沈铁志; 王丽丽
【期刊名称】《《自动化仪表》》
【年(卷),期】2019(040)012
热解焚烧炉
【总页数】6页(P85-90)
大聚合【关键词】连锁保护回路; 可靠性; 信号选取; 保护误动; 保护拒动; 冗余; 安全仪表系统; 证实信号
【作 者】沈铁志; 王丽丽
【作者单位】神华福能发电有限责任公司 福建 泉州 362700
【正文语种】中 文
颗粒分装机
【中图分类】变面积式电容传感器TH-39
0 引言
火电厂热工保护连锁回路的可靠性直接影响发电机组的安全、稳定运行。其信号选取的正确性、逻辑合理性至关重要。国内火力发电厂因热工保护连锁回路误动、拒动造成的事件，保护连锁信号选取不合理导致的不安全事件占很大比重。根据《2017年全国发电厂因热控系统故障统计分析与建议》统计，2016年及2017年，全国火力发电厂因热控系统故障导致机组非计划停运的事件中，由于控制系统软硬件、测量仪表、执行机构及线缆管路故障而引发连锁保护错误动作的案例数量超过了机组非计划停运总数量的70%，且2017年较2016年有较大增幅[1]。 《防止电力生产事故的二十五项重点要求》及火力发电厂热工自动化系统相关规程、行业标准等均对连锁信号的选取及处理提出了具体的要求；安全仪表系统(safety instrumented system，SIS)的概念也很早引入国内，要求在设计上采用多重冗余系统，提高系统的硬件故障裕度，使单一故障不会导致SIS功能丧失[2-3]。但在实际执行中，因设备条件及现场实际情况的原因导致未执行或降标准执行，冗余信号选取、组态策略不合理现象仍然存在。这些都是降低保护连锁装置可靠性的主要因素。对此，应采取恰当的措施，提高保护连锁回路的可靠性。
1 双冗余保护常见问题及改进方案
1.1 不合理的双冗余保护逻辑
火力发电厂常见辅机(如磨煤机、给水泵等)的轴承温度常规设计是安装双支测温元件进行温度监测。通常采用一个温度信号达到辅机的跳闸值，且另一温度信号达到报警值，辅机跳闸的保护逻辑。不合理的辅机轴承温度保护逻辑如图1所示。
图1 不合理的辅机轴承温度保护逻辑图Fig.1 Unreasonable temperature protection logic forbearingsof auxiliary machines
1.2 风险分析
从图1的逻辑关系可见，辅机温度保护设计双支温度元件的初衷是提高系统的硬件故障裕度。当两支测温元件工作正常时，逻辑结构能够实现要求的保护功能。但是，当其中任一支温度元件故障或测量值超限导致信号质量判断为坏质量时，保护逻辑的输出应是“0”，保护不动作。而若此时轴承实际温度已达到跳闸值，将会发生保护拒动，导致辅机轴承烧损。
虽然此辅机设备轴瓦采用了双支温度元件作为保护措施，但在实际逻辑中，却未起到提高设备可靠性的作用，与单支温度元件并没有区别。
1.3 改进方案
针对此辅机，改进后的辅机轴承温度保护逻辑如图2所示。
从图2可以看出，当任一温度信号质量判断为“坏质量”时，自动旁路此回路，以避免因单个元件的“坏质量”而屏蔽另一温度信号保护连锁的正常动作。此时，辅机的轴承温度保护由两个测温信号变成单一的测温信号保护，保护信号的冗余度降低，但未失去保护功能。太阳影子定位技术
图2 改进后的辅机轴承温度保护逻辑图Fig.2 Improved temperature protection Logic forbearings of auxiliary machines
2 模拟量信号三取中与三取二用法区别
自复位保险丝
长期以来，火电厂保护连锁用信号状态反馈装置大多采用开关量仪表。随着科技的进步，模拟量变送器精度、可靠性及控制器处理速度都有了大幅度提高；另外，运行人员能够实
时监视模拟量仪表自身的工作状态，这是开关量仪表所不能比拟的优势。开关量仪表只能通过仪表在工的动作情况来判断仪表是否正常。因此，工业现场逐渐应用模拟量仪表取代开关量仪表作为保护信号。
通过实例验证分析可知，当三个模拟量信号质量判断正常时，模拟量三取中后阈值比较方式与模拟量阈值比较后三取二方式，实际输出的结果完全一致。
图3为不合理的三冗余表决逻辑组态，图4为正确的三冗余表决逻辑组态。
图3 不合理的三冗余表决逻辑组态Fig.3 Unreasonable TMR voting logic configuration
图4 正确的三冗余表决逻辑组态Fig.4 Reasonable TMR voting logic configuration
对比图3、图4，两者之间的不同在于：模拟量三取中功能块，当其中一个信号出现“坏质量”时，通常的做法是输出值采用另外两个信号的平均值；而三取二功能块中，当其中一个模拟量信号出现“坏质量”时，另外两个信号采用二取一的方式(防止保护拒动)。
如某一工艺保护逻辑采用仪表1、仪表2、仪表3三个模拟量信号。其中：仪表1出现故障，
其信号值变坏质量点；仪表2信号值高于设定值，仪表3信号值低于设定值。若采用图4的三取二逻辑组态方式，此时保护应动作，逻辑输出会触发连锁；若采用图3的三取中组态逻辑，此时输出状态取决于仪表2、仪表3信号值的平均值，保护不一定会动作，增加了保护连锁回路的拒动概率。
国家能源局《防止电力生产事故的二十五项重点要求》中9.4条“防止热工保护失灵”明确要求：“所有重要的主、辅机保护都应采用‘三取二’的逻辑判断方式，…，确因系统原因测点数量不够，应有防保护误动措施”。此处“三取二”不仅是开关量信号在控制器内部的运算形式，也包括模拟量信号的处理方式。许多项目组态设计没有认识到其中的差别，导致所有三信号冗余保护的机制全部采用三取中加阈值判断方式，实际上是存在隐患的。
3 三冗余保护常见问题及改进方案
模拟量信号三取二保护逻辑，因组态中细节部分设计不同，在保护策略上可能造成很大的差异，从而违背设计初衷。
3.1 传统三冗余保护逻辑使用中的问题
模拟量三取二保护逻辑一般配合信号质量判断完成信号选取输出。这种三冗余信号表决机制，实现的是在三个信号均正常的情况下，任意两个信号超出设定值，表决输出为“1”；否则输出为“0”。
某电厂辅机轴承温度保护信号采用如图5所示的强调防误动的三冗余保护逻辑。在正常运行中，该辅机设备轴瓦温度1变“坏质量”点后，轴瓦温度2、3因油脂恶化导致温度升高，温度2变化较快、反应及时，而温度3变化较慢。因现场采用了第一种方案的三取二逻辑，输出结果并未立即跳闸辅机，导致保护拒动将轴瓦烧损。
图5 强调防误动的三冗余保护逻辑图Fig.5 TMR protection logic emphasizing preventionof misoperation
3.2 风险分析
图5逻辑实现的功能是：当三个模拟量信号中出现一个“坏质量”点时，此路信号被置“0”；若使三取二功能块输出为“1”，则另外两个信号输出必须均为“1”，相当于此信号冗余机制变成了“二取二”，增加了保护拒动的概率。
对于模拟量信号“三取二”表决机制，还有强调防拒动的三冗余保护逻辑，如图6所示。
图6 强调防拒动的三冗余保护逻辑图Fig.6 TMR protection logic emphasizing preventionof refusal-operation
图6逻辑实现的功能是：当三个模拟量信号中出现一个“坏质量”点时，此路信号被置“1”，若使三取二功能块输出为“1”，则另外两个信号输出任一个为“1”，相当于此信号冗余机制变成了“二取一”，增加了保护误动的概率。
逻辑关系列真值表，计算可知两种方案的双冗余方式保护拒动、误动概率。“二取二”逻辑方案保护拒动概率75%；“二取一”逻辑方案保护误动概率75%。
这两种逻辑组态方案实现的功能，在模拟量信号“坏质量”时，输出结果可能是完全不一样的。“二取二”逻辑侧重防保护误动，但拒动概率较高；“二取一”逻辑强调防保护拒动，但误动率较高。故两种逻辑都是不完善的保护方案。其根源在于模拟量信号质量坏点后，从逻辑运算的角度却并未成为“坏质量”点，并参与了逻辑判断，因而得出不期望的结果。若不清楚这个区别，在逻辑组态中随意使用，会导致保护误动或拒动，系统可靠性降低。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议