温度保护在DCS系统中的应用

2017-09-18陈宪科

中国设备工程 2017年17期

关键词：断线轴瓦停机

陈宪科

（山东丰源通达电力有限公司，山东枣庄 277300）

温度保护在DCS系统中的应用

陈宪科

（山东丰源通达电力有限公司，山东枣庄 277300）

本文主要论述山东丰源通达电力有限公司汽轮机温度测量及保护的逐步完善和改造。

DCS系统；温度测量；温度保护；技术改造

温度作为发电厂设备状态的重要参数之一，从锅炉燃烧到每台辅机的运转状态，从锅炉汽水系统到推动汽轮机转动带动发电机发电运行，从变压器到各配电装置，温度测量渗透到发电厂的每个角落，可以说是发电厂最普遍存在的参数。如今在火力发电行业，从大到百万级发电机组到地方煤矸石热电厂，各种余热发电、生物质燃料发电厂，垃圾焚烧发电厂等的生产过程中，DCS技术已经得到了广泛应用。

1 温度测量的使用

在DCS系统中，热工测点(流量、压力、温度等)参数已不仅仅只用于监视，已被运用到保护回路及自动控制系统中。如主蒸汽温度调节控制回路，引入主蒸汽出口集箱温度作为主调节信号，在Ⅱ级减温水控制中要控制减温集箱出口汽温，还引入了导前汽温、二级减温水后温度来共同控制减温水阀门的开度等等。在保护系统中，主机及其他的重要辅机的保护、联锁回路等，温度测点的使用同样广泛，如给水泵轴承温度高联锁跳闸，炉前皮带给煤机落煤口温度高联锁关闭防火门停运给煤机，以及汽轮机轴瓦、推力瓦、回油温度高保护联跳停机等等。在现场众多的温度测量中，保护、自动控制系统中占50%左右，所以现场温度的测量尤为重要。

但是在温度的测量中面对现场复杂的情况，测量故障时有发生，导致设备联锁保护的误动，对机组的安全稳定运行、企业的经济效益、职工劳动强度都造成非常坏的影响。笔者通过对DCS系统内置计算块的组态、功能块的组合，通过优化控制逻辑，对汽轮机温度保护进行了逐步完善。

2 原有方案

汽轮机是各热电厂的主机之一，其中一个重要保护就是汽轮机轴瓦、推力瓦、回油温度高高联跳停机保护。轴瓦温度是汽轮机等旋转机械的一个重要参数，运行中，如果轴瓦温度发生异常升高，则说明润滑系统或者机械部分产生了故障。当轴瓦温度升高到高值时，发出报警信号，提醒运行人员注意并采取相应措施处理。如果处理后温度还是没有得到控制，当温度升高到高高值时，保护系统发出停机信号，停止设备运行，从而保护设备。

我公司在1#汽轮机保护改造前，采用外置油杯插入电接点温度表进行测量，其汽轮机保护系统采用继电器搭建（因其自动化程度较低，各轴瓦、推力瓦温度未进入保护系统，用回油温度代替轴瓦温度）。如果越限，输出继电器将触发信号送给保护系统，由保护系统联锁动作。但是在回油温度测量上，因油杯高出轴承座，油杯通流孔较小、且上部密封严密，润滑油压本身较低，六个测量油杯（推力瓦回油两支）只有推力瓦回油和1#轴瓦回油能见到油，其余四支均不能正常上油，导致其测量值不能反映真实的回油温度的同时变成测量的环境温度，更无法反映轴瓦温度的变化。

因此为保证机组的安全稳定运行，技术升级改造势在必行。

3 优化方案

为解决不能真实测量回油温度的隐患，我厂首先采用测量轴瓦温度的同类型的PT100热电阻探头安装于回油油道，并把信号接入DCS通道。通过组态数据库和流程图把温度值显示在监控画面的同时，通过编写控制逻辑连同轴瓦温度通过比较模块、或逻辑、联锁投切选择、与逻辑输出DO点，通过继电器接入保护系统。温度高高时通过输出闭合节点，联锁保护系统动作联跳汽轮机。

考虑到热电阻测量断线是较为常见的一个故障，且热电阻断线后其输出电阻是无穷大的，从而造成测量值高于高高值，就有保护误动的可能。经了解查阅相关资料，由于现场一次元件断线而造成的误动屡有发生，严重威胁机组的安全运行。

改造过程中，为了排除这种由于测量回路断线而造成的保护误动的可能，我们对保护回路进行了优化：在与逻辑块引入了“测量值BAD”这一参数，该参数初始状态为“1”，设定当测量值高量程超限时，该参数置为“0”，封锁回路输出。但在试验中发现，由于“高高值”大部分情况先于“BAD”发出，说明回路的缺陷很明显。为此我们增加了一个速率模块，该功能块用于监视测量值的变化速率，当测量值的变化速率超出或低于设定的变化速率时发出“速率大”、“速率小”信号。由于测量值断线后的上升速率要远远大于温度正常变化的速率，把设定的变化速率放在一个适当的位置，就可以鉴别测量值的上升是否真实。逻辑方案如图1所示。

图1

当一次元件断线或其他原因造成测量值上升时，先是由“速率大”信号取反去闭锁高高值停机信号，当测量值上升至超过设定量程后，则由“BAD”信号去闭锁高高值停机信号，从而有效地避免了保护误动。当测量值由于被测点温度上升而达到高高值时，由于没有“速率大”“BAD”信号，保护正常动作。由此可见，采用优化后的逻辑能有效避免由于一次元件断线而造成的保护误动。经过现场模拟试验，达到预期效果。

4 改进优化

机组改造后，#1机组又发生了一次轴瓦温度高高保护误动停机事故。根据测点曲线图分析，发现测量值开始时候比较稳定，瞬间测量值快速地变动，变动幅度不大，然后测量值在偏差值附近又恢复稳定，并且维持，稳定在高高值和上限之间缓慢变化至高高值导致误动。

经过分析认为，由于我公司投产至今已经10多年了，热电阻元件采用的是航空插头与电缆连接，有时侯由于现场震动、时间长接触点老化等原因，会造成接触不良现象，从而产生接触电阻，造成测量值的偏差。

那些由于接触不良后引起的测量值偏差现象，发现在某一时间段内主要有以下两种故障现象，一种现象是测量值开始时比较稳定，当接触不好产生接触电阻后，测量值不停快速地来回变动，甚至有时候会超量程设定。另一种现象就是上面1#机误动时的现象。第一种现象发生后,由于测量值是不停快速来回变动，还是可以通过“速率大”信号来避免保护误动。所以，要针对第二种现象对原有方案做进一步优化。

进一步优化后的逻辑如图2所示。

根据逻辑可见,当测量值由于断线或接触不良等原因非正常上升达到高高值后，“测量值变化速率大”信号发出并保持，通过信号取反与逻辑闭锁了“温度高高停机”信号，避免了保护误动。当故障维修消除后，测量值恢复到正常(一定高高值以下，否则会发出信号)，则通过RS触发器的R端复归掉“测量值变化速率大”信号，从而保障保护的正确动作。

通过现场模拟试验及一段时间的运行，#1机组温度高高保护未误动。此后，又将此逻辑改进推广到2～5#机保护回路中，至今投用情况良好。此项改造可以推广至DCS系统中所有温度参与的保护、调节回路中，为保障设备的安全稳定经济运行提供了保障。