郭 琳，魏 靜

（1.徐州生物工程職業(yè)技術學院，河南 徐州 250013；2.山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南 250013）

0 引言

鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（Furnace Safeguard Supervisory System，FSSS），是火電機組分散控制系統(tǒng)（DCS）的一個重要組成部分，起著鍋爐安全監(jiān)控和保護的重要作用，一旦有危及鍋爐安全運行的工況發(fā)生，FSSS能快速輸出跳閘指令，切斷進入爐膛的燃料，避免鍋爐發(fā)生爆炸等惡性事故。總燃料跳閘（Master Fuel Trip，MFT） 是 FSSS 的核心功能，MFT跳閘回路的設計，在FSSS設計中極為重要，如果其拒動或誤動，都會對鍋爐及其輔助設備的安全造成重大影響。

為確保MFT跳閘回路的可靠性，主流FSSS設計方案中，均采用軟邏輯跳閘回路與后備跳閘硬回路兩套回路并行工作的設計原則。軟回路由DCS中的FSSS控制器邏輯程序判斷后，輸出指令直接動作設備。硬回路跳閘則是指由FSSS輸出控制MFT跳閘繼電器組的跳閘硬回路動作設備，在緊急情況下由后備手動按鈕觸發(fā)跳閘硬回路，驅動相關跳閘對象實現停爐。上述MFT軟硬跳閘回路且應按互相冗余考慮，當其中一個回路失效時，另一個回路能及時安全地停止機組運行。實際應用中，為進一步提高MFT跳閘硬回路的可靠性，FSSS一般都設計為兩路冗余的MFT跳閘硬回路。這兩路跳閘硬回路的工作原理完全相同，工作回路完全獨立，任意一路發(fā)生動作即導致鍋爐跳閘。

本文針對典型MFT硬回路的工作原理和故障情況，對MFT跳閘硬回路可靠性進行分析，為機組跳閘硬回路的設計提供借鑒。

1 鍋爐跳閘硬回路的電源配置

1.1 電源類型選擇

考慮到MFT軟邏輯跳閘回路與跳閘硬回路的冗余性，這兩套MFT跳閘回路的電源等級設計也是獨立的，電壓等級一般是不同的，且每個回路的電源均采用冗余電源供電，任一路電源喪失或恢復時不應誤發(fā)動作指令。軟邏輯跳閘回路采用220 VAC UPS電源即DCS系統(tǒng)電源，而跳閘硬回路一般采用110 VDC 或 220 VDC 電源［1］。

1.2 電源可靠性配置

MFT跳閘硬回路常采用兩路直流電源經二極管并列運行的饋電系統(tǒng)，兩路電源的正極分別串接了一個二極管，負極也分別串聯了一個與正極反向的二極管，經二極管自動高選后輸出一路，如圖1所示。根據二極管工作特性，正常情況下，兩路直流電源始終有一路處于饋電工作狀態(tài)，當此路電源出現故障，另一路電源經二極管迅速導通進入工作狀態(tài)。兩路直流電源通過二極管切換回路耦合實現互為冗余，保證MFT跳閘硬回路工作電源的不間斷。

圖1 MFT跳閘回路電源配置圖

上述直流電源配置方案中，只要當前用電回路發(fā)生直流接地故障，另一路也會接地，兩路直流系統(tǒng)會同時接地，系統(tǒng)電源有全部喪失的風險。顯然，這樣設計并沒有實現兩路電源真正的互為備用，易造成整個跳閘回路直流供電系統(tǒng)癱瘓，嚴重威脅機組的安全運行。二極管隔離在電氣上不屬于物理隔離，二極管切換回路耦合的直流電源結構，兩路直流電源沒有完全獨立，并未實現真正隔離和閉鎖。如果二極管發(fā)生故障被擊穿，兩路直流電源將直接并接形成環(huán)路，兩段母線直接并聯運行，有可能導致兩路直流電源同時被拉垮，甚至有可能會危及電氣側直流屏長期穩(wěn)定運行，機組運行存在極大的安全隱患［2］。

如何使兩路直流電源徹底實現物理隔離，是提高直流供電可靠性的關鍵。MFT跳閘回路的直流電源設計，應取消二極管，把兩路直流電源徹底分開。兩套獨立的110 VDC或220 VDC電源，分別為兩組MFT跳閘繼電器回路獨立供電，每一路直流電源配置一只電源監(jiān)視繼電器，繼電器接點送DCS進行監(jiān)視報警。采用2路直流電源分別對2套MFT跳閘硬回路獨立供電，減少了電源切換裝置這一故障點，避免了電源切換裝置故障造成電源回路故障的隱患，這種設計的直流電源系統(tǒng)更具獨立性、安全性，控制回路的可靠性更高。

2 鍋爐跳閘硬回路工作原理

鍋爐跳閘硬回路主要包括MFT跳閘繼電器、DCS輸出MFT繼電器和跳閘繼電器至被跳設備3個動作回路［3］。鍋爐跳閘硬回路的設計通常有得電跳閘和失電跳閘兩種方案。得電跳閘，即MFT指令使MFT跳閘繼電器線圈帶電，驅動現場相關設備實現跳閘。失電跳閘，在機組正常運行時，MFT跳閘繼電器線圈處于常帶電狀態(tài)；機組發(fā)生跳閘時，MFT跳閘繼電器線圈失電，相關設備跳閘動作。這兩種方案的可靠性有所差異，下面對MFT回路的動作原理進行詳細分析。

2.1 得電動作硬回路

得電跳閘硬回路設計，以接通回路電源進行跳閘為設計思想。MFT跳閘回路得電動作回路示意圖如圖2所示。回路中，DCS輸出MFT繼電器觸點與手動MFT按鈕觸點并聯。其中，2個手動MFT按鈕觸點串聯，DCS輸出6個MFT動作的指令信號至6個MFT繼電器，這6個繼電器分別組成兩個3取2表決回路，DCS輸出MFT繼電器可選擇帶電或失電動作［4］。機組正常運行時，MFT跳閘繼電器處于斷電狀態(tài)。

圖2 MFT得電動作的硬回路示意圖

DCS輸出MFT繼電器采用帶電跳閘方案時，上述回路中作3取2的MFT繼電器觸點采用常開觸點。機組有觸發(fā)MFT動作的信號出現時，MFT繼電器線圈帶電，其對應的常開觸點閉合，驅動MFT跳閘繼電器線圈帶電動作，其接入相關設備跳閘回路的常開接點閉合，實現跳閘。

DCS輸出MFT繼電器采用失電跳閘方案時，回路中的MFT繼電器觸點采用常閉觸點。當機組正常運行時，DCS側的3個MFT繼電器線圈帶電，DCS DO指令表征機組未發(fā)生MFT，其對應的常閉觸點斷開，MFT跳閘繼電器線圈處于失電狀態(tài)，相關設備跳閘回路不接通，設備正常運行。發(fā)生MFT時，MFT繼電器線圈失電，其對應的常閉觸點閉合，驅動MFT跳閘繼電器線圈得電動作，其常開接點閉合，驅動相關設備實現跳閘。

2.2 失電動作硬回路

失電跳閘硬回路設計，以斷開回路電源進行跳閘為設計思想。MFT跳閘回路失電動作回路示意圖如圖3所示?；芈分?，DCS輸出MFT繼電器觸點與手動MFT按鈕觸點串聯。其中，2個手動MFT按鈕觸點并聯，DCS輸出MFT動作信號至6個MFT動作繼電器，將每3個繼電器一組，觸點分別構成3取2動作回路，DCS輸出MFT繼電器也可選擇帶電或失電動作［4］。機組正常運行時，MFT跳閘繼電器長期帶電。

圖3 MFT失電動作的硬回路示意圖

DCS輸出MFT繼電器采用帶電跳閘方案中，回路中作3取2的MFT繼電器觸點采用常閉觸點。機組發(fā)生MFT時，DCS側的MFT繼電器線圈帶電，其對應的常閉觸點斷開，MFT跳閘繼電器線圈失電，其常閉接點驅動相關設備實現跳閘。

DCS輸出MFT繼電器采用失電跳閘方案中，MFT繼電器觸點采用常開觸點，DCS DO指令表征未發(fā)生MFT。機組正常運行時，該繼電器線圈帶電，其對應的常開觸點閉合，MFT跳閘繼電器線圈處于得電狀態(tài)，其常閉接點斷開，相關設備跳閘回路不接通，設備正常運行。發(fā)生MFT時，MFT繼電器線圈失電，其對應的常開觸點斷開，MFT跳閘繼電器線圈失電，其接入相關設備跳閘回路的常閉接點閉合，實現跳閘。

3 可靠性分析

MFT跳閘繼電器采用失電動作設計，且DCS輸出MFT繼電器采用失電動作方式，MFT跳閘硬回路電源、DCS電源失去或跳閘回路中任何一點接觸不良均會導致MFT誤動作。因此，對于MFT跳閘硬回路采用失電跳閘的設計，DCS輸出MFT繼電器宜采用帶電動作方式，以避免DCS電源失去或DCS側接線松動引起的MFT誤動。失電跳閘方案，MFT跳閘繼電器線圈長期帶電工作，繼電器線圈的壽命和彈簧觸點工作的可靠性、穩(wěn)定性存在不確定因素，實際應用中，不宜采用失電跳閘方案。

由于實際應用中，雙路直流電源分別對冗余的跳閘硬回路分別獨立供電非?？煽?。在此前提下，MFT跳閘繼電器采用得電跳閘方式相對更可靠，但也應采取相關改進措施，以避免電源失去造成的拒動。MFT跳閘硬回路采用得電跳閘設計，可以避免失電跳閘方案中系統(tǒng)失電造成的MFT誤動作。若DCS輸出MFT繼電器也采用得電動作方式，DCS電源或MFT跳閘硬回路電源失去均不會導致MFT誤動。DCS電源失去時，可通過手動按鈕觸發(fā)MFT跳閘硬回路實現跳閘。對于MFT跳閘硬回路采用得電跳閘的設計，雙按鈕常開觸點串聯后，除了一副接點送入DCS SOE（事故追憶）之外，必須同時設計一副雙按鈕常開觸點串聯后的接點送入DCS，通過軟邏輯觸發(fā)MFT。這樣，當MFT跳閘硬回路失電失效時，可通過手動按鈕觸發(fā)DCS控制邏輯實現跳閘。對于MFT跳閘硬回路采用得電跳閘的設計，若用戶需要DCS控制器故障或DO卡件故障時，仍希望自動觸發(fā)MFT跳閘回路，DCS輸出MFT繼電器應采用失電動作方式。

另外，MFT跳閘繼電器宜采用具有手動跳閘的功能的繼電器，當DCS電源與MFT跳閘硬回路電源同時失去時，MFT軟硬跳閘回路都將拒動，系統(tǒng)處于失控狀態(tài)，運行人員可通過手動扳動MFT跳閘繼電器把手至跳閘位，實現跳閘。

4 結束語

鍋爐MFT跳閘硬回路得電跳閘和失電跳閘兩種方案的可靠性有所差異，合理設計MFT跳閘硬回路，能有效降低因保護回路故障引起拒動、誤動的風險，保障機組的安全、可靠運行。對于追求“拒絕非?！币蟮陌l(fā)電企業(yè)，由于失電跳閘方案中的繼電器長期帶電工作或回路故障易導致MFT誤動。因此，在跳閘回路電源系統(tǒng)設計可靠的前提下，宜采用得電跳閘的方案，并應完善相關設計方案，在確保MFT不誤動的前提下，盡可能地降低MFT拒動的可能性。通過本文對鍋爐兩種跳閘硬回路安全可靠性分析，旨在為發(fā)電企業(yè)MFT跳閘硬回路的設計或改造提供有益的借鑒。

［1］國家能源局.火力發(fā)電廠熱工保護系統(tǒng)設計技術規(guī)定：DL／T 5428—2009［S］.北京：中國電力出版社，2009.

［2］劉永紅.鍋爐MFT硬繼電器回路可靠性分析與改造［J］.陜西電力，2010，38（3）：55-57.

［3］靳允立.大機組MFT硬跳閘回路設計分析［J］.熱力發(fā)電，2010，39（11）：73-76.

［4］劉文豐，尋新，劉紅旭.火電機組主保護硬回路典型設計及可靠性淺析［J］.熱力發(fā)電，2013，42（10）：16-20.