提高熱工控制系統(tǒng)生產(chǎn)安全性的措施研究

摘 要：隨著熱電廠機組容量的不斷增加，熱工控制系統(tǒng)的設計越來越復雜。發(fā)電過程智能化控制是熱工控制系統(tǒng)設計人員必須具備的一項基本技能，熱工控制自動化系統(tǒng)通常是通過分散控制系統(tǒng)（DCS）來實現(xiàn)的。本文結(jié)合現(xiàn)代工業(yè)主流的分散控制系統(tǒng)在電廠自動控制方面的應用，分別從超馳保護、信號選擇、限制輸出等角度，提出了提高熱工控制系統(tǒng)生產(chǎn)安全性的措施。經(jīng)生產(chǎn)實踐檢驗，熱工控制系統(tǒng)運行效果良好，生產(chǎn)安全性顯著提高。

關鍵詞：分散控制系統(tǒng);超馳保護;限制輸出;信號自動選擇;失靈保護

中圖分類號：TK32文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）08-0141-03

Research on Measures to Improve Production Safety of Thermal Control System

HE Youshan

（Xuchang Xuji Wind Power Technology Co.， Ltd.，Xuchang Henan 461000）

Abstract： With the increasing capacity of thermal power plant units， the design of thermal control systems is becoming more and more complex. Intelligent control of the power generation process is a basic ability that designers of thermal control systems must have， thermal control automation systems are usually implemented through the distriuted control system （DCS）. Based on the application of the DCS in the modern industry in the automatic control of power plants， this paper proposed measures to improve the production safety of the thermal control system from the perspectives of override protection， signal selection， and output limitation. The production practice test shows that the thermal control system works well and production safety is significantly improved.

Keywords： DCS;over ride protection;output restriction;automatic signal selection;failure protection

近年來，熱電廠機組容量不斷增加，熱工控制系統(tǒng)的設計越來越復雜。目前，熱電廠熱控自動化系統(tǒng)通常是采用分散控制系統(tǒng)（DCS）等控制系統(tǒng)實現(xiàn)的，有研究[1-2]闡述了分散控制系在電廠方面的應用，還有研究[3-8]對自動控制系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性進行了分析和探討。發(fā)電過程智能化控制是熱工控制系統(tǒng)設計人員必須具備的一項基本技能。熱工控制系統(tǒng)的生產(chǎn)安全性主要包括熱工控制方案設計和自動化系統(tǒng)儀表本身可靠性兩個方面[9]。本文結(jié)合現(xiàn)代工業(yè)主流的分散控制系統(tǒng)（DCS）在電廠自動控制方面的應用，采用舉例的方法，分別從超馳保護、信號選擇、限制輸出等角度，提出了提高熱工控制系統(tǒng)生產(chǎn)安全性的有效措施，并將其應用于生產(chǎn)實踐，獲得了良好的控制效果。

1 系統(tǒng)介紹

分散控制系統(tǒng)采用雙以太網(wǎng)冗余數(shù)據(jù)通信技術，有利于提高工業(yè)控制過程信息傳輸?shù)目煽啃院蜕a(chǎn)安全性，目前已廣泛用于電站的分散控制、變電站監(jiān)控、電網(wǎng)自動化以及其他工業(yè)過程自動化控制等領域。典型的分散控制系統(tǒng)結(jié)構如圖1所示。

2 提高系統(tǒng)生產(chǎn)安全性的措施

大規(guī)模集成電路技術及自診斷技術的發(fā)展，使得熱工控制系統(tǒng)的生產(chǎn)安全性有了很大的提高。李春霞等人[10]在智能化儀器儀表可靠性方面進行了技術研究和實踐應用，張元亮等人[11]在自動化儀表可靠性方面進行了分析，本文不再贅述，僅從以下幾個方面研究提高熱工控制系統(tǒng)生產(chǎn)安全性的措施。

2.1 重要設備的超馳保護措施

對于重要的設備或執(zhí)行機構，控制系統(tǒng)常設計有超馳保護措施，此種保護不經(jīng)過控制系統(tǒng)，直接作用于操作器，它超過自動/手動操作站，直接控制重要設備或調(diào)節(jié)機構等，因此，不論是在自動還是在手動狀態(tài)，超馳保護信號均起作用，在運行中具有最高優(yōu)先級[12]。在正常運行工況下，超馳保護不起任何作用。

某電廠鍋爐煮爐期間，爐膛內(nèi)加熱器發(fā)生爆管事故，相關測量參數(shù)曲線如圖2所示。分析發(fā)現(xiàn)，事故原因是鍋爐煮爐方案不合理、操作不當，導致蒸汽系統(tǒng)超溫超壓，最終引發(fā)爆管事故。因此，應從本質(zhì)安全角度考慮重要設備或執(zhí)行機構，增加超馳保護措施。

下面以一臺給煤機入口擋板的超馳保護措施為例，簡要介紹超馳保護措施的應用，如圖3所示。當鍋爐發(fā)生事故、主燃料跳閘（MFT動作）時，鍋爐熄火會引起爐膛壓力大幅下降。為了防止給煤機爐膛內(nèi)爆或外爆，必須馬上關閉給煤機擋板，停止繼續(xù)向爐膛內(nèi)送煤，在設計中采取超馳關信號對給煤機入口擋板進行控制。

2.2 對控制系統(tǒng)輸出的限制措施

生產(chǎn)過程有時要求對某些控制器輸出加以不同的限制。例如，引風機擋板不能開得太小，否則會引起外爆，但也不能開得太大;送風機擋板開度不能關得太小，以免引起熄火;給煤機變頻器啟動后，變頻器過低頻率運轉(zhuǎn)會導致給煤機電機瞬間電流超過保護定值而出現(xiàn)跳閘，因此，不能將變頻器轉(zhuǎn)速從零緩慢增加，必須將變頻器轉(zhuǎn)速設定在一個安全工作區(qū)域，此區(qū)域由變頻器的最低轉(zhuǎn)速、最高轉(zhuǎn)速、上限特性、下限特性等確定，變頻器運行時，它的工作點不能超越此安全區(qū)域，否則，變頻器啟動電流遠超過保護定值，會導致啟動失敗故障。圖4為某火電廠一臺給煤機變頻器輸出限制措施的設計方案，其應用到工程實踐中后取得了良好的控制效果。

2.3 采用多變送器測量同一參數(shù)的測量系統(tǒng)

為了提高熱工控制系統(tǒng)測量數(shù)據(jù)的可靠性，對系統(tǒng)運行影響大的參數(shù)，通常采用兩個或多個變送器來測量，如主汽溫度、汽包水位等。同時，在測量控制方案設計中，人們需要采用特殊的設計技術。

下面以三變送器信號自動選中的測量系統(tǒng)進行簡要說明，在三變送器正常工作時，可以通過控制系統(tǒng)軟件組態(tài)設計，通過三個大選和一個小選，自動選擇出中值。如果三個變送器中有一個發(fā)生故障，其輸出變成零，這時，本測量系統(tǒng)仍能自動選中值變送器輸出。同時，偏差報警器送出信號報警，以便熱工人員檢修。熱工人員還可以通過切換器選擇任一正常變送器工作。

2.4 防止執(zhí)行機構故障引起控制系統(tǒng)失靈的保護

熱工控制系統(tǒng)中，有時主輔機未發(fā)生故障，但執(zhí)行機構卡死或啟動電流瞬間過大引起設備故障跳閘等，影響機組安全運行。因此，在控制器輸出與執(zhí)行機構位置反饋之間設有偏差大保護措施。一旦發(fā)生此種事故，就將控制系統(tǒng)由自動切換為手動，以防止事故擴大。

3 結(jié)語

本文提出的分散控制系統(tǒng)生產(chǎn)安全性措施，已經(jīng)成功應用于大型發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)工程項目，能夠有效提高發(fā)電廠的生產(chǎn)安全性，減少系統(tǒng)故障率、人員勞動強度和設備運維成本，適用于推廣到工業(yè)控制領域。本文闡述的一些措施可供同行在進行熱工控制系統(tǒng)設計時參考。

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