陳憲科

（山東豐源通達(dá)電力有限公司，山東 棗莊 277300）

溫度保護(hù)在DCS系統(tǒng)中的應(yīng)用

陳憲科

（山東豐源通達(dá)電力有限公司，山東 棗莊 277300）

本文主要論述山東豐源通達(dá)電力有限公司汽輪機(jī)溫度測(cè)量及保護(hù)的逐步完善和改造。

DCS系統(tǒng)；溫度測(cè)量；溫度保護(hù)；技術(shù)改造

溫度作為發(fā)電廠設(shè)備狀態(tài)的重要參數(shù)之一，從鍋爐燃燒到每臺(tái)輔機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，從鍋爐汽水系統(tǒng)到推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電運(yùn)行，從變壓器到各配電裝置，溫度測(cè)量滲透到發(fā)電廠的每個(gè)角落，可以說(shuō)是發(fā)電廠最普遍存在的參數(shù)。如今在火力發(fā)電行業(yè)，從大到百萬(wàn)級(jí)發(fā)電機(jī)組到地方煤矸石熱電廠，各種余熱發(fā)電、生物質(zhì)燃料發(fā)電廠，垃圾焚燒發(fā)電廠等的生產(chǎn)過(guò)程中，DCS技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。

1 溫度測(cè)量的使用

在DCS系統(tǒng)中，熱工測(cè)點(diǎn)(流量、壓力、溫度等)參數(shù)已不僅僅只用于監(jiān)視，已被運(yùn)用到保護(hù)回路及自動(dòng)控制系統(tǒng)中。如主蒸汽溫度調(diào)節(jié)控制回路，引入主蒸汽出口集箱溫度作為主調(diào)節(jié)信號(hào)，在Ⅱ級(jí)減溫水控制中要控制減溫集箱出口汽溫，還引入了導(dǎo)前汽溫、二級(jí)減溫水后溫度來(lái)共同控制減溫水閥門(mén)的開(kāi)度等等。在保護(hù)系統(tǒng)中，主機(jī)及其他的重要輔機(jī)的保護(hù)、聯(lián)鎖回路等，溫度測(cè)點(diǎn)的使用同樣廣泛，如給水泵軸承溫度高聯(lián)鎖跳閘，爐前皮帶給煤機(jī)落煤口溫度高聯(lián)鎖關(guān)閉防火門(mén)停運(yùn)給煤機(jī)，以及汽輪機(jī)軸瓦、推力瓦、回油溫度高保護(hù)聯(lián)跳停機(jī)等等。在現(xiàn)場(chǎng)眾多的溫度測(cè)量中，保護(hù)、自動(dòng)控制系統(tǒng)中占50%左右，所以現(xiàn)場(chǎng)溫度的測(cè)量尤為重要。

但是在溫度的測(cè)量中面對(duì)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的情況，測(cè)量故障時(shí)有發(fā)生，導(dǎo)致設(shè)備聯(lián)鎖保護(hù)的誤動(dòng)，對(duì)機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行、企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益、職工勞動(dòng)強(qiáng)度都造成非常壞的影響。筆者通過(guò)對(duì)DCS系統(tǒng)內(nèi)置計(jì)算塊的組態(tài)、功能塊的組合，通過(guò)優(yōu)化控制邏輯，對(duì)汽輪機(jī)溫度保護(hù)進(jìn)行了逐步完善。

2 原有方案

汽輪機(jī)是各熱電廠的主機(jī)之一，其中一個(gè)重要保護(hù)就是汽輪機(jī)軸瓦、推力瓦、回油溫度高高聯(lián)跳停機(jī)保護(hù)。軸瓦溫度是汽輪機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)械的一個(gè)重要參數(shù)，運(yùn)行中，如果軸瓦溫度發(fā)生異常升高，則說(shuō)明潤(rùn)滑系統(tǒng)或者機(jī)械部分產(chǎn)生了故障。當(dāng)軸瓦溫度升高到高值時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒運(yùn)行人員注意并采取相應(yīng)措施處理。如果處理后溫度還是沒(méi)有得到控制，當(dāng)溫度升高到高高值時(shí)，保護(hù)系統(tǒng)發(fā)出停機(jī)信號(hào)，停止設(shè)備運(yùn)行，從而保護(hù)設(shè)備。

我公司在1#汽輪機(jī)保護(hù)改造前，采用外置油杯插入電接點(diǎn)溫度表進(jìn)行測(cè)量，其汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)采用繼電器搭建（因其自動(dòng)化程度較低，各軸瓦、推力瓦溫度未進(jìn)入保護(hù)系統(tǒng)，用回油溫度代替軸瓦溫度）。如果越限，輸出繼電器將觸發(fā)信號(hào)送給保護(hù)系統(tǒng)，由保護(hù)系統(tǒng)聯(lián)鎖動(dòng)作。但是在回油溫度測(cè)量上，因油杯高出軸承座，油杯通流孔較小、且上部密封嚴(yán)密，潤(rùn)滑油壓本身較低，六個(gè)測(cè)量油杯（推力瓦回油兩支）只有推力瓦回油和1#軸瓦回油能見(jiàn)到油，其余四支均不能正常上油，導(dǎo)致其測(cè)量值不能反映真實(shí)的回油溫度的同時(shí)變成測(cè)量的環(huán)境溫度，更無(wú)法反映軸瓦溫度的變化。

因此為保證機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，技術(shù)升級(jí)改造勢(shì)在必行。

3 優(yōu)化方案

為解決不能真實(shí)測(cè)量回油溫度的隱患，我廠首先采用測(cè)量軸瓦溫度的同類(lèi)型的PT100熱電阻探頭安裝于回油油道，并把信號(hào)接入DCS通道。通過(guò)組態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)和流程圖把溫度值顯示在監(jiān)控畫(huà)面的同時(shí)，通過(guò)編寫(xiě)控制邏輯連同軸瓦溫度通過(guò)比較模塊、或邏輯、聯(lián)鎖投切選擇、與邏輯輸出DO點(diǎn)，通過(guò)繼電器接入保護(hù)系統(tǒng)。溫度高高時(shí)通過(guò)輸出閉合節(jié)點(diǎn)，聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作聯(lián)跳汽輪機(jī)。

考慮到熱電阻測(cè)量斷線(xiàn)是較為常見(jiàn)的一個(gè)故障，且熱電阻斷線(xiàn)后其輸出電阻是無(wú)窮大的，從而造成測(cè)量值高于高高值，就有保護(hù)誤動(dòng)的可能。經(jīng)了解查閱相關(guān)資料，由于現(xiàn)場(chǎng)一次元件斷線(xiàn)而造成的誤動(dòng)屢有發(fā)生，嚴(yán)重威脅機(jī)組的安全運(yùn)行。

改造過(guò)程中，為了排除這種由于測(cè)量回路斷線(xiàn)而造成的保護(hù)誤動(dòng)的可能，我們對(duì)保護(hù)回路進(jìn)行了優(yōu)化：在與邏輯塊引入了“測(cè)量值BAD”這一參數(shù)，該參數(shù)初始狀態(tài)為“1”，設(shè)定當(dāng)測(cè)量值高量程超限時(shí)，該參數(shù)置為“0”，封鎖回路輸出。但在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，由于“高高值”大部分情況先于“BAD”發(fā)出，說(shuō)明回路的缺陷很明顯。為此我們?cè)黾恿艘粋€(gè)速率模塊，該功能塊用于監(jiān)視測(cè)量值的變化速率，當(dāng)測(cè)量值的變化速率超出或低于設(shè)定的變化速率時(shí)發(fā)出“速率大”、“速率小”信號(hào)。由于測(cè)量值斷線(xiàn)后的上升速率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于溫度正常變化的速率，把設(shè)定的變化速率放在一個(gè)適當(dāng)?shù)奈恢?，就可以鑒別測(cè)量值的上升是否真實(shí)。邏輯方案如圖1所示。

圖1

當(dāng)一次元件斷線(xiàn)或其他原因造成測(cè)量值上升時(shí)，先是由“速率大”信號(hào)取反去閉鎖高高值停機(jī)信號(hào)，當(dāng)測(cè)量值上升至超過(guò)設(shè)定量程后，則由“BAD”信號(hào)去閉鎖高高值停機(jī)信號(hào)，從而有效地避免了保護(hù)誤動(dòng)。當(dāng)測(cè)量值由于被測(cè)點(diǎn)溫度上升而達(dá)到高高值時(shí)，由于沒(méi)有“速率大”“BAD”信號(hào)，保護(hù)正常動(dòng)作。由此可見(jiàn)，采用優(yōu)化后的邏輯能有效避免由于一次元件斷線(xiàn)而造成的保護(hù)誤動(dòng)。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn)，達(dá)到預(yù)期效果。

4 改進(jìn)優(yōu)化

機(jī)組改造后，#1機(jī)組又發(fā)生了一次軸瓦溫度高高保護(hù)誤動(dòng)停機(jī)事故。根據(jù)測(cè)點(diǎn)曲線(xiàn)圖分析，發(fā)現(xiàn)測(cè)量值開(kāi)始時(shí)候比較穩(wěn)定，瞬間測(cè)量值快速地變動(dòng)，變動(dòng)幅度不大，然后測(cè)量值在偏差值附近又恢復(fù)穩(wěn)定，并且維持，穩(wěn)定在高高值和上限之間緩慢變化至高高值導(dǎo)致誤動(dòng)。

經(jīng)過(guò)分析認(rèn)為，由于我公司投產(chǎn)至今已經(jīng)10多年了，熱電阻元件采用的是航空插頭與電纜連接，有時(shí)侯由于現(xiàn)場(chǎng)震動(dòng)、時(shí)間長(zhǎng)接觸點(diǎn)老化等原因，會(huì)造成接觸不良現(xiàn)象，從而產(chǎn)生接觸電阻，造成測(cè)量值的偏差。

那些由于接觸不良后引起的測(cè)量值偏差現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)在某一時(shí)間段內(nèi)主要有以下兩種故障現(xiàn)象，一種現(xiàn)象是測(cè)量值開(kāi)始時(shí)比較穩(wěn)定，當(dāng)接觸不好產(chǎn)生接觸電阻后，測(cè)量值不?？焖俚貋?lái)回變動(dòng)，甚至有時(shí)候會(huì)超量程設(shè)定。另一種現(xiàn)象就是上面1#機(jī)誤動(dòng)時(shí)的現(xiàn)象。第一種現(xiàn)象發(fā)生后,由于測(cè)量值是不?？焖賮?lái)回變動(dòng)，還是可以通過(guò)“速率大”信號(hào)來(lái)避免保護(hù)誤動(dòng)。所以，要針對(duì)第二種現(xiàn)象對(duì)原有方案做進(jìn)一步優(yōu)化。

進(jìn)一步優(yōu)化后的邏輯如圖2所示。

根據(jù)邏輯可見(jiàn),當(dāng)測(cè)量值由于斷線(xiàn)或接觸不良等原因非正常上升達(dá)到高高值后，“測(cè)量值變化速率大”信號(hào)發(fā)出并保持，通過(guò)信號(hào)取反與邏輯閉鎖了“溫度高高停機(jī)”信號(hào)，避免了保護(hù)誤動(dòng)。當(dāng)故障維修消除后，測(cè)量值恢復(fù)到正常(一定高高值以下，否則會(huì)發(fā)出信號(hào))，則通過(guò)RS觸發(fā)器的R端復(fù)歸掉“測(cè)量值變化速率大”信號(hào)，從而保障保護(hù)的正確動(dòng)作。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn)及一段時(shí)間的運(yùn)行，#1機(jī)組溫度高高保護(hù)未誤動(dòng)。此后，又將此邏輯改進(jìn)推廣到2～5#機(jī)保護(hù)回路中，至今投用情況良好。此項(xiàng)改造可以推廣至DCS系統(tǒng)中所有溫度參與的保護(hù)、調(diào)節(jié)回路中，為保障設(shè)備的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了保障。

圖2

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)1#汽輪機(jī)溫度高高停機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的改造，提高了公司汽輪機(jī)軸瓦溫度高高停機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的可靠性，保障了機(jī)組的安全運(yùn)行。同時(shí)通過(guò)兩次改進(jìn)過(guò)程中對(duì)DCS系統(tǒng)的操作，提高了DCS系統(tǒng)的熟悉程度，鍛煉了業(yè)務(wù)技能。

TM762

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1671-0711（2017）09（上）-0141-02