方國春，張騰宇，唐 堂

(大唐東北電力試驗研究院有限公司，吉林 長春 130102)

火力發(fā)電過程中涉及的工藝參數(shù)主要包括溫度、壓力、流量、液位(料位)等，信號采集的準(zhǔn)確性往往影響系統(tǒng)運行的可靠性，保護(hù)系統(tǒng)在明確保護(hù)定值的情況下，如果參數(shù)一旦越限，保護(hù)會立即動作或延時一定時間后動作，進(jìn)而引起一系列聯(lián)鎖動作。現(xiàn)場設(shè)備尤其涉及到單點保護(hù)邏輯的，對于信號的準(zhǔn)確性必須進(jìn)行可靠判斷，有效甄別信號干擾，才能避免信號誤動[1]。

受現(xiàn)場設(shè)備運行環(huán)境因素影響，信號采集存在系統(tǒng)內(nèi)擾、電源干擾、傳導(dǎo)干擾、接地干擾、輻射干擾5種干擾因素[2]。本文主要分析DCS系統(tǒng)接地方式對模擬量信號的影響。

1 存在問題

某電廠2019年6月30日1號機(jī)組汽動給水泵(汽泵)傳動端徑向軸承溫度測點具體變化趨勢見表1。

表1 溫度變化趨勢 單位：℃

6月30日07：46：12，“汽泵徑向軸承溫度>95 ℃”保護(hù)動作，集控光字盤發(fā)出“1號機(jī)組鍋爐MFT動作”，機(jī)組跳閘，首出為“給水泵全?！?，小機(jī)METS首出“小機(jī)軸瓦溫度高停機(jī)”，事故發(fā)生過程曲線如圖1所示。

圖1 MFT跳閘前后變量歷史趨勢

2 溫度異常波動分析

該臺機(jī)組配置1臺電動給水泵(電泵)和1臺100%汽泵，其中電泵為啟動泵，機(jī)組給水系統(tǒng)采用單輔機(jī)運行方式。通過查詢歷史數(shù)據(jù)，機(jī)組MFT時汽泵傳動端徑向軸承溫度為92.77 ℃，由于該溫度測點波動速率快，DCS系統(tǒng)受數(shù)據(jù)存儲死區(qū)等因素影響，歷史趨勢未采集到波動至95 ℃的數(shù)據(jù)，保護(hù)跳閘邏輯見圖2。

圖2 小機(jī)溫度保護(hù)邏輯

結(jié)合溫度跳閘保護(hù)邏輯，確認(rèn)該輔機(jī)溫度保護(hù)屬于單點保護(hù)，通過歷史數(shù)據(jù)檢索及信號品質(zhì)判斷確定，溫度測點在事故發(fā)生時品質(zhì)無異常。檢查就地測量元件接線端子和端子箱接線端子排接線良好，不存在接線松動以及進(jìn)油的異?，F(xiàn)象；檢查溫度電纜為完整電纜；檢查熱電阻RTD卡件運行狀態(tài)正常；對信號電纜相間絕緣、對地絕緣、電纜老化及屏蔽接地情況進(jìn)行檢查均未發(fā)現(xiàn)問題，初步判斷溫度測點由于受到干擾導(dǎo)致異常波動。

a.電子設(shè)備間電磁干擾分析

現(xiàn)場控制信號線纜一般都采用帶屏蔽層的專用線纜，在DCS電子設(shè)備間機(jī)柜側(cè)接地。為排除無線電設(shè)備在電子設(shè)備間造成信號干擾，按照DL/T 659《火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)驗收測試規(guī)程》要求，利用對講機(jī)在67號控制柜門前進(jìn)行無線電干擾測試，在上位機(jī)畫面監(jiān)控溫度并無明顯波動。結(jié)合圖1分析，汽泵自由端軸承溫度、汽泵推力軸承外側(cè)溫度、汽泵推力軸承內(nèi)側(cè)溫度分別布置在67號柜3號卡和4號卡上，但上述3個本體測點并無異常波動現(xiàn)象發(fā)生，所以可以排除電子設(shè)備間電磁干擾的原因。

b.接地干擾

電廠控制系統(tǒng)中的基準(zhǔn)電位是各回路工作的參考點位[3]，基準(zhǔn)電位之間的連接方式統(tǒng)稱為工作地，根據(jù)接地功能分為邏輯地、信號地、模擬地等，其信號接地方式如圖3所示。

圖3 工作地接地方式

對DCS接地系統(tǒng)進(jìn)行檢查[4-5]，發(fā)現(xiàn)1號機(jī)組汽輪機(jī)電子設(shè)備間匯總接地扁鐵在進(jìn)入地網(wǎng)前與汽輪機(jī)廠房0 m電氣接地環(huán)網(wǎng)存在交叉互聯(lián)情況，不符合《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求》(國能安全[2014]161號)第9.1.7條“分散控制系統(tǒng)與電氣系統(tǒng)共用1個接地網(wǎng)時，分散控制系統(tǒng)接地線與電氣接地網(wǎng)只允許有1個連接點的要求”[6]。汽輪機(jī)電子設(shè)備間DCS接地系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 DCS實際接地

c.就地電磁干擾

通過查找工作票及詢問檢修人員發(fā)現(xiàn)，07：32—07：46測點波動期間，正在進(jìn)行1號機(jī)組6.5 m工業(yè)供汽直管段更換焊接工作(有3臺電焊機(jī)同時在工作)，電焊機(jī)接地連接到汽輪機(jī)廠房0 m接地環(huán)網(wǎng)上。電焊機(jī)工作時檢修電源電流如圖5所示。

圖5 電焊機(jī)工作時電流曲線

由歷史曲線發(fā)現(xiàn)，6月20日對外供汽系統(tǒng)停運檢修后，汽泵傳動端徑向軸承溫度測點多次出現(xiàn)毛刺，分析該溫度測量回路存在一定的靜電積累，再受到電焊機(jī)焊接時對DCS接地系統(tǒng)產(chǎn)生干擾的影響，造成該溫度出現(xiàn)異常波動而導(dǎo)致機(jī)組非計劃停機(jī)。

3 保護(hù)邏輯分析

按照DL/T 5791—2019《火力發(fā)電建設(shè)工程機(jī)組熱控調(diào)試導(dǎo)則》要求[7]，應(yīng)充分利用DCS系統(tǒng)中的質(zhì)量判斷和自診斷邏輯功能模塊來輔助判斷信號測點和測量通道故障。所有DCS系統(tǒng)都設(shè)計品質(zhì)判斷功能模塊，當(dāng)信號超限或者符合其他設(shè)計參數(shù)變化時，即發(fā)出“壞質(zhì)量”判斷[8]，同時對于溫度等不可能發(fā)生短時間內(nèi)突變的過程信號，原則上需要設(shè)計有變化速率限制和異常值判斷的邏輯功能。通過設(shè)置速率和報警功能，合理配置參數(shù)變化率設(shè)定值，當(dāng)跳閘信號發(fā)生階躍性驟變時，其輸出不突變，同時發(fā)出變化速率超限信號報警，在上述2組信號同時出現(xiàn)的情況下，需要增設(shè)信號閉鎖功能，防止保護(hù)誤動作，同時配置延時復(fù)位功能，當(dāng)信號恢復(fù)正常值后延時一段時間，復(fù)位“信號故障”。

由圖2可知，輔機(jī)單點保護(hù)邏輯設(shè)計依據(jù)：溫度測點經(jīng)過慢速率保護(hù)模塊(在溫度測點低于設(shè)定參數(shù)值時有效)時，上述功能模塊邏輯信號輸出和溫度測點品質(zhì)判斷條件相“與”構(gòu)成溫度保護(hù)動作跳閘信號。核查該機(jī)組邏輯，高低限判斷模塊(BLOCK 44)定值設(shè)置為80 ℃，溫度慢速率保護(hù)模塊參數(shù)設(shè)置為600 ℃/min。通過事故發(fā)生前后曲線分析判斷，當(dāng)輸入溫度處于慢速率保護(hù)模塊中的高低限值范圍外且輸入溫度速率變化超過設(shè)定值時，速率保護(hù)功能將被切除，即在合理的溫度升速率設(shè)定范圍外，實際測點溫度超過保護(hù)限值，將屏蔽保護(hù)信號，保護(hù)動作不會觸發(fā)。

針對溫度升速率開展試驗進(jìn)行分析，對現(xiàn)有保護(hù)邏輯參數(shù)設(shè)置的合理性驗證。采用DCS信號仿真試驗方法，在DCS組態(tài)軟件上搭建測試邏輯。設(shè)計頁面邏輯掃描周期為500 ms，通過模擬量輸入模塊(KBML)進(jìn)行溫度階梯變化仿真，為確保SLWPRT模塊的D2管腳信號有歷史趨勢，新增中間開關(guān)量變量點，人為模擬溫度輸入數(shù)值依次輸入62 ℃、74 ℃、82 ℃、96 ℃，模擬每秒超過10 ℃及不超過10 ℃的溫度變化。結(jié)果表明，當(dāng)輸入溫度小于80 ℃時，高低限值模塊ACK信號管腳始終保持置位“1”狀態(tài)，但因SLWPRT模塊中的高低限定值條件不滿足觸發(fā)條件，所以保護(hù)不會觸發(fā)；當(dāng)輸入溫度大于80 ℃時，由于RS觸發(fā)器保持，此時無論速率限制模塊是否觸發(fā)動作，因?qū)嶋H溫度值不滿足保護(hù)動作限值，RS觸發(fā)器復(fù)位管腳保持復(fù)位“0”狀態(tài)；當(dāng)溫度接近保護(hù)跳閘定值95 ℃時，高低限保護(hù)模塊置位，如果此時溫度保護(hù)速率模塊(復(fù)位RS觸發(fā)器)未置位[9]，說明系統(tǒng)判斷溫度變化符合正常趨勢；此時一旦實際溫度超過95 ℃，單點保護(hù)立即觸發(fā)動作。但當(dāng)系統(tǒng)判斷溫度變化速率異常，則會復(fù)位RS觸發(fā)器，屏蔽保護(hù)輸出，所以該保護(hù)動作可靠性的關(guān)鍵點是合理設(shè)置溫度升速率保護(hù)限值。

為確定溫度升速率的極限值，通過實際物理條件模擬試驗，選用熱電阻PT100溫度元件，在室溫條件下采取物理加熱方式模擬溫度測點溫度突增現(xiàn)象，觀察并記錄實時溫度數(shù)據(jù)曲線。試驗結(jié)果表明，溫度元件能夠反映溫度升速率約為7.2 ℃/s，也是溫度元件能夠?qū)崟r反映的極限溫度升速率，即當(dāng)實際溫度超過對應(yīng)溫度升速率說明信號存在故障，所以速率限制模塊中的參數(shù)設(shè)置為10 ℃/s[10]，并不能真正起到切除溫度保護(hù)的作用，建議將定值設(shè)置偏低一些。

4 結(jié)論

a.對汽輪機(jī)電子設(shè)備間DCS接地系統(tǒng)存在的2點接地隱患進(jìn)行處理，同時對DCS接地情況進(jìn)行全面排查。

b.優(yōu)化汽泵軸承溫度保護(hù)邏輯:①溫度元件選用雙支熱電阻，增加1路測點，實現(xiàn)保護(hù)雙冗余配置；②適當(dāng)減小返回溫度定值并增加一定延時后再進(jìn)行復(fù)位，提高溫度測點抗干擾能力；③增加壞質(zhì)量、超速率二級報警，有助于運行人員分析判斷，為隱患快速消除提供保障。

c.修改完善溫度升速率切除保護(hù)定值。