是将两路MFT跳闸回路电源经二极管切换后提供给一组继电器跳闸回路，这种设计会成引起电厂直流电源接地查找困难以及直流环路后直流系统频发接地报警的原因，另外一组继电器中的某一继电器故障也会引起某些设备拒动。本项目MFT跳闸继电器采用两套独立直流跳闸回路方案配置，对直流回路无影响，同时一组继电器中的某一继电器故障也不会引起某些保护拒动或者误动作，保护可靠性大大提高。

（4）DCS服务器采用3冗余设计

本项目DCS系统服务器采用3冗余设计，大大提高了系统可靠性，单台机组配置5台操作员站，一台值长站，通过对服务器权重配置进行冗余切换，如：操作员1、操作员2对Server1设置最大权重（即Server1正常时，这两台同时挂到Server1），在操作员站1配置权重Server2大于Server3，操作员站2配置权重Server3大于Server2，这种配置方式在Server1故障时两台操作员站可以切到不同的Server，保证单台服务器负荷率不会突然增大，同时将操作员3、操作员4对Server3设置最大权重，在操作员站3配置权重Server2大于Server1，操作员站4配置权重Server1大于Server2，极大地提高系统可靠性。

（5）重要保护测点布置优化

例如原设计给水流量三个变送器设计在一个保温柜内，如果一个出现泄漏，会影响其他两个给水流量变送器测量，将变送器分散到不同的保温柜内，避免一个泄漏引起其他损坏，引起保护误动作或者拒动，提高系统可靠性。

（6）取消辅机就地PLC控制，全部纳入DCS系统控制

PLC就地控制，设备不可靠，故障率高，也不利于运行人员操作、监控，将磨煤机、送风机、引风机的油站，EH油箱、润滑油箱、胶球清洗系统的就地PLC控制系统取消，直接进入DCS控制，提高系统可靠性。

（7）主要辅机调节装置的电动执行机构采用分体设计

由于主要风机本体振动较大，风机液压调节装置的电动执行机构经常出现由于振动原因导致的故障，影响主要辅机的正常使用，将液压调节装置的电动执行机构控制部分和执行器机械部分分开安装，将电动控制部分单独安装到振动较小的位置，避免由于长时间的振动导致故障，提高系统可靠性。

3 结语

经过一段时间的运行情况来看，设备几次出现故障，因为一系列的优化设计，最终避免了设备停运或者降出力，为机组的安全稳定运行提供了重要的保障，总之通过一系列软件系统、硬件系统方面的技术优化，大大提高了机组的安全可靠性。

[1] 北京ABB贝利工程有限公司Symphony Plus系统使用手册[Z].

Thermal Technology Optimization of Enhancing the Safety and Reliability

随着电力工业的发展，大容量火力发电机组已成为电网的主力机组，大容量机组是否安全稳定运行将关系着电网的稳定运行，更是直接关系着整个国民经济的发展。如何保证大容量火力发电机组的稳定运行就变得至关重要，热工系统作为电厂的主要控制、监视系统，其系统设计是否合理、逻辑保护设计是否周全、设备是否可靠将直接影响到机组的安全稳定运行。本文结合本厂控制系统、联锁逻辑、热工设备等方面所做技术优化应用情况，介绍了热工技术优化创新在提高机组安全可靠性方面所起到的重要作用，为其他机组提供借鉴经验。

热工；保护；联锁；优化；设计；安全；可靠性

With the development of power industry, the large capacity thermal power units has become a main grid units. The safe and stable operation of large capacity units concerns the stable operation of the power grid, and is directly related with the development of the whole national economy. How to ensure the stable operation of the large capacity thermal power unit becomes crucial. As the main control and monitoring system of power plant thermal system, the rationality of the system design, the comprehensive logical protection design, the reliable equipment will directly affect the safe and stable operation of the unit. Combined with the application of the technology of optimization in our control system, interlock logic, and thermal technology equipment , this paper introduces the thermal optimization of technological innovation in the aspect of enhancing the safety and reliability of important role, which provides a good reference for other units.

Thermal; Protection; Interlock; Optimization; Design; Safety; Reliability

B

1003-0492(2016)03-0078-03

TM611

杨延超（1979-），男，河南人，助工，本科，现就职于华润电力焦作有限公司，主要研究方向为热控技术。

许锐锋（1983-），男，广东人，助工，本科，现就职于华润电力焦作有限公司，主要研究方向为热控技术。

张勇军（1973-），男，河南人，中级职称，本科，现就职于华润电力焦作有限公司，主要研究方向为热控技术。