简析发电厂热控温度保护逻辑优化对策研究

简析发电厂热控温度保护逻辑优化对策研究

田育文

（南京化学工业园热电有限公司江苏南京210047）

摘要：随着热控技术优化工作及精益管理工作的不断深入开展，对热控保护的可靠性也提出了较高的要求。本文从南京化学工业园热电有限公司DCS控制逻辑中的温度保护逻辑实现方式出发，分析温度保护逻辑中所存在的不足，并提出相应的优化方案，通过对温度保护逻辑的优化，进一步提高保护的可靠性，为热控保护的优化工作呈现参考案例。

关键词：温度保护；速率判断；保护可靠性；DCS系统

1概述

南京化学工业园热电有限公司二期主机DCS采用ABB公司Symphony控制系统，下位机组态软件为Composer4.3，上位机监控软件为PGP4.0；二期脱硫DCS系统采用新华XDPS4.0控制系统；一期DCS系统采用GKS9000控制系统。

厂内用于保护的温度测量元件主要采用三线制Pt100热电阻及K型热电偶温度测量元件，汽轮机本体轴承金属温度及6kV辅机轴承温度均采用Pt100热电阻测量元件，汽机本体同一轴承安装多为两个测点，而多数辅机轴承温度只安装单个温度测点。机组日常运行中，曾因温度保护设置不合理出现以下问题：

（1）辅机轴承温度测点接线松动使温度测量失准，多次造成保护误动，成为机组安全可靠运行的隐患。

（2）部分辅机轴承只安装单个温度测量元件，温度保护逻辑设计可靠性不高，故未投入轴承温度保护，曾出现辅机轴承烧坏的情况，损失严重。

随着热控技术优化工作及精益管理工作的不断深入开展，对热控保护的可靠性及自动控制技术的合理性均提出了较高的要求。温度保护做为发电厂的重要保护之一，如何提高保护动作的可靠性成为保证机组安全运行的关键，我专业从温度保护逻辑的实现方式出发，对目前厂内存在的温度保护问题进行了分析及优化处理。

2温度保护的特点分析

温度保护是现场主、辅机监测中的重要保护，准确可靠的温度测量及合理的容错逻辑设计为机组的安全稳定运行提供了有利保障。

2.1目前温度保护根据测量信号的数量及其组成方式主要分以下三类：

单点温度保护；

两点相与的温度保护；

三取二温度保护。

2.2影响温度测量的主要因素：

测量回路受到异常信号干扰，导致测量数据波动；

测量回路断线或温度元件故障，使测量数据突变且不能自行恢复；

测量回路接线接触不良，导致信号突变或无规律变化偏离正常值。

2.3影响温度保护可靠性的主要因素：

测量信号失准、跳变引起热控保护误动作；

测量元件安装受主设备限制，只有一个温度测点，使热控保护容错能力降低；

温度保护控制逻辑设计不合理，降低热控保护的可靠性。

2.4为保证温度保护的可靠性，保护逻辑应具备可靠的品质判断功能：

测量信号坏质量（信号断线及通讯故障引起的坏质量）判断闭锁功能；

测量信号速率超限判断闭锁功能。

3优化前温度保护逻辑实现方式及其问题分析

3.1二期主机温度保护逻辑

图1：二期主机原温度保护逻辑

保护逻辑作用分析：图1中12号功能码的比较功能块用以实现保护设定值的比较判断，当温度值大于设定值时，该功能块输出为1；图中31功能码“TSTQ”功能块用以判断温度信号的品质，当温度信号出现断线、或通讯信号故障时，该功能块输出为1以闭锁保护动作；图中8号功能码速率限制功能块将输入信号的升速率限制在所设定的变化率a（图中为3）范围内，受速率限制的信号与当前信号进行比较，其偏差大于某个设定值b（图中为2）后，认为该温度输入信号异常，逻辑将闭锁保护动作输出。

保护逻辑存在的问题分析：

（1）当温度测量信号变化速率超过设定速率上升时，保护将闭锁输出，避免出现误动。如温度测量信号继续上升达到某个固定值后保持不变或变化速率较小，而此时温度信号己大于保护定值，则速率限制模块将失去保护闭锁功能，导致保护误动；

（2）当保护正常动作后，35号功能码将在保护动作输出3秒后闭锁保护动作信号持续输出，这种不能持续输出保护动作信号的情况，也将影响“二取二”及“三取二”保护逻辑的构建。

3.2二期脱硫温度保护逻辑

图2：二期脱硫原温度保护逻辑

保护逻辑作用分析：图2中“TQ”功能块用以判断输入信号的品质，当输入温度信号断线或通讯故障时，功能块输出为1，闭锁保护动作；“SAIPro”为慢信号保护功能块，当输入端“ACK”为1、输入信号变化率不高于设定速率、输入信号高于保护设定值且延时时间满足时，保护动作输出，反之则闭锁保护输出。为验证该逻辑是否能满足温度保护速率判断功能要求，特对“SAIPro”功能块进行分析验证：

（1）查看新华DCS控制器和驱动软件用户手册，该功能块是用于模拟量输入的慢信号进行高低限和变化率高低限判别和报警的模块，其算法逻辑如图3示：

图3：SAIPro功能块算法结构图

当确认信号Ack为1，输入模拟量信号X达到高限H或低限L的时间超过设定的时间TD时，功能块会输出一个保护动作信号D2，作用于保护动作。当输入信号X超过高高限HH或低低限LL时，或当输入信号的变化率超过设定的正向速率限值PL或低于设定的负向速率值NL时，则功能块发出报警信号D1，并闭锁D2输出；

（2）根据“SAIPro”功能块算法逻辑图知，算法逻辑中无显示有速率保护动作后闭锁输出的RS触发器逻辑，为防止出现3.1条中相同类型的错误，故对此温度保护逻辑进行仿真试验。

仿真试验逻辑图：

图4：仿真试验逻辑图

试验参数：逻辑图中，设置“SAIPro”功能块内温度保护定值为95℃，速率定值为300℃/min。用“Rmp”功能块模拟温度输入信号X，输入信号变化速率设置为5℃/S，变化范围为0-110℃。

试验过程：当输入信号X以5℃/S的变化速率升高时，“SAIPro”功能块D1端输出为1，闭锁保护动作输出；当输入信号上升到110℃后稳定时，“SAIPro”功能块D1端输出仍保持为1，继续闭锁温度保护动作输出，如图5示；直到输入信号X的值小于保护设定值95℃时，“SAIPro”功能块D1输出端闭锁信号消失，逻辑又重新进入正常速率判断模式。

图5：试验曲线1

结论：经过仿真试验，该温度保护逻辑在实现方式上满足温度保护中速率判断（温度跳变）保护功能的要求。

保护逻辑存在的问题分析：经过检查原温度保护逻辑中“SAIPro”功能块的主要参数设置，如图6示：保护定值H设置为95℃，高高限HH值设置为100℃，上升速率限制值为300℃/min，保护动作的延时时间为2S。

图6：SAIPro参数设置

该参数设置存在以下可能发生的问题分析：

（1）假设输入信号X以4℃/S的速率上升，在温度信号大于95℃时，算法进入保护延时的计时时间，而在延时2S时间结束之前，温度输入信号己超过高高限值100℃，故此时逻辑将闭锁保护动作信号的输出，使保护拒动，不符合逻辑设计的初衷。相关试验曲线如图7示；

图7：试验曲线2

（2）对于由此逻辑实现方式所构成的“两点温度相与”的保护逻辑，当其中温度A达到保护值而B尚未达到保护值时，保护动作无输出；继续升温过程中，当B点也上升达到保护动作值时，A点可能己经大于高高限（100℃）而使保护拒动。

3.3一期DCS温度保护逻辑

图8：一期原温度保护逻辑

保护逻辑作用分析：条件①用比较功能块实现温度保护定值的判断；条件②利用一个高低限限制功能块“LIMIT”来判断温度值是否超出正常测量范围，当温度测量值小于0度或大于200度时则判断为测量故障，切除保护；条件③通过速率判断功能块“RATELIM”判断速率，当温度变化速率大于设定速率时则判断温度测量信号故障，同时闭锁保护输出。此温度保护逻辑设计将条件①、②、③相与后输出，以求实现具有速率超限保护、信号断线保护的温度保护功能。

保护逻辑存在的问题：当温度测量信号以超过设定速率上升时，保护将闭锁输出，避免出现误动，当温度测量信号达到某个固定值不变（固定值己大于保护定值）时，速率限制模块将失去保护闭锁功能，导致保护误动。

4各DCS系统温度保护逻辑优化方案

4.1二期主机温度保护逻辑优化

图9：二期主机温度保护优化逻辑

保护逻辑作用分析：图中96号功能码“REDAI”具有速率判断及品质传递功能，当输入信号速率超限或品质坏时，其将坏品质信号传输出给31号功能码“TSTQ”，通过RS触发器闭锁保护动作输出。直到温度信号处理后恢复正常，温度值在设置正常范围内时（图中小于90），RS触发器复位并且R端一直为1，直到温度值大于正常范围值（图中大于90）时，RS触发器R端输入为0，速率判断及品质判断功能投入工作。

经过试验，以上保护逻辑的实现方式满足要求，避免了先前逻辑设计不当容易出现的问题。但逻辑中关于温度信号变化的速率需根据实际设备运行的情况进行选择，以免发生保护的误动及拒动。

4.2二期脱硫温度保护逻辑优化

对于“SAIPro”功能块参数设置所出现的问题进行分析，结合上述分析中所列出可能发生的问题，建议对该功能块内HH值进行修改，HH值应大于正常运行中温度测点可能达到的最高温度，只有当温度信号出现断线、故障时，温度信号才有可能大于HH值，闭锁保护输出。

4.3一期DCS温度保护逻辑

针对上述分析中温度保护逻辑中存在的问题，对逻辑中条件3进行了优化，如图：

图10：一期温度保护逻辑速率判断条件优化

保护逻辑作用分析：当输入温度信号以超出设定速率上升时，“RATELIM”功能块UP端将输出为1，并经过RS触发器对此速率判断信号进行保持，直到输入温度信号恢复正常范围，其温度值小于保护定值5℃以上时，RS触发器将会被复位。

经过试验，以上保护逻辑的实现方式避免了先前逻辑设计不当容易出现的问题，满足温度保护的信号值超限及速率判断功能要求，但“LIMIT”功能块的高低限值应注意参数设置，其高低限值范围不应包括保护定值，否则将引起温度保护逻辑中速率判断功能失效。

5结束语

温度保护是现场重要设备保护的实现方式之一，为保证温度保护动作的准确可靠性，对热控保护逻辑实现方式及相关参数设置有着较高的要求，温度保护逻辑不断优化完善的过程需要注意以下问题：

（1）温度保护速率设定值应根据设备各种运行工况下的变化情况试验确定；

（2）保护切除的辅助判断逻辑须注意参数设置的合理性，避免造成保护拒动；

（3）保护逻辑须进行大量的试验验证。

参考文献：

[1]XDPS-400e控制器和驱动软件用户手册Vol.2文件号.GEK-114712

[2]北京ABB贝利工程有限公司常用功能码手册

[3]夏兆骏，程美圣，辅机温度保护防误动作跳闸逻辑，北京贝利

作者简介：

田育文，南京化学工业园热电有限公司技术支持部热控高级工程师。