齐温圣，王晓旭，杨进可

(日照钢铁有限公司，山东日照 276800

引言

某钢铁公司300 MW燃煤发电机组2台套，担负着全公司50%以上的用电负荷，以及市区冬季居民供暖民生工程，机组的安全稳定运行尤为重要，当机组发生甩负荷及跳机等异常事故时，将直接打乱公司的生产节奏，甚至造成大面积停产或严重影响居民供热。为提高机组运行稳定，热控人员从专业角度对自控系统进行提升优化，并逐步实施，为公司稳产提效和居民供热奠定了基础。

1 存在的问题

机组投产初期，热控设备故障频发，例如保护测点异常造成机组停机、汽轮机调节汽门调节异常造成甩负荷，重要辅机联锁异常造成甩负荷等。主要问题如图1所示。这些问题严重制约着机组运行的安全和稳定，甚至对公司整个生产造成较大影响。鉴于此，以联锁保护可靠性和自动投入稳定性为切入点，从设备选型、硬件升级、逻辑优化、干扰过滤等方面进行自动控制系统的优化改造。系统的优化改造涵盖风烟系统、DEH 控制系统、DCS 及ETS 系统等，以上所有的改造均围绕联锁保护的可靠性，自动控制的稳定性为中心展开，以降低设备故障率，提升自动化水平，减少现场人员的工作量、提升生产效益为出发点，最终实现联锁保护可靠，自动投入稳定，生产效益提升的目标。

图1 自动提升优化问题思维导图

2 自动化控制优化思路与实施方法

2.1 发电机组主保护优化

根据以往机组事故原因分析，发电机组主保护主要问题为误动，原联锁设计的原则是宁可误动，不可拒动，但这个原则与公司的生产节奏不匹配。因此，主机的保护优化为本着避免拒动，降低误动的原则，依靠生产现场、生产流程及热控控制原理，借鉴其他电厂同型号机组的经验，从热控专业的角度，对现有保护进行梳理优化。

2.1.1 主油箱油位保护优化

汽轮机主油箱油位保护采用3取2联锁，但3个信号均取自同一测量筒（图2a所示），如测量筒出现故障，3 个信号将同时动作，造成机组跳闸，可靠性较低，根据联锁保护测点设计原则，将3个测量信号分散到3个测量筒（图2b所示）。

图2 主油箱油位信号联锁改造

2.1.2 汽轮机排汽温度保护优化

汽轮机排汽温度保护全部为单点联锁，可靠性差，误动几率较高，根据联锁保护测点设计原则，采用多选逻辑。

原逻辑：任一高压缸排汽温度≥427 ℃或任一低压缸排汽温度≥110 ℃，保护动作跳闸。

现逻辑：四个低压缸排汽温度任意两个≥110 ℃或两个高压缸排汽温度同时≥427 ℃，保护动作跳闸。

2.1.3 汽轮机轴瓦温度保护优化

汽轮机轴瓦温度保护全部为单点联锁，可靠性差，误动几率较高，根据联锁保护测点设计原则，采用多选逻辑。

原逻辑：任一轴瓦温度≥110 ℃,保护动作跳闸。

现逻辑:相应轴瓦温度任意两个≥110 ℃，保护动作跳闸。

2.2 重要辅机联锁逻辑优化

2.2.1 一次风机变频器逻辑优化

一次风机为锅炉燃烧的重要设备，该设备故障会造成锅炉减负荷，严重时会造成锅炉跳闸。原一次风机变频器逻辑为变频器重故障报警时，变频器延时5s 跳闸，但DCS 控制逻辑为接收到重故障信号后立即将频率指令置零，即变频器重故障报警可能为误报警，在5s 内报警信号恢复，变频器不跳闸。这种情况下会造成变频器实际未跳闸，但风机指令已置零，造成机组甩负荷，甚至操作不当造成停炉，这种误报警情况出现过多次。针对误动，经过各专业评估论证，通过修改DCS 逻辑为重故障报警后延时6s将频率置零的方案，成功避过误动周期。

原逻辑：变频器重故障报警后频率指令直接置零。

现逻辑：变频器重故障报警后延时6S频率指令置零。

2.2.2 火检冷却风机逻辑优化

火检冷却风机为锅炉运行的重要设备，设计一用一备，当两台风机均跳闸（或运行信号消失）后，锅炉MFT 动作跳闸。备用火检冷却风机设计有风压联锁，当冷却风母管压力≤5kPa,联锁启动备用风机。该联锁是通过现场压力开关控制就地启动回路来实现的，而风机的运行信号无联锁启动关系，当风机运行信号消失，但实际风机正常运行的情况下，DCS仍会判断风机全停，MFT动作停炉。从实际运行看，这个问题是可以避免的。

原逻辑：备用火检冷却风机紧有母管风压联锁，压力≤5kPa,联锁启动备用风机，且是通过就地电气回路实现的。

现逻辑：如图3所示，①在DCS增加一路母管压力测点（压力变送器检测），并增加压力≤5kPa 联锁启动备用风机逻辑；②在DCS 增加主风机运行信号消失联锁启动备用风机逻辑。

图3 修改后逻辑

2.3 汽轮机主蒸汽调门控制冗余优化

汽轮机大小机主蒸汽调门控制是DEH 控制系统的核心，而大小机主蒸汽调门位移反馈装置LVDT 是指示阀门开度的测量元件，LVDT 的作用是将油动机活塞的位移信号转换成电信号反馈到DEH 系统。反馈信号与DEH 系统送来的阀门开度指令信号相比，通过偏差运算后，转换成电流信号，驱动伺服阀控制油动机和阀门开关。

300 MW 燃煤发电机组大小机主蒸汽调门LVDT 安装在汽轮机6.3 m 蒸汽管道夹层及小机车衣内，工作温度较高，甚至存在高温高压蒸汽跑漏现象，环境恶劣，现场振动、油动机频繁动作等极易导致LVDT 接线松动、感应铁芯与线圈不同心、线圈损坏、或者安装支架松脱等情况出现，这些问题均会导致LVDT 测量信号失常，进而导致DEH 控制系统稳定性降低、阀门失控，甚至可能导致机组停机、超速等事故。原设计为单路LVDT，在运行中发生过几次LVDT 铁芯脱落、铁芯断裂的事故，对生产运行造成较大影响。本次改造，重点以提升硬件可靠性为出发点，对汽轮机大小机主蒸汽调门控制系统进行冗余改造，增加相应硬件，并修改逻辑组态。具体实施如下。

(1)安装LVDT 反馈装置。在高中压调门油动机上，原反馈装置安装处，并行安装固定支架，并安装冗余LVDT。为避免LVDT 的激励频率互相干扰，新增加的LVDT 必须与原LVDT 型号相同。

(2)敷设电缆。新增冗余LVDT 敷设屏蔽信号电缆（10×1.5 mm2）2 000 m，走线过程注意远离高温部位。接线过程做好屏蔽接地。

(3)安装冗余伺服卡件。在DEH 机柜安装冗余伺服卡件及冗余通讯电缆，修改硬件配置及逻辑组态。

(4)系统调试。硬件安装工作全部完成，送电送油调试，每个调门进行开度特性试验，及相关冗余试验（包含伺服卡件冗余、LVDT 冗余、通讯电缆冗余等）。

2.4 锅炉二次风量测量装置选型优化

锅炉二次风量是锅炉燃烧控制的主要参数，参与的保护和自动：总风量低于 30% 触发锅炉MFT；二次风量参与送风自动调节。300 MW燃煤发电锅炉二次风量取压装置原设计为迪尔巴，极易堵塞，造成测量结果不稳定，导致锅炉燃烧自动无法投入，而且总风量因为二次风量突变而发生改变，MFT保护一直无法投入。

造成测量不准的主要原因是二次风中夹带较多灰粉，造成测量元件取压孔堵塞，这种堵塞发生在测风元件内部，只能用压缩空气定时吹扫的办法加以解决，且无法根治，无形中又增加了维护人员的工作量，几乎每周都要吹扫一次。

通过对其他电厂的调研并结合生产现场实际情况，最终确定了改造方案，即选用一种自防堵型风量测量装置（矩阵式多点），利用大修机会对锅炉二次风测量装置进行改造。该装置具备自清灰和防堵塞功能，无需增加反吹扫装置，便能够确保长期防堵，从而保证测量的准确性，大大提高了锅炉运行的安全性和稳定性。

该测量装置在垂直段内悬挂了清灰棒，棒在管内气流的冲击下作无规则摆动，起到自清灰作用。其次，设计时与垂直管段连接了一根斜管，斜管与垂直管内间有节流孔，引压管是从斜管中部引出，斜管起到二次沉灰作用，见图4。

图4 防堵型多点矩阵测量装置

2.5 发电机线圈温度信号干扰改造

发电机组线圈温度是监测发电机运行状况的关键指标，如果发电机线圈温度升高，当温度升到一定程度，会导致线圈的绝缘下降，降低发电机的使用寿命，甚至造成发电机烧毁的恶性事故。300 MW 燃煤发电机组发电机线圈设计时采用温度智能前端进行数据采集，通过RS485 通讯与DCS 控制系统进行数据传输，因温度传感器安装在发电机线圈内部，传输线路极易产生干扰电压（几负、几十负甚至上百负不等），造成智能前端故障无法正常工作，给运行人员的监视造成极大困扰。

为降低干扰电压对测量的影响，在信号传输过程中增加温度信号隔离栅，对干扰信号进行过滤，同时取消智能前端，信号隔离栅变送后的信号直接接入DCS卡件，如图5。

图5 增加信号隔离栅

3 结论

结合现场生产及设备实际情况，重点从热控专业角度，结合以往发生的事故，分别从保护、逻辑、硬件冗余、设备选型、干扰隔离等方面对现有自动化设备进行了相关优化。通过本次优化，极大提高了机组运行的安全性和稳定性，优化效果较明显。