汪記收，王長(zhǎng)友（.本鋼板材股份有限公司計(jì)控廠，遼寧本溪70; .本鋼板材股份有限公司發(fā)電廠，遼寧本溪70）

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發(fā)電機(jī)組雙冷水保護(hù)邏輯優(yōu)化探討

汪記收1，王長(zhǎng)友2
（1.本鋼板材股份有限公司計(jì)控廠，遼寧本溪117021; 2.本鋼板材股份有限公司發(fā)電廠，遼寧本溪117021）

【摘要】結(jié)合一起發(fā)電機(jī)組雙冷水中斷事故案例，對(duì)雙冷水保護(hù)邏輯進(jìn)行探討，提出優(yōu)化原則、優(yōu)化方案，從而降低雙冷水保護(hù)誤動(dòng)與拒動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，從保護(hù)邏輯層面為機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行提高保障。

【關(guān)鍵詞】雙冷水中斷保護(hù);誤動(dòng);拒動(dòng);邏輯

1　概述

2015年5月19日，某熱電廠21#機(jī)組（CC50型）發(fā)生一起發(fā)電機(jī)定子線圈燒壞事故。

事后分析，此次事故乃是由以下諸因素疊加放大而成。

1#中繼泵電機(jī)接線盒電纜接頭短路（故障的誘因）致2#低壓廠用變開(kāi)關(guān)自動(dòng)跳閘（越級(jí)跳閘），0#低壓備用變聯(lián)動(dòng)后跳閘（均為過(guò)流保護(hù)動(dòng)作）致380V二段母線瞬間失電；2#冷水泵斷電跳閘后，1#冷水泵沒(méi)能及時(shí)聯(lián)動(dòng)。崗位人員緊急投手動(dòng)啟動(dòng)1#冷水泵，直流操作熔斷器因啟動(dòng)沖擊使熔絲熔斷，冷水泵未能啟動(dòng)成功，使事故進(jìn)一步擴(kuò)大。

雙冷水?dāng)嗨畨毫﹂_(kāi)關(guān)模板卡的底座松動(dòng)，使冷卻水壓力開(kāi)關(guān)未能發(fā)出壓力低信號(hào)，其余保護(hù)信號(hào)因保護(hù)邏輯所限亦未能發(fā)出，致汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)跳閘保護(hù)拒動(dòng)，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)斷水保護(hù)（29 s動(dòng)作）跳閘發(fā)電機(jī)功能。本次發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子斷水時(shí)間18 min。

根據(jù)該型號(hào)機(jī)組《工藝技術(shù)規(guī)程》明確規(guī)定：“當(dāng)冷卻水壓力下降0.2 MPa以下時(shí)并轉(zhuǎn)子或靜子冷卻水流量下降5 t/h以下第15 s時(shí)，汽輪機(jī)保護(hù)應(yīng)動(dòng)作，調(diào)速汽門(mén)關(guān)閉，自動(dòng)主汽門(mén)關(guān)閉，抽汽逆止電磁閥動(dòng)作，各逆止門(mén)關(guān)閉，同時(shí)抽汽逆止門(mén)電磁閥鎖?。ù藶榛謴?fù)）；發(fā)電機(jī)斷水保護(hù)在第29 s時(shí)動(dòng)作，斷路器跳閘”。

從中繼泵電機(jī)接線盒電纜接頭短路開(kāi)始直至發(fā)電機(jī)冷卻水中斷，最終導(dǎo)致發(fā)電機(jī)線圈燒壞的過(guò)程類(lèi)似“蝴蝶效應(yīng)”。

事發(fā)后，經(jīng)過(guò)深入調(diào)研，發(fā)現(xiàn)雙冷水中斷保護(hù)邏輯的設(shè)計(jì)思路及其具體參數(shù)存在弊端。

2　原方案存在的弊端及優(yōu)化原則

2.1原方案存在的弊端

儀控保護(hù)系統(tǒng)是機(jī)組主、輔設(shè)備安全平穩(wěn)運(yùn)行的保障；合理設(shè)置保護(hù)邏輯，在機(jī)組主、輔設(shè)備發(fā)生某些可能引發(fā)嚴(yán)重后果的故障時(shí)，及時(shí)引發(fā)預(yù)置的保護(hù)邏輯，從而停機(jī)待修，使事故可防、可控，可以避免重大人身傷亡或重大設(shè)備損壞。

在機(jī)組主、輔設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，保護(hù)系統(tǒng)因自身故障而引起動(dòng)作，造成主輔設(shè)備停運(yùn)，稱(chēng)保護(hù)“誤動(dòng)”；在主、輔設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)系統(tǒng)也發(fā)生故障而不動(dòng)作，稱(chēng)保護(hù)“拒動(dòng)”。

保護(hù)誤動(dòng)，將造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失；保護(hù)拒動(dòng)，將造成事態(tài)擴(kuò)大乃至失控。

儀控保護(hù)誤動(dòng)、拒動(dòng)的原因大致可以概括為：（1）DCS軟件、硬件故障；（2）儀控元件故障；（3）電纜接線短路、斷路、虛接；（4）儀控設(shè)備電源故障；（5）人為因素；（6）設(shè)備安裝調(diào)試存在缺陷；（7）保護(hù)邏輯設(shè)置不合理。

本次事故中，因儀控元件故障與邏輯保護(hù)設(shè)置不合理，致使保護(hù)拒動(dòng)。

在事發(fā)當(dāng)時(shí)，CC50機(jī)組雙冷水保護(hù)邏輯為（下文稱(chēng)此邏輯方案為“原方案”）：壓力開(kāi)關(guān)AND壓力變送器AND（轉(zhuǎn)子水流量OR定子水流量）。

雙冷水中斷保護(hù)邏輯如圖1所示。

圖1　原方案，雙冷水中斷保護(hù)邏輯示意圖

如圖1所示，雙冷水中斷致使機(jī)組保護(hù)動(dòng)作的條件設(shè)置為：3個(gè)條件（冷卻水壓力開(kāi)關(guān)、壓力變送器及雙冷水流量）的總邏輯關(guān)系為“與”?！芭c”邏輯關(guān)系意味著諸條件同時(shí)俱備，保護(hù)才動(dòng)作；只要3個(gè)條件中某一個(gè)環(huán)節(jié)拒動(dòng)，保護(hù)就會(huì)拒動(dòng)。

這種設(shè)置理念是防止機(jī)組保護(hù)誤動(dòng)，有利于機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，有利于保產(chǎn)保供；但是，有一利必有一弊，當(dāng)機(jī)組確實(shí)處于危險(xiǎn)狀態(tài)，需要保安系統(tǒng)動(dòng)作時(shí)，由于某一條件的某一個(gè)環(huán)節(jié)故障則導(dǎo)致機(jī)組保護(hù)拒絕動(dòng)作，這正是本次事故中，在雙冷水中斷的情況下，保護(hù)拒動(dòng)致發(fā)電機(jī)線圈損壞的原因。故此保護(hù)邏輯必須進(jìn)行優(yōu)化。

2.2保護(hù)邏輯優(yōu)化的原則

同樣是雙冷水中斷，機(jī)組誤動(dòng)、拒動(dòng)，哪種情況風(fēng)險(xiǎn)更大？這要綜合考慮以下情況：

機(jī)組閥門(mén)是否嚴(yán)密？機(jī)組聲光報(bào)警系統(tǒng)是否完備好用？聲光報(bào)警系統(tǒng)是否處于投入狀態(tài)？值班員是否及時(shí)發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情？值班員處于緊急情況下是否具備應(yīng)變能力？在人的因素相同的條件下，針對(duì)閥門(mén)嚴(yán)密性的差異，比較如表1。

表1　“拒動(dòng)”、“誤動(dòng)”的利弊

由表1可見(jiàn)：在機(jī)組閥門(mén)嚴(yán)密性充分保證的情況下，機(jī)組拒動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)更大，其最大的風(fēng)險(xiǎn)是損壞發(fā)電機(jī)線圈；在機(jī)組閥門(mén)嚴(yán)密性不能保證的情況下，機(jī)組誤動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)更大，其最大的風(fēng)險(xiǎn)是機(jī)組超速飛車(chē)。

機(jī)組在投入運(yùn)行之前，對(duì)其閥門(mén)（自動(dòng)主汽門(mén)、調(diào)速汽門(mén)、抽汽逆止門(mén)）嚴(yán)密性必須經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、確認(rèn)，充分保證；即使如此，也不能保證在運(yùn)行過(guò)程中不出現(xiàn)卡澀或遲緩或拒動(dòng)現(xiàn)象。

綜上，機(jī)組閥門(mén)（自動(dòng)主汽門(mén)、調(diào)速汽門(mén)、抽汽逆止門(mén)）嚴(yán)密性難以充分保證，在誤動(dòng)的情況下，難以充分發(fā)揮人的作用，故誤動(dòng)的危害大于拒動(dòng)的危害，兩害相權(quán)取其輕，形成以下原則：

（1）在盡量避免“誤動(dòng)”風(fēng)險(xiǎn)的前提下兼顧降低“拒動(dòng)”風(fēng)險(xiǎn)。

（2）全面衡量，不能為了規(guī)避一種風(fēng)險(xiǎn)而使另一種風(fēng)險(xiǎn)偏高。

3　對(duì)邏輯進(jìn)行優(yōu)化

3.1雙冷水保護(hù)邏輯優(yōu)化方案

從降低“誤動(dòng)”風(fēng)險(xiǎn)的角度考慮，對(duì)各條件進(jìn)行組合，形成局部的“與”邏輯單元，降低“誤動(dòng)”的可能性；

從降低“拒動(dòng)”風(fēng)險(xiǎn)的角度考慮，在各局部的“與”邏輯單元的總出口，一定要采用“或”邏輯關(guān)系，從而形成全局的“或”邏輯單元，降低“拒動(dòng)”的可能性；

綜上，提出CC50機(jī)組雙冷水中斷保護(hù)邏輯兩個(gè)優(yōu)化方案：

方案一：（壓力開(kāi)關(guān)AND轉(zhuǎn)子水流量）OR（壓力開(kāi)關(guān)AND定子水流量）OR（轉(zhuǎn)子水流量AND定子水流量）OR（壓力變送器AND轉(zhuǎn)子水流量）OR（壓力變送器AND定子水流量）

方案一示意圖如圖2所示。

圖2　方案一，雙冷水中斷保護(hù)邏輯示意圖

方案二：壓力開(kāi)關(guān)AND（轉(zhuǎn)子水流量OR定子水流量）OR壓力變送器AND（轉(zhuǎn)子冷卻水OR定子冷卻水）

方案二示意圖如圖3所示。

圖3　方案二，雙冷水中斷保護(hù)邏輯示意圖

3.2雙冷水保護(hù)邏輯方案的比較

全面比較衡量上述方案，“方案一”誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)及拒動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)均較低，故決定選擇“方案一”。該方案的特點(diǎn)：

（1）雙冷水保護(hù)的幾個(gè)條件兩兩組合形成局部“與”邏輯單元，但是考慮到“壓力開(kāi)關(guān)”與“壓力變送器”的信號(hào)取自同一個(gè)表管，為防止誤動(dòng)，這兩個(gè)壓力信號(hào)沒(méi)有形成“與”邏輯單元。

（2）在各局“與”邏輯單元之間采用“或”邏輯關(guān)系，降低“拒動(dòng)”的風(fēng)險(xiǎn)。

4　從分散風(fēng)險(xiǎn)的角度進(jìn)行優(yōu)化

任何設(shè)備無(wú)論多么先進(jìn)都不能保證絕對(duì)可靠，都不能保證不出故障，可是，出現(xiàn)故障并非必然導(dǎo)致事故。對(duì)DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行全面審視、優(yōu)化，將控制信號(hào)分散到更多的機(jī)架、板卡上，從而分散風(fēng)險(xiǎn)，降低誤動(dòng)、拒動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)雙冷水中斷事故，分散風(fēng)險(xiǎn)的具體做法如下：

（1）將雙冷水中斷保護(hù)的4個(gè)條件——壓力開(kāi)關(guān)、壓力變送器、轉(zhuǎn)子水流量、定子水流量分散到不同的模塊上；

（2）冷水泵出口的兩個(gè)壓力開(kāi)關(guān)（其一，壓力低聯(lián)動(dòng)冷水泵的壓力開(kāi)關(guān)；其二，雙冷水中斷發(fā)出壓力保護(hù)信號(hào)的壓力開(kāi)關(guān)）分散到不同的模塊上。

（3）上述保護(hù)信號(hào)分散到不同的模塊上之后，要求熱工人員在處理相關(guān)缺陷，特別是換線時(shí)，切除保護(hù)，以防因24 V電源接地、短路引起保護(hù)誤動(dòng)。

5　從參數(shù)設(shè)置角度進(jìn)行優(yōu)化

CC50機(jī)組雙冷水中斷保護(hù)諸條件參數(shù)如表2。

表2　CC50機(jī)組雙冷水中斷保護(hù)諸條件參數(shù)

由表2可見(jiàn)：作為雙冷水中斷保護(hù)，似乎沒(méi)有必要規(guī)定冷卻水流量的上限？應(yīng)該規(guī)定冷卻水流量的下限？故提出建議：

（1）取消轉(zhuǎn)子冷卻水流量的上限值；

（2）轉(zhuǎn)子冷卻水流量的下限值暫定臆5 t/h。

6　結(jié)論

對(duì)機(jī)組保護(hù)邏輯進(jìn)行優(yōu)化，從邏輯框架、宏觀層面上降低“誤動(dòng)”、“拒動(dòng)”風(fēng)險(xiǎn)；從降低“誤動(dòng)”風(fēng)險(xiǎn)的角度考慮，對(duì)各條件進(jìn)行組合，形成局部的“與”邏輯單元；從降低“拒動(dòng)”風(fēng)險(xiǎn)的角度考慮，在各局部的“與”邏輯單元之間一定要采用“或”邏輯關(guān)系。

將控制信號(hào)分散到更多的機(jī)架、板卡上，從而分散風(fēng)險(xiǎn)，降低誤動(dòng)、拒動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)保護(hù)邏輯的具體參數(shù)進(jìn)行完善，剔除不必要的條件，補(bǔ)充必要的條件。

[參考文獻(xiàn)]

[1]劉桂榮.熱工保護(hù)誤動(dòng)、拒動(dòng)原因淺析及對(duì)策[P]. 2014年全國(guó)冶金企業(yè)熱電專(zhuān)業(yè)年會(huì)論文集.2014年10月版.

Optimization of the Double Cold Water Protection Logic of Power Generators

Wang Jishou1, Wang Changyou2
（1. Measurement and Control Plant of Benxi Steel Plate & Sheet Co., Ltd.; 2. Power Plant of Benxi Steel Plate & Sheet Co., Ltd., Benxi, Liaoning 117021, China）

[Abstract]The double cold water protection logic is discussed with reference to a dou-ble cold water interruption accident in a power generating unit. Optimization principle and program are put forward to reduce unwanted action of double cold water protection and en-sure safe and stable operation of the unit from the aspect of protection logic.

[Keywords]interruption of double cold water protection; unwanted action; failure to op-erate; logic

作者簡(jiǎn)介：汪記收（1974耀）男，畢業(yè)于東北電力學(xué)院生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，工學(xué)學(xué)士學(xué)位，工程師，現(xiàn)從事熱工儀表及DCS系統(tǒng)維護(hù)工作。

收稿日期：2015-06-18

【中圖分類(lèi)號(hào)】TM31

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【文章編號(hào)】1006-6764（2015）10-0055-04