单点温度保护系统的容错逻辑设计

liyf

为了确保大容量火电机组的安全运行，对机组的保护控制系统要求越来越高。目前，由于受工艺限制，对汽轮机轴承温度保护、汽轮机回油温度保护等系统通常都只能采用单点温度测量，但由于测温元件易出现接触不良或断线等故障，从而使得温度保护系统易发生误动，严重影响机组的安全经济运行。
　　为了提高温度保护系统的可靠性，在温度保护的逻辑设计中可采用容错设计，即尽可能考虑测温环节在运行中容易出现的故障，并通过预先设置的逻辑措施来识别错误的温度信号，以防保护系统误动。
　　1 容错逻辑设计方案
　　1.1 方案1
　　容错逻辑设计方案1采用温度变化率坏点闭锁逻辑（图1）。
　　


　　由图1可见，该方案对温度信号设置变化率。在测温回路正常情况下，当汽轮机轴承回油温度大于定值Hl（75 ℃）时将发出保护跳闸信号。当测温回路不正常时：（1）判断温度测量点为坏点时，屏蔽温度保护跳闸输出信号；（2）当温度信号的变化率超过某限值（H：，℃／s）时， SR 触发器置1，温度保护功能自动退当测点故障消除后，可通过自动或手动方式复位保护控制系统，使温度保护功能重新投入运行。
　　1.2 方案2
　　容错逻辑设计方案2采用延时、高高限、低低限坏点闭锁逻辑（图 2 ）。
　　


　　由图2可见，该方案对温度信号增加了上、下限判断，保护延时 1s后输出（防止干扰）。在测温回路正常情况下，当轴承回油温度大于定值Hl（75℃）时，延时1s后将发出保护跳闸信号。当测温回路不正常时：（l）测量点为坏点时，屏蔽保护输出信号；（2）当温度信号的测量值远不在工作区域，如辅机轴承回油温度高于高高限H（150 ℃）或低于低低限L（0 ℃）时，将屏蔽保护输出信号。
　　另外，可设置一个温度保护投切开关，用于检修时防止温度保护误动，同时也可用于温度测点显示值上下波动时（热电阻接触不好）暂时退出保护，以防止保护误动。
　　为了确保大容量火电机组的安全运行，对机组的保护控制系统要求越来越高。目前，由于受工艺限制，对汽轮机轴承温度保护、汽轮机回油温度保护等系统通常都只能采用单点温度测量，但由于测温元件易出现接触不良或断线等故障，从而使得温度保护系统易发生误动，严重影响机组的安全经济运行。
　　为了提高温度保护系统的可靠性，在温度保护的逻辑设计中可采用容错设计，即尽可能考虑测温环节在运行中容易出现的故障，并通过预先设置的逻辑措施来识别错误的温度信号，以防保护系统误动。
                          
                       
                          
                               
　　1 容错逻辑设计方案
　　1.1 方案1
　　容错逻辑设计方案1采用温度变化率坏点闭锁逻辑（图1）。
　　


　　由图1可见，该方案对温度信号设置变化率。在测温回路正常情况下，当汽轮机轴承回油温度大于定值Hl（75 ℃）时将发出保护跳闸信号。当测温回路不正常时：（1）判断温度测量点为坏点时，屏蔽温度保护跳闸输出信号；（2）当温度信号的变化率超过某限值（H：，℃／s）时， SR 触发器置1，温度保护功能自动退当测点故障消除后，可通过自动或手动方式复位保护控制系统，使温度保护功能重新投入运行。
　　1.2 方案2
　　容错逻辑设计方案2采用延时、高高限、低低限坏点闭锁逻辑（图 2 ）。
　　


　　由图2可见，该方案对温度信号增加了上、下限判断，保护延时 1s后输出（防止干扰）。在测温回路正常情况下，当轴承回油温度大于定值Hl（75℃）时，延时1s后将发出保护跳闸信号。当测温回路不正常时：（l）测量点为坏点时，屏蔽保护输出信号；（2）当温度信号的测量值远不在工作区域，如辅机轴承回油温度高于高高限H（150 ℃）或低于低低限L（0 ℃）时，将屏蔽保护输出信号。
　　另外，可设置一个温度保护投切开关，用于检修时防止温度保护误动，同时也可用于温度测点显示值上下波动时（热电阻接触不好）暂时退出保护，以防止保护误动。
　　2 容错逻辑设计方案比较
　　目前，很多发电厂采用热电阻信号在DCS内生成开关量来代替温度开关，用于温度的联锁保护。在温度保护功能中，测点的品质判断是确保保护正确动作、避免保护误动作的关键。热电阻测温回路的不正确测量主要有以下原因：
　　（l）回路的电磁干扰，其特点是测量信号变化快，作用时间短，为偶发事件；
　　（2）回路接触不良，其特点是测量信号有突变或显示偏离正常值，若不进行检修，此现象将长期存在；
　　（3）回路中发生断线，其特点是测量信号出现突变现象且不能恢复。
　　在热电阻输入模块中，一般都具有自动硬件检测功能，当出现电源中断、模块类型错误、变送器故障、热电阻输入断线、硬件电路故障时模件会发出硬件报警，并将此点作为坏点退出逻辑运算，从而避免由于卡件原因引起的温度保护误动。图1、图2的容错逻辑均设计了此功能。
　　若采用容错逻辑设计方案1，只要温度变化率的限值（H2）设置合适，在干扰、断线情况下，该逻辑能够有效防止保护误动；对于接触不良的情况，只有当造成温度变化率较大时，该逻辑才能防止保护误动。但是，H2值设置很难确定，过大则逻辑失去容错意义，不能有效防止保护误动，过小则温度正常变化时将闭锁保护功能，造成保护拒动。
                          
                       
                          
                               
　　


　　图3为舟山朗熹发电有限责任公司（舟山发电厂）某机组4号电动给水泵液力祸合器工作油温度高时跳闸给水泵曲线。在4号电动给水泵切换到3号给水泵过程中，由于出现4号电动给水泵逆止阀不能正常关闭故障，给水进入了4号电动给水泵，引起4号电动给水泵倒转，造成其给水泵液力祸合器工作油温度急剧上升，温度变化数据如表1所示。
　　


　　由图3或表1可见，在一些时段，4号电动给水泵液力藕合器工作油温度变化率较大，且在不同时段温度的变化率不同，数值相差很大，说明了H2值难以设置。另外，选择容错逻辑设计方案1，还需设置其它相关参数。以舟山发电厂为例，其1号125MW机组、2号135MW机组控制系统均采用英国欧陆公司制造的NETWORK-6000 DCS，在进行温度变化率逻辑闭锁的参数设置时，需注意：（l）热电阻输入通道模块中有一个一阶滤波时间参数，若时间设置过大，即使输入温度信号有较大变化，该模件输出也是缓慢变化的，此时若使用温度变化率逻辑，就失去了控制意义。故组态时需修改系统默认的一阶滤波时间参数，可将其设置小一些或设置为0。
　　（2） NETWORK-6000 DCS的变化率模块SampTime参数值选择应小到足以跟踪所有有效的过程变量（PV）变化，但不能小到使计算结果产生O速率（由于舍入误差）。
　　方案2设置H、L是为了在温度测点接线接触不良、短路或断线时闭锁保护信号输出。L一般可设置为0℃，因机组正常工作时温度一般都高于0℃；H的设置以Hl延时1s后可能到达的温度为参考点，若轴承回油温度保护值为75℃，H可设置为150℃左右（2倍的保护值）。
　　因此，选择逻辑方案1，进行合适的参数设置尤为重要，而方案2的参数设置比较简单。
　　在实际应用中，可根据设备的物理特性及重要程度来选择合适的容错逻辑设计方案。如汽轮机轴承回油温度高至跳闸汽轮机时，汽轮机监视数值会有很大的变化，可能使保护先动作，而且汽轮机轴承回油温度是润滑油对轴承冷却后的温度，其滞后于轴承实际温度，且变化缓慢，所以宜采用方案1。对于冗余配置的某些辅机（l台运行、1台备用），以及送风机、引风机（虽然在机组运行时2台都工作），若1台风机工作时其轴承工作油只有温度保护，易导致保护拒动，所以采用方案2。
　　3 结语
　　目前，舟山发电厂根据机组运行的实际情况，对汽轮机轴承温度保护选用方案1，对一些辅机轴承温度保护选用方案2。2年多的实际应用表明，通过选用以上逻辑方案，既保证了保护不发生拒动，又极大减少了保护误动的次数，保证了机组的安全、稳定运行。