燃煤机组逻辑及报警优化分析

李文杰

(浙江浙能台州第二发电有限责任公司，浙江 台州 317100)

0 引言

燃煤机组采用DCS、PLC等控制系统，通过组态逻辑控制现场热力设备按照工艺流程及运行工况要求实现系统设备保护、调节、报警等功能，保证汽轮机、锅炉、发电机及相关辅助设备正常运行。机组基建期，由于调试周期较短，调试人员在设计、组态逻辑时存在取信方式及限值设置不合理、报警设置不完善等问题，造成燃煤机组正常投产运行后，逻辑回路存在误动作或拒动作的风险以及缺少有效报警、监视手段的缺陷。

本文通过对燃煤机组保护、调节、报警逻辑回路中存在问题的梳理，提出优化措施，达到提高逻辑回路动作正确率、提升燃煤机组系统异常报警水平的目的，保证燃煤机组安全稳定运行。

1 保护信号取信方式选择及逻辑优化

1.1 泵或阀门单点状态信号的判断逻辑优化

原组态逻辑中，表征泵的运行信号或停止信号以及阀门的开信号或关信号均为单点信号。当控制逻辑中采用上述信号作为单一联锁保护信号表征时，异常情况下将无法正确代表泵或阀门的状态。

以表征阀门的关状态为例，可以由“阀门关信号”与“阀门开信号取非”两者采用“与”逻辑运算取得。

1.2 辅网系统单点保护信号的判断逻辑优化

燃煤机组辅网系统通常采用PLC控制系统，受限于PLC控制系统逻辑组态功能的局限性，逻辑回路内较难通过设置速率限制、质量判断等方式对单点保护信号进行优化处理。另一方面，由于辅网系统供全厂或多台机组共用，极少具备系统停运，增加冗余测点的机会；而且对于燃油泵房、氨站等重点危化品区域，很难具备通过动火作业来增加冗余测点的时机。

以某燃煤机组液氨储罐液氨出口阀联锁逻辑为例，原保护逻辑设计如下：当液氨储罐温度大于45 ℃时，液氨出口阀联锁关闭。某次设备异常动作过程中，由于液氨储罐温度值瞬时快速升高，达到保护动作定值，造成联锁保护动作。经检查，触发此次联锁保护动作的原因为就地温度元件故障，并非由于液氨储罐温度值正常升高。查阅历史曲线，故障时氨储罐温度值瞬时升高至500 ℃，明显超过氨储罐温度正常范围。因此，为规避上述情况，优化液氨储罐液氨出口阀联锁关逻辑如图1所示。

图1 液氨储罐液氨出口阀联锁关优化逻辑

如图1所示，优化逻辑回路为液氨储罐温度值设置一个合理的高限判断范围；同时，为了规避由于温度元件引出线接触不良等原因造成信号瞬时跳变，增加3秒延时。即：当液氨储罐温度大于45 ℃且小于100 ℃时，延时3秒，最终触发液氨储罐液氨出口阀联锁关闭。

1.3 通讯保护信号优化

保护逻辑回路中，就地测点信号常通过硬接线直连的方式送入保护判断逻辑所在控制站。但当位于不同控制站的不同保护判断逻辑回路均需引用同一就地保护测点信号时，部分保护判断逻辑只能引用该就地测点的通讯信号。比较硬件线信号与通讯信号两者的稳定性，显然前者的可靠性更高。因此，针对上述情况，需要分析、辨别就地设备的重要性，适当增加相同性质就地测点数量，保证就地保护信号均能采用硬接线直连方式。

以某燃煤机组的炉膛负压信号为例，原设计同一组炉膛负压信号不仅通过硬接线直连方式送入MFT控制站参与锅炉主燃料跳闸系统保护逻辑判断，而且通过通讯方式送入送风机、引风机保护回路所在控制站参与送风机、引风机跳闸保护回路运算。根据上述设计，存在由于通讯信号异常造成送风机、引风机跳闸保护回路误动作及拒动作的风险。因此，需要增加就地炉膛负压信号测点，通过硬接线直连方式直接送入送风机、引风机跳闸保护逻辑所在控制站参与逻辑运算。

1.4 特殊情况的保护信号判断逻辑优化

燃煤机组温度保护信号通常经高低限、质量、速率判断后，析出开关量信号，再经过三取二、二取二判断，最终生成温度高或温度低开关量信号。但是面对不同的对象系统时，需要具体分析，综合考虑安全性、可靠性等因素进行优化设置。

例如，某燃煤机组原磨煤机出口温度高保护逻辑回路中三个磨煤机出口温度测点信号分别经高限、质量、速率判断后，析出开关量信号，再经过三取二判断，生成磨煤机出口温度高保护信号。但是，当磨煤机内部或出口粉管出现着火等极端工况时，磨煤机出口温度测点信号会瞬时极速升高；此时，由于逻辑判断回路中已设置速率判断功能，会自动切除保护回路，磨煤机无法紧急停运。考虑就地已安装三个磨煤机出口温度信号测点，误动作几率相对较小。综上分析，从提高系统运行安全性角度分析，取消逻辑判断回路中的速率判断功能。

2 主重要自动回路限值设置优化

由于新能源发电量占比不断增加，燃煤机组处于深度调峰负荷运行工况的频次增加、持续时间增长，造成风量、煤量、给水量等机组主重要运行参数均已经接近或达到设备设计低限临界值。另一方面，由于燃煤机组低负荷运行时管道内介质流量小、流场不均等原因，造成以差压测量原理为基础的风量、给水量等流量参数测量装置前后差压较小，使得上述冗余参数测量值存在偏差较大、晃动较大等问题。

燃煤机组协调控制回路中，风量、煤量、给水量最终设定值逻辑回路由两部分叠加生成：根据锅炉主控指令(BID指令)F(X)曲线自动生成，并叠加前馈量的基础设定值，以及运行偏置设定值。最终设定值逻辑回路如图2所示。

图2 最终设定值逻辑回路

燃煤机组处于深度调峰负荷运行工况时，基础设定值已接近运行报警值；若此时运行偏置设定值设定负偏置过大，并与基础设定值两者叠加后，就会使最终设定值超过报警值，甚至达到机组跳闸值。尤其当机组处于深度调峰连续降负荷阶段，风量、煤量、给水量前馈量较大，更容易出现上述问题，造成保护误动作。

综上，结合机组热力系统运行要求，对总风量、给水量、主汽压力、一次风压、磨煤机一次风量等主重要参数运行偏置设定值及最终设定值限值进行上下限幅设置。同时，增加主重要参数降至低限报警信号，提醒运行人员及早发现异常，及时处理、调整。

3 硬接线信号的报警与监视优化

为提高联锁保护信号的可靠性，避免出现由于通讯异常造成保护信号失真，造成保护回路误动作或拒动作，燃煤机组DCS、DEH、MEH、MFT、TSI等不同控制系统之间常采用硬接线信号作为联锁保护信号。

硬接线信号回路中，开关量输出信号DO通过继电器转换为逻辑信号，再由硬接线传输至开关量输入信号DI模块，并最终表征为“0”或“1”状态的开关量信号。正常运行时，DO与DI两者状态一致，即两者状态同时为“0”或“1”。但是当硬接线回路出现例如继电器故障、DI模块故障，硬接线松动、虚接、接地等缺陷时，会出现DO与DI两者状态不一致的情况。

由于这些硬接线信号常用作重要的联锁保护信号，甚至直接参与锅炉主燃料跳闸系统、汽轮机危急遮断系统等主保护的逻辑判断回路运算，同时，硬接线回路在整个燃煤机组控制回路中运用广泛、数量较多，导致运行、检修人员缺少有效的监控手段，不能及时发现硬接线回路的异常状态。

针对上述隐患可设计硬接线信号报警回路如图3所示。

图3 硬接线信号报警回路

如图3所示，同一组DO与DI两者先通过“异或”逻辑判断，再经过延时模块运算生成一组硬接线回路的异常报警信号。以此类推，所有同一组DO与DI均进行如上运算，生成多组对应硬接线回路的异常报警信号。最后，将所有硬接线回路的异常报警信号进行“或”逻辑判断，并经过一个脉冲信号运算，最终生成燃煤机组的“硬接线信号异常”报警信号。

硬接线信号报警回路中，延时时间需根据实际情况设置，避免发生由于不同控制器任务区扫描周期不一致，DO状态变化瞬间，DO与DI两者瞬时不一致，出现误报警的情况。设置脉冲信号，则为了避免由于某一组硬接线回路内DO与DI两者状态长期不一致，造成其它组硬接线信号失去异常判断报警。

同时，在监控画面内增加硬接线信号状态监视，便于运行、检修人员及时关注到硬接线信号的异常情况，并及时处理。

4 冗余信号偏差报警逻辑设置优化

为提高测点的可靠性，燃煤机组主重要信号常采用三选或二选冗余配置。正常运行时，模拟量运算调节回路采用三取中、二取均的判断方式处理冗余测点信号。当某一测点为坏质量或与其它正常测点偏差较大时，逻辑模块会自动剔除故障测点，不会影响系统正常调节。因此，运行人员并不会及时关注到某一测点的故障情况。若随着机组运行时间的增长，剩余正常信号同时故障，运行人员将会失去对主重要信号的监视，系统也将失去正常调节功能。

综上，可根据机组主重要冗余三选或二选信号的量程范围、测量类型及实际运行情况，优化其报警偏差死区，同时增加机组主重要冗余三选或二选信号偏差大报警。

5 结束语

通过对燃煤机组保护、调节、报警回路的优化，在有效保证机组逻辑回路正确动作率的同时，还了丰富运行人员的监控手段，便于及时处理设备缺陷。