章佳威，庄义飞，甄 诚

(中国大唐集团科学技术研究总院有限公司 华东电力试验研究院，合肥 230000)

0 引 言

近年来，随着大容量辅机制造技术的愈发成熟，单列辅机的设计方式在国内电厂得以实施，这种设计方案兼顾了降低投资成本、简化系统及降低厂用电率等诸多因素。在锅炉方面的配置为单送风机、单引风机、单一次风机、单回转式空预器等，系统大为简化，锅炉岛的厂用电率可降至 1%[1]。相较于国内大量投产的火电机组仍然采用双辅机的设计方式。

某新建电厂1、2号机组采用单列辅机设计，其一次风机、送风机、空预器、给水泵采用单台100%容量设计，引风机采用2台50%容量设计，分散控制系统(DCS)采用和利时MACSV6.5.4，全厂总线设计。该文将调试期间针对单辅机系统相关的优化和控制策略进行分析研究。

1 设计阶段

单列辅机布置的火电机组与常规火电机组的设计有本质区别，因单辅机的设计方式，机组没有常规火电机组的辅机故障甩负荷功能(RB)，所以在一次风机、送风机、给水泵等辅机保护设计时，不仅需考虑设备层安全，还需考虑机组运行安全。 单列辅机设计的火电机组，其单辅机保护与机组主保护等同，其设计原则也与机组主保护相同。按照热工保护系统的设计原则，热工保护系统的设计应有防止误动和拒动的措施。一直以来，关于保护系统的设计是应侧重防拒动还是防误动，因理念差异导致保护设计方案不同。

1.1 总线设备保护设计

由于该电厂采用全厂总线的设计方式，总线的设计方案需充分考虑保护逻辑设计原则。原则上总线信号不参与主辅机保护及重要联锁。但是在基建过程中，总线的设计方案一般早于逻辑方案，而总线设计方案又决定了设备的选型。总线设计方案需根据全厂总线设备覆盖率的要求，设计一般将全厂380 V电机设备、电动执行机构、气动执行机构及部分模拟量测点归为总线通讯，其中就包括单辅机的空预器电机、油站电机、进出口电动门等重要保护及连锁设备,针对此类设备可采用双冗余指令保护逻辑，采用硬接线与总线双冗余指令，在任一指令失效的情况下，另一路指令可有效工作，防止设备联启失败导致辅机跳闸。

1.2 保护设计与设备选型

热工保护逻辑的实现是基于设备所提供的监视测点来实现的，主体设备选型对热工保护有重要决定意义。以风机、水泵类设备为例，其系统中参与保护的测点在后期是有改造空间的，如管道、风道内的压力、风速及流量等测点。但是风机、水泵等设备本体监视的测点是固定的，难以改变的，如轴承温度、振动等。所以此类设备在选型时，需考虑其测点是否满足保护设计规程的要求。对于已定型的设备，应尽量避免单测点参与保护，如单温度测点可改为双支温度计，或者双温度测点的可采用两点联合判断(一点报警与另一点跳闸)的方式[2]，单点振动判断可改为X+Y轴辅助判断的方式等。

2 调试优化

2.1 辅机轴承温度保护优化

发电厂热工辅机保护逻辑中，常采用轴承和电机线圈的温度测量信号，当测量信号超过定值时触发保护动作；但由于温度测量回路中的热电阻很容易发生接触不良或断线的故障，使得保护误动[3]。在工程应用中，采用容错控制技术与容错逻辑设计，容错控制技术是通过故障诊断(故障检测、故障隔离、故障识别)，让控制系统在故障后进行重构，使控制系统鲁棒性得到提高[4]。图1为该厂机组辅机轴承温度保护跳闸的坏信号剔除逻辑回路，这是应用特定的容错控制技术进行容错逻辑设计的典型例子。当轴承温度出现断线、干扰等情况，轴承温度突变(变化大于5 ℃/s)，控制回路触发器至1，将该保护回路剔出，当轴承温度正常后，可手动或自动复位触发器，投入该保护。考虑辅机轴承故障时其温度快速变化情况，此处温度速率限制不应过小，防止保护拒动损坏设备。

图1 轴承温度保护跳闸的坏信号剔除逻辑回路Fig.1 The bad signal elimination logic of bearing temperature protection trip

2.2 辅机配套设施保护设计

原送风机、引风机、一次风机油站电机及空预器电机等设备皆采用总线控方式，且在设计过程中将同一风机2台油泵电机指令反馈设计在同一网段中。虽然《防止电力生产事故的二十五项重点要求》未对总线设备做具体要求，但是此种设计方式存在明显的安全隐患，当此网段出现通讯故障或是通讯中断时，会造成DCS误判油泵全停，导致辅机跳闸事故。在调试过程中，提出将冗余设备分散配置的方法，即将冗余的2台油泵或电机布置在不同的2条网段中，还提出双冗余指令保护方法，采用硬接线与总线双冗余指令，在任一指令失效的情况下，另一路指令可有效工作，防止设备联启失败导致辅机跳闸，如图2所示。

图2 一次风机润滑油泵A手操站配置Fig.2 Fan lubricating oil pump A manual operation station configuration

2.3 单辅机保护逻辑优化

案例1：MFT跳一次风机逻辑中，采用一路硬接线和一路通讯点相“或”的判断方式，在DO通道、DI通道故障或者控制器通讯故障时都可能造成一次风机误动跳闸。

修改方案：从MFT控制器DO卡件和跳闸继电器出口各送出一路硬接线至一次风机，在一次风机控制器内2个硬接线信号与通讯点信号进行“3取2”判断后作为风机的跳闸条件，修改前后组态如图3。

图3 锅炉MFT动作跳闸一次风机逻辑Fig.3 Boiler trip triggers fan action logic

案例2：上汽汽轮机组在振动保护逻辑配置中，采用定值判断加测点质量判断的方式。即任一轴系的任一振动值超限触发振动保护，或者同一轴瓦的X、Y项振动测点同时坏质量，也触发振动保护。这个方案没有考虑该机组为单台给水泵汽轮机且无电泵的配置情况，一旦振动保护误动将会造成整台机组停运。在调试过程中，出现多次因接线和干扰原因导致振动保护动作，可见实际现场施工质量和设备可靠性是难以满足上汽保护设计要求的，有必要对此保护增加防误动措施[5]。

修改方案：删除振动测点坏质量跳闸逻辑，振动测点断线、虚接、探头损坏及强电干扰等等因素都有可能导致测点坏质量条件触发。增强振动单点保护容错性，将振动测点质量作为保护的佐证条件。以1号轴承为例，修改前后组态逻辑见图4、图5。

图4 METS中轴承振动高跳机保护逻辑Fig.4 Bearing vibration high trip protection logic

图5 修改后METS轴承振动高保护逻辑Fig.5 The modified bearing vibration high trip protection logic

案例3：空预器MFT逻辑设计为空预器主、辅电机均停，主、辅电机停运信号均为电气开关单点。空预器运行时，主、辅电机互为备用，该保护实际为单点保护，如图6所示。该保护设计具有迷惑性，因主、辅电机均有工频、变频两种运行方式，如逻辑图中在4个条件同时满足时才触发保护，实则有3个条件是常“1”状态。

图6 空预器停运逻辑Fig.6 Air preheater shutdown logic

修改方案：将空预器主、辅电机停运由单点判断改为多点辅助判断方式，增加电机电流、空预器转子停转报警作为辅助判断信号，3个信号经“3取2”判断空预器停转，优化后如图7所示。空预器转子停转报警可以监视空预器轴承状态，防止断轴或是电机齿轮未啮合的情况下空预器停转保护拒动。

图7 优化后空预器停运逻辑Fig.7 Optimized air preheater shutdown logic

2.4 跨区域保护配置问题

案例：再热器保护MFT触发条件为“左侧主汽门全关且右侧主汽门全关且旁路未开”，此种设计方法忽略了一侧主汽门全关，另一侧主汽门未关但调门全关的情况，这种情况下，再热器已失去了蒸汽冷却作用，但MFT保护不会触发，将会导致严重的设备损坏事故(汽轮机主汽门关闭跳发电机逻辑也存在同样问题)。再热器保护逻辑修改前后组态如图8所示。

图8 再热器保护逻辑图Fig.8 Reheater protection logic diagram

修改方案：再热器保护应判断再热蒸汽回路是否隔绝，主要是高、中压主汽门及调门，高、中压旁路门的开关状态。在逻辑判断高(中)压蒸汽断流时可用“左侧主汽门全关且右侧调门全关”或“左侧调门全关且右侧主汽门全关”的方式，可以避免上述逻辑漏洞。

3 结 语

锅炉单列配置的机组在工程造价、设备维护、降低厂用电率等方面的优势，使其应用得到极大推广。该文提出并实施了单列配置的超超临界机组控制优化方案,采用保护坏质量剔除、双指令冗余等技术，大幅提升了主、辅机保护可靠性。此次保护优化的实践，对后续新建660 WM超超临界单列辅机布置机组调试及运行具有指导意义。