李文杰

(浙江浙能臺(tái)州第二發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 臺(tái)州 317100)

0 引言

燃煤機(jī)組采用DCS、PLC等控制系統(tǒng)，通過組態(tài)邏輯控制現(xiàn)場熱力設(shè)備按照工藝流程及運(yùn)行工況要求實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備保護(hù)、調(diào)節(jié)、報(bào)警等功能，保證汽輪機(jī)、鍋爐、發(fā)電機(jī)及相關(guān)輔助設(shè)備正常運(yùn)行。機(jī)組基建期，由于調(diào)試周期較短，調(diào)試人員在設(shè)計(jì)、組態(tài)邏輯時(shí)存在取信方式及限值設(shè)置不合理、報(bào)警設(shè)置不完善等問題，造成燃煤機(jī)組正常投產(chǎn)運(yùn)行后，邏輯回路存在誤動(dòng)作或拒動(dòng)作的風(fēng)險(xiǎn)以及缺少有效報(bào)警、監(jiān)視手段的缺陷。

本文通過對(duì)燃煤機(jī)組保護(hù)、調(diào)節(jié)、報(bào)警邏輯回路中存在問題的梳理，提出優(yōu)化措施，達(dá)到提高邏輯回路動(dòng)作正確率、提升燃煤機(jī)組系統(tǒng)異常報(bào)警水平的目的，保證燃煤機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 保護(hù)信號(hào)取信方式選擇及邏輯優(yōu)化

1.1 泵或閥門單點(diǎn)狀態(tài)信號(hào)的判斷邏輯優(yōu)化

原組態(tài)邏輯中，表征泵的運(yùn)行信號(hào)或停止信號(hào)以及閥門的開信號(hào)或關(guān)信號(hào)均為單點(diǎn)信號(hào)。當(dāng)控制邏輯中采用上述信號(hào)作為單一聯(lián)鎖保護(hù)信號(hào)表征時(shí)，異常情況下將無法正確代表泵或閥門的狀態(tài)。

以表征閥門的關(guān)狀態(tài)為例，可以由“閥門關(guān)信號(hào)”與“閥門開信號(hào)取非”兩者采用“與”邏輯運(yùn)算取得。

1.2 輔網(wǎng)系統(tǒng)單點(diǎn)保護(hù)信號(hào)的判斷邏輯優(yōu)化

燃煤機(jī)組輔網(wǎng)系統(tǒng)通常采用PLC控制系統(tǒng)，受限于PLC控制系統(tǒng)邏輯組態(tài)功能的局限性，邏輯回路內(nèi)較難通過設(shè)置速率限制、質(zhì)量判斷等方式對(duì)單點(diǎn)保護(hù)信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化處理。另一方面，由于輔網(wǎng)系統(tǒng)供全廠或多臺(tái)機(jī)組共用，極少具備系統(tǒng)停運(yùn)，增加冗余測點(diǎn)的機(jī)會(huì)；而且對(duì)于燃油泵房、氨站等重點(diǎn)危化品區(qū)域，很難具備通過動(dòng)火作業(yè)來增加冗余測點(diǎn)的時(shí)機(jī)。

以某燃煤機(jī)組液氨儲(chǔ)罐液氨出口閥聯(lián)鎖邏輯為例，原保護(hù)邏輯設(shè)計(jì)如下：當(dāng)液氨儲(chǔ)罐溫度大于45 ℃時(shí)，液氨出口閥聯(lián)鎖關(guān)閉。某次設(shè)備異常動(dòng)作過程中，由于液氨儲(chǔ)罐溫度值瞬時(shí)快速升高，達(dá)到保護(hù)動(dòng)作定值，造成聯(lián)鎖保護(hù)動(dòng)作。經(jīng)檢查，觸發(fā)此次聯(lián)鎖保護(hù)動(dòng)作的原因?yàn)榫偷販囟仍收希⒎怯捎谝喊眱?chǔ)罐溫度值正常升高。查閱歷史曲線，故障時(shí)氨儲(chǔ)罐溫度值瞬時(shí)升高至500 ℃，明顯超過氨儲(chǔ)罐溫度正常范圍。因此，為規(guī)避上述情況，優(yōu)化液氨儲(chǔ)罐液氨出口閥聯(lián)鎖關(guān)邏輯如圖1所示。

圖1 液氨儲(chǔ)罐液氨出口閥聯(lián)鎖關(guān)優(yōu)化邏輯

如圖1所示，優(yōu)化邏輯回路為液氨儲(chǔ)罐溫度值設(shè)置一個(gè)合理的高限判斷范圍；同時(shí)，為了規(guī)避由于溫度元件引出線接觸不良等原因造成信號(hào)瞬時(shí)跳變，增加3秒延時(shí)。即：當(dāng)液氨儲(chǔ)罐溫度大于45 ℃且小于100 ℃時(shí)，延時(shí)3秒，最終觸發(fā)液氨儲(chǔ)罐液氨出口閥聯(lián)鎖關(guān)閉。

1.3 通訊保護(hù)信號(hào)優(yōu)化

保護(hù)邏輯回路中，就地測點(diǎn)信號(hào)常通過硬接線直連的方式送入保護(hù)判斷邏輯所在控制站。但當(dāng)位于不同控制站的不同保護(hù)判斷邏輯回路均需引用同一就地保護(hù)測點(diǎn)信號(hào)時(shí)，部分保護(hù)判斷邏輯只能引用該就地測點(diǎn)的通訊信號(hào)。比較硬件線信號(hào)與通訊信號(hào)兩者的穩(wěn)定性，顯然前者的可靠性更高。因此，針對(duì)上述情況，需要分析、辨別就地設(shè)備的重要性，適當(dāng)增加相同性質(zhì)就地測點(diǎn)數(shù)量，保證就地保護(hù)信號(hào)均能采用硬接線直連方式。

以某燃煤機(jī)組的爐膛負(fù)壓信號(hào)為例，原設(shè)計(jì)同一組爐膛負(fù)壓信號(hào)不僅通過硬接線直連方式送入MFT控制站參與鍋爐主燃料跳閘系統(tǒng)保護(hù)邏輯判斷，而且通過通訊方式送入送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)保護(hù)回路所在控制站參與送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)跳閘保護(hù)回路運(yùn)算。根據(jù)上述設(shè)計(jì)，存在由于通訊信號(hào)異常造成送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)跳閘保護(hù)回路誤動(dòng)作及拒動(dòng)作的風(fēng)險(xiǎn)。因此，需要增加就地爐膛負(fù)壓信號(hào)測點(diǎn)，通過硬接線直連方式直接送入送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)跳閘保護(hù)邏輯所在控制站參與邏輯運(yùn)算。

1.4 特殊情況的保護(hù)信號(hào)判斷邏輯優(yōu)化

燃煤機(jī)組溫度保護(hù)信號(hào)通常經(jīng)高低限、質(zhì)量、速率判斷后，析出開關(guān)量信號(hào)，再經(jīng)過三取二、二取二判斷，最終生成溫度高或溫度低開關(guān)量信號(hào)。但是面對(duì)不同的對(duì)象系統(tǒng)時(shí)，需要具體分析，綜合考慮安全性、可靠性等因素進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置。

例如，某燃煤機(jī)組原磨煤機(jī)出口溫度高保護(hù)邏輯回路中三個(gè)磨煤機(jī)出口溫度測點(diǎn)信號(hào)分別經(jīng)高限、質(zhì)量、速率判斷后，析出開關(guān)量信號(hào)，再經(jīng)過三取二判斷，生成磨煤機(jī)出口溫度高保護(hù)信號(hào)。但是，當(dāng)磨煤機(jī)內(nèi)部或出口粉管出現(xiàn)著火等極端工況時(shí)，磨煤機(jī)出口溫度測點(diǎn)信號(hào)會(huì)瞬時(shí)極速升高；此時(shí)，由于邏輯判斷回路中已設(shè)置速率判斷功能，會(huì)自動(dòng)切除保護(hù)回路，磨煤機(jī)無法緊急停運(yùn)?？紤]就地已安裝三個(gè)磨煤機(jī)出口溫度信號(hào)測點(diǎn)，誤動(dòng)作幾率相對(duì)較小。綜上分析，從提高系統(tǒng)運(yùn)行安全性角度分析，取消邏輯判斷回路中的速率判斷功能。

2 主重要自動(dòng)回路限值設(shè)置優(yōu)化

由于新能源發(fā)電量占比不斷增加，燃煤機(jī)組處于深度調(diào)峰負(fù)荷運(yùn)行工況的頻次增加、持續(xù)時(shí)間增長，造成風(fēng)量、煤量、給水量等機(jī)組主重要運(yùn)行參數(shù)均已經(jīng)接近或達(dá)到設(shè)備設(shè)計(jì)低限臨界值。另一方面，由于燃煤機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)管道內(nèi)介質(zhì)流量小、流場不均等原因，造成以差壓測量原理為基礎(chǔ)的風(fēng)量、給水量等流量參數(shù)測量裝置前后差壓較小，使得上述冗余參數(shù)測量值存在偏差較大、晃動(dòng)較大等問題。

燃煤機(jī)組協(xié)調(diào)控制回路中，風(fēng)量、煤量、給水量最終設(shè)定值邏輯回路由兩部分疊加生成：根據(jù)鍋爐主控指令(BID指令)F(X)曲線自動(dòng)生成，并疊加前饋量的基礎(chǔ)設(shè)定值，以及運(yùn)行偏置設(shè)定值。最終設(shè)定值邏輯回路如圖2所示。

圖2 最終設(shè)定值邏輯回路

燃煤機(jī)組處于深度調(diào)峰負(fù)荷運(yùn)行工況時(shí)，基礎(chǔ)設(shè)定值已接近運(yùn)行報(bào)警值；若此時(shí)運(yùn)行偏置設(shè)定值設(shè)定負(fù)偏置過大，并與基礎(chǔ)設(shè)定值兩者疊加后，就會(huì)使最終設(shè)定值超過報(bào)警值，甚至達(dá)到機(jī)組跳閘值。尤其當(dāng)機(jī)組處于深度調(diào)峰連續(xù)降負(fù)荷階段，風(fēng)量、煤量、給水量前饋量較大，更容易出現(xiàn)上述問題，造成保護(hù)誤動(dòng)作。

綜上，結(jié)合機(jī)組熱力系統(tǒng)運(yùn)行要求，對(duì)總風(fēng)量、給水量、主汽壓力、一次風(fēng)壓、磨煤機(jī)一次風(fēng)量等主重要參數(shù)運(yùn)行偏置設(shè)定值及最終設(shè)定值限值進(jìn)行上下限幅設(shè)置。同時(shí)，增加主重要參數(shù)降至低限報(bào)警信號(hào)，提醒運(yùn)行人員及早發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)處理、調(diào)整。

3 硬接線信號(hào)的報(bào)警與監(jiān)視優(yōu)化

為提高聯(lián)鎖保護(hù)信號(hào)的可靠性，避免出現(xiàn)由于通訊異常造成保護(hù)信號(hào)失真，造成保護(hù)回路誤動(dòng)作或拒動(dòng)作，燃煤機(jī)組DCS、DEH、MEH、MFT、TSI等不同控制系統(tǒng)之間常采用硬接線信號(hào)作為聯(lián)鎖保護(hù)信號(hào)。

硬接線信號(hào)回路中，開關(guān)量輸出信號(hào)DO通過繼電器轉(zhuǎn)換為邏輯信號(hào)，再由硬接線傳輸至開關(guān)量輸入信號(hào)DI模塊，并最終表征為“0”或“1”狀態(tài)的開關(guān)量信號(hào)。正常運(yùn)行時(shí)，DO與DI兩者狀態(tài)一致，即兩者狀態(tài)同時(shí)為“0”或“1”。但是當(dāng)硬接線回路出現(xiàn)例如繼電器故障、DI模塊故障，硬接線松動(dòng)、虛接、接地等缺陷時(shí)，會(huì)出現(xiàn)DO與DI兩者狀態(tài)不一致的情況。

由于這些硬接線信號(hào)常用作重要的聯(lián)鎖保護(hù)信號(hào)，甚至直接參與鍋爐主燃料跳閘系統(tǒng)、汽輪機(jī)危急遮斷系統(tǒng)等主保護(hù)的邏輯判斷回路運(yùn)算，同時(shí)，硬接線回路在整個(gè)燃煤機(jī)組控制回路中運(yùn)用廣泛、數(shù)量較多，導(dǎo)致運(yùn)行、檢修人員缺少有效的監(jiān)控手段，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)硬接線回路的異常狀態(tài)。

針對(duì)上述隱患可設(shè)計(jì)硬接線信號(hào)報(bào)警回路如圖3所示。

圖3 硬接線信號(hào)報(bào)警回路

如圖3所示，同一組DO與DI兩者先通過“異或”邏輯判斷，再經(jīng)過延時(shí)模塊運(yùn)算生成一組硬接線回路的異常報(bào)警信號(hào)。以此類推，所有同一組DO與DI均進(jìn)行如上運(yùn)算，生成多組對(duì)應(yīng)硬接線回路的異常報(bào)警信號(hào)。最后，將所有硬接線回路的異常報(bào)警信號(hào)進(jìn)行“或”邏輯判斷，并經(jīng)過一個(gè)脈沖信號(hào)運(yùn)算，最終生成燃煤機(jī)組的“硬接線信號(hào)異?！眻?bào)警信號(hào)。

硬接線信號(hào)報(bào)警回路中，延時(shí)時(shí)間需根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置，避免發(fā)生由于不同控制器任務(wù)區(qū)掃描周期不一致，DO狀態(tài)變化瞬間，DO與DI兩者瞬時(shí)不一致，出現(xiàn)誤報(bào)警的情況。設(shè)置脈沖信號(hào)，則為了避免由于某一組硬接線回路內(nèi)DO與DI兩者狀態(tài)長期不一致，造成其它組硬接線信號(hào)失去異常判斷報(bào)警。

同時(shí)，在監(jiān)控畫面內(nèi)增加硬接線信號(hào)狀態(tài)監(jiān)視，便于運(yùn)行、檢修人員及時(shí)關(guān)注到硬接線信號(hào)的異常情況，并及時(shí)處理。

4 冗余信號(hào)偏差報(bào)警邏輯設(shè)置優(yōu)化

為提高測點(diǎn)的可靠性，燃煤機(jī)組主重要信號(hào)常采用三選或二選冗余配置。正常運(yùn)行時(shí)，模擬量運(yùn)算調(diào)節(jié)回路采用三取中、二取均的判斷方式處理冗余測點(diǎn)信號(hào)。當(dāng)某一測點(diǎn)為壞質(zhì)量或與其它正常測點(diǎn)偏差較大時(shí)，邏輯模塊會(huì)自動(dòng)剔除故障測點(diǎn)，不會(huì)影響系統(tǒng)正常調(diào)節(jié)。因此，運(yùn)行人員并不會(huì)及時(shí)關(guān)注到某一測點(diǎn)的故障情況。若隨著機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的增長，剩余正常信號(hào)同時(shí)故障，運(yùn)行人員將會(huì)失去對(duì)主重要信號(hào)的監(jiān)視，系統(tǒng)也將失去正常調(diào)節(jié)功能。

綜上，可根據(jù)機(jī)組主重要冗余三選或二選信號(hào)的量程范圍、測量類型及實(shí)際運(yùn)行情況，優(yōu)化其報(bào)警偏差死區(qū)，同時(shí)增加機(jī)組主重要冗余三選或二選信號(hào)偏差大報(bào)警。

5 結(jié)束語

通過對(duì)燃煤機(jī)組保護(hù)、調(diào)節(jié)、報(bào)警回路的優(yōu)化，在有效保證機(jī)組邏輯回路正確動(dòng)作率的同時(shí)，還了豐富運(yùn)行人員的監(jiān)控手段，便于及時(shí)處理設(shè)備缺陷。