辛 巖,徐 兵,張秋慧,周 博
(1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院,遼寧 沈陽 110006;2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司檢修公司,遼寧 沈陽 110006;3. 國網(wǎng)沈陽供電公司,遼寧 沈陽 110003)
目前發(fā)電企業(yè)已進入大機組、高參數(shù)、高自動化階段[1],單元火力發(fā)電機組的設(shè)計中,大都采用DCS來完成MFT功能,隨著DCS系統(tǒng)不斷成熟與完善,為MFT的實現(xiàn)提供了可靠的保障,在實際的調(diào)試運行過程中,當出現(xiàn)危險情況時,MFT系統(tǒng)能及時動作,切斷主燃料并且動作相關(guān)設(shè)備,這種典型的MFT系統(tǒng)可以有效實現(xiàn)對鍋爐的保護[2]。MFT動作將快速切斷所有進入爐膛的燃料,即切斷所有煤或者油的輸入,并送信號給其他設(shè)備,以保證鍋爐的安全,避免事故的發(fā)生或限制事故進一步擴大[3]。
現(xiàn)代大型火電機組大多設(shè)有MFT保護,并且采用DCS控制邏輯及硬跳閘回路2路保護設(shè)置,只要其中任何一路保護動作,MFT保護功能就會動作,保證機組快速安全停止,保護機組安全。但由于機組投運的時間不同,機組型號的不同,以及機組DCS控制設(shè)備不同,導(dǎo)致MFT設(shè)置不盡相同,有些甚至設(shè)置錯誤,無法保證機組安全。本文通過分析不同電廠MFT設(shè)置,根據(jù)規(guī)程的要求,闡述MFT軟件及硬件的合理設(shè)置方式。
現(xiàn)代大型火電機組通常采用軟件與硬件2套保護設(shè)置,當其中任何一路動作時,其保護功能就應(yīng)該動作。軟件設(shè)置通常由DCS控制邏輯實現(xiàn),DCS控制系統(tǒng)通過對不同信號的處理,設(shè)置必要的跳閘條件,當其中任一跳閘條件滿足時,MFT就應(yīng)動作,其動作信號通過DCS控制邏輯,采用DCS內(nèi)部通信或者盤間硬接線的方式來觸發(fā)相應(yīng)的設(shè)備跳閘,并輸出MFT跳閘信號。硬件設(shè)置通常采用硬跳閘繼電器柜來實現(xiàn),觸發(fā)硬跳閘柜動作的信號一般有3個:DCS發(fā)出的MFT跳閘信號、手動MFT信號、FSSS主保護控制柜失電信號,當任何一個信號滿足時,硬跳閘柜觸發(fā)動作,并通過硬跳閘柜的繼電器輸出,停止或關(guān)閉相關(guān)的設(shè)備,實現(xiàn)MFT保護功能。這樣的設(shè)置既能保證機組在失去硬跳閘柜時,能通過DCS控制邏輯實現(xiàn)跳閘功能,又能保證在失去FSSS主保護控制時,通過運行手動跳閘按鈕觸發(fā)硬跳閘繼電器柜動作,實現(xiàn)保護功能,保證2套設(shè)置彼此獨立又相互聯(lián)系,確保MFT跳閘功能的可靠性,為機組安全提供保障。
對不同機組,由于機組型號不同,點火方式不同,其MFT控制跳閘邏輯也不相同,但對于大多數(shù)機組而言,其跳閘條件至少包括以下幾種保護。
a. 手動停爐按扭。
b. 全爐膛火焰喪失。
c. 爐膛壓力過高/過低。
d. 汽包水位過高/過低(汽包爐)。
e. 給水泵全停或給水流量過低(直流爐)。
f. 全部送風(fēng)機停運。
g. 全部引風(fēng)機停運。
h. 煤粉燃燒器投運時,全部一次風(fēng)機停運(中速磨制粉系統(tǒng))。
i. 燃料全部中斷。
j. 總風(fēng)量過低。
k. 脫硫跳閘。
針對上述必要條件,在DCS控制邏輯中合理設(shè)置跳閘條件。
a. 手動停爐按扭。運行人員通過按下操作盤的兩個MFT動作按鈕來實現(xiàn)跳閘功能,其控制邏輯如圖1。
圖1 手動停爐按扭邏輯圖
b. 全爐膛火焰喪失。在鍋爐點火之后,若火檢火焰全部喪失,則發(fā)出跳閘信號,其控制邏輯中全部油火焰無火如圖2所示,全部煤火焰無火如圖3所示,失去全部火焰如圖4所示。
圖2 全部油火焰無火邏輯圖
圖3 全部煤火焰無火邏輯圖
圖4 全部火焰無火邏輯圖
c. 全部送風(fēng)機停運。當全部送風(fēng)機停止時,觸發(fā)MFT跳閘,控制邏輯如圖5所示。
圖5 全部送風(fēng)機停運邏輯圖
d. 爐膛壓力過高。當爐膛壓力過高時,觸發(fā)MFT跳閘,控制邏輯如圖6所示。
圖6 爐膛壓力過高邏輯圖
e. 燃料全部中斷。在鍋爐點火之后,若煤層和油層燃料全部喪失,則發(fā)出跳閘信號,其控制邏輯如圖7所示。
圖7 燃料全部中斷邏輯圖
根據(jù)規(guī)程要求,鍋爐MFT發(fā)生后,必須經(jīng)爐膛吹掃后,方可進行鍋爐點火。并可保證當DCS完全失靈后,仍能滿足上述要求。因此,對MFT跳閘控制邏輯的硬接線回路及其相應(yīng)的控制邏輯,應(yīng)滿足如下要求。
a. DO通道的設(shè)置。3個DO點應(yīng)分別位于3個DO卡件中,且盡可能在不同的分支或框架內(nèi),以保證冗余的可靠性。
b. 硬接線控制邏輯的設(shè)置。能保證當DCS失靈(死機)后,當手動緊急停爐按扭指令發(fā)出后,跳閘繼電器可實現(xiàn)自保持。
典型的硬回路原理如圖8所示。
圖8 MFT硬回路原理圖
需要注意的是,MFT動作后,其跳閘繼電器至少必須保證要有3 min的合閘狀態(tài),以保證跳閘后的所有聯(lián)鎖被可靠執(zhí)行。另外,為滿足機組檢修時的需要,在必要時人工復(fù)位硬跳閘柜,保證設(shè)備能夠正常調(diào)試。為實現(xiàn)上述功能,有2種設(shè)置方式。第1種是利用繼電器回路實現(xiàn)自保持,在回路中增加自保持繼電器或者輸出繼電器選擇帶復(fù)位功能的繼電器,當觸發(fā)MFT的信號發(fā)出時,硬跳閘柜動作并且實現(xiàn)自保持,只有復(fù)位信號且無跳閘信號時,硬跳閘柜復(fù)位,在檢修時,可以人工進行復(fù)位,滿足調(diào)試的要求。另一種是硬跳閘柜不能實現(xiàn)自保持,這樣必須保證觸發(fā)硬跳閘柜的信號至少保持3 min,保證跳閘設(shè)備能夠正確跳閘,3 min后自動復(fù)位。
復(fù)位指令的設(shè)置:對于帶自保持功能的硬跳閘柜,其復(fù)位指令必須由DCS發(fā)出“吹掃完成”信號后才能復(fù)位,如圖9所示。但在檢修時,需要進行人工復(fù)位,這樣就需要必要的按鈕或者人為短接復(fù)位節(jié)點來實現(xiàn)復(fù)位功能。
圖9 MFT復(fù)位邏輯圖
a. 信號的選取要采用冗余的原則,既要信號測點數(shù)量冗余,又要保證信號測點的通道冗余。例如,全部送風(fēng)機全停或全部引風(fēng)機全停,早期的機組只選擇風(fēng)機的停止信號“與”的方式作為保護輸出,一旦因為電氣原因或者測點接線松動,極易造成信號無法發(fā)出,導(dǎo)致保護拒動。合理的設(shè)置方式是選擇風(fēng)機的停止信號、風(fēng)機運行信號的“非”、風(fēng)機的電流低信號,這3個信號進行三取二作為保護輸出,這樣的設(shè)置保證了信號的冗余性,有效保證了保護的拒動和誤動的合理性。
b. MFT控制邏輯總出口要用到RS觸發(fā)器,其功能必須要設(shè)置為S端優(yōu)先的觸發(fā)器。若用R端優(yōu)先的觸發(fā)器,會導(dǎo)致復(fù)位信號優(yōu)先于置位端,在一些特殊情況下會導(dǎo)致MFT沒有進行實際的吹掃就復(fù)位,這是不符合要求的,設(shè)置為S端優(yōu)先,就會避免這樣的問題,保證在有跳閘條件的情況下不會復(fù)位MFT跳閘指令。
c. MFT復(fù)位信號必須是吹掃完成信號,或者吹掃完成“與”人工復(fù)位信號。機組發(fā)生MFT跳閘后,管道內(nèi)有殘存的可燃物,MFT不通過人工吹掃而人工直接復(fù)位,極端情況下會導(dǎo)致機組爆燃,對機組的安全造成極大的威脅。另外,規(guī)程上也有明確的要求,必須進行吹掃后進行復(fù)位。
a. 觸發(fā)信號只選取DCS控制邏輯中MFT跳閘信號輸出。這種設(shè)置方式,只有在DCS控制邏輯正常的情況下才能起作用,當DCS中的FSSS控制柜失電或者故障,硬跳閘柜將失去作用,無法滿足硬件與軟件相對獨立的原則。要增加FSSS控制柜失電和運行MFT操作按鈕這2個信號,保證在DCS失靈或者失電的情況下,運行人員可進行人為干預(yù),保證在極端情況下仍能實現(xiàn)MFT跳閘功能。
b. 硬跳閘柜電源要設(shè)置合理。硬跳閘柜一般采用1套硬件跳閘2路冗余電源,或者2套硬件跳閘2路冗余電源的配置方式,電源一般選擇220 V交流電或110 V直流電。不管用哪種方式,必須保證不能因為1路電源失電而導(dǎo)致跳閘功能失靈。對于1套硬件跳閘2路冗余電源的配置,可以讓電源冗余,只要任一1路電源正常就能保證硬跳閘柜正常動作;對于2套硬件跳閘2路冗余電源的配置,可以讓其中1路電源為其中1套硬件供電,另外1套電源對應(yīng)另外1套的設(shè)置方式。
c. 硬跳閘柜應(yīng)選擇帶電跳閘方式。若選擇失電跳閘方式,一旦硬跳閘柜失電就會導(dǎo)致MFT動作,機組誤動,對機組的安全運行造成威脅。選擇帶電跳閘,硬跳閘柜失電后DCS控制邏輯還在起作用,不會失去MFT保護功能,所以帶電跳閘更為合理。
圖10 MFT保護畫面
MFT保護畫面要簡要明確,其中要包括以下幾個內(nèi)容。
a. 保護跳閘條件的當前動作狀態(tài)。
b. 保護跳閘條件投切狀態(tài)。
c. 保護跳閘條件保護首出狀態(tài)。
d. MFT總輸出狀態(tài)。
e. 硬跳閘柜當前動作狀態(tài)。
f. 硬跳閘柜電源狀態(tài)。
圖10為某電廠MFT保護畫面。
機組安全性是系統(tǒng)在運行過程中表現(xiàn)出來的一種特性[4],MFT保護作為機組的主保護,必須要合理設(shè)置,要在DCS控制軟件及硬跳閘柜2個方面進行檢查,保證其功能的完善性和設(shè)置的合理性,這樣才能保證機組的安全穩(wěn)定運行[5]。
[1] 蔣大偉,于龍斌. 汽輪發(fā)電機安全運行極限圖繪制方法[J]. 東北電力技術(shù),2016,37(7):9-10.
[2] 劉文豐,尋 歡. 火電機組主保護硬回路典型設(shè)計及可靠性分析[J]. 中國電力,2013,17(2):29-30.
[3] 董勝元. 國華滄電二期超臨界機組鍋爐MFT系統(tǒng)可靠性分析[J]. 電站系統(tǒng)工程,2012,31(20):38-39.
[4] 蔡 幟,戴 賽,趙 昆. 未來國內(nèi)電網(wǎng)調(diào)度與控制模式展望[J]. 東北電力技術(shù),2016,37(8):1-2.
[5] 王 禮,劉國華,揭其良. 超超臨界燃煤機組AGC及一次調(diào)頻優(yōu)化[J]. 東北電力技術(shù),2015,36(7):1-2.