發電機組雙冷水保護邏輯優化探討

汪記收，王長友（.本鋼板材股份有限公司計控廠，遼寧本溪70; .本鋼板材股份有限公司發電廠，遼寧本溪70）

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發電機組雙冷水保護邏輯優化探討

汪記收1，王長友2
（1.本鋼板材股份有限公司計控廠，遼寧本溪117021; 2.本鋼板材股份有限公司發電廠，遼寧本溪117021）

【摘要】結合一起發電機組雙冷水中斷事故案例，對雙冷水保護邏輯進行探討，提出優化原則、優化方案，從而降低雙冷水保護誤動與拒動的風險，從保護邏輯層面為機組安全穩定運行提高保障。

【關鍵詞】雙冷水中斷保護;誤動;拒動;邏輯

1　概述

2015年5月19日，某熱電廠21#機組（CC50型）發生一起發電機定子線圈燒壞事故。

事后分析，此次事故乃是由以下諸因素疊加放大而成。

1#中繼泵電機接線盒電纜接頭短路（故障的誘因）致2#低壓廠用變開關自動跳閘（越級跳閘），0#低壓備用變聯動后跳閘（均為過流保護動作）致380V二段母線瞬間失電；2#冷水泵斷電跳閘后，1#冷水泵沒能及時聯動。崗位人員緊急投手動啟動1#冷水泵，直流操作熔斷器因啟動沖擊使熔絲熔斷，冷水泵未能啟動成功，使事故進一步擴大。

雙冷水斷水壓力開關模板卡的底座松動，使冷卻水壓力開關未能發出壓力低信號，其余保護信號因保護邏輯所限亦未能發出，致汽輪機、發電機跳閘保護拒動，沒有實現斷水保護（29 s動作）跳閘發電機功能。本次發電機定、轉子斷水時間18 min。

根據該型號機組《工藝技術規程》明確規定：“當冷卻水壓力下降0.2 MPa以下時并轉子或靜子冷卻水流量下降5 t/h以下第15 s時，汽輪機保護應動作，調速汽門關閉，自動主汽門關閉，抽汽逆止電磁閥動作，各逆止門關閉，同時抽汽逆止門電磁閥鎖住（待人為恢復）；發電機斷水保護在第29 s時動作，斷路器跳閘”。

從中繼泵電機接線盒電纜接頭短路開始直至發電機冷卻水中斷，最終導致發電機線圈燒壞的過程類似“蝴蝶效應”。

事發后，經過深入調研，發現雙冷水中斷保護邏輯的設計思路及其具體參數存在弊端。

2　原方案存在的弊端及優化原則

2.1原方案存在的弊端

儀控保護系統是機組主、輔設備安全平穩運行的保障；合理設置保護邏輯，在機組主、輔設備發生某些可能引發嚴重后果的故障時，及時引發預置的保護邏輯，從而停機待修，使事故可防、可控，可以避免重大人身傷亡或重大設備損壞。

在機組主、輔設備正常運行時，保護系統因自身故障而引起動作，造成主輔設備停運，稱保護“誤動”；在主、輔設備發生故障時，保護系統也發生故障而不動作，稱保護“拒動”。

保護誤動，將造成不必要的經濟損失；保護拒動，將造成事態擴大乃至失控。

儀控保護誤動、拒動的原因大致可以概括為：（1）DCS軟件、硬件故障；（2）儀控元件故障；（3）電纜接線短路、斷路、虛接；（4）儀控設備電源故障；（5）人為因素；（6）設備安裝調試存在缺陷；（7）保護邏輯設置不合理。

本次事故中，因儀控元件故障與邏輯保護設置不合理，致使保護拒動。

在事發當時，CC50機組雙冷水保護邏輯為（下文稱此邏輯方案為“原方案”）：壓力開關AND壓力變送器AND（轉子水流量OR定子水流量）。

雙冷水中斷保護邏輯如圖1所示。

圖1　原方案，雙冷水中斷保護邏輯示意圖

如圖1所示，雙冷水中斷致使機組保護動作的條件設置為：3個條件（冷卻水壓力開關、壓力變送器及雙冷水流量）的總邏輯關系為“與”。“與”邏輯關系意味著諸條件同時俱備，保護才動作；只要3個條件中某一個環節拒動，保護就會拒動。

這種設置理念是防止機組保護誤動，有利于機組穩定運行，有利于保產保供；但是，有一利必有一弊，當機組確實處于危險狀態，需要保安系統動作時，由于某一條件的某一個環節故障則導致機組保護拒絕動作，這正是本次事故中，在雙冷水中斷的情況下，保護拒動致發電機線圈損壞的原因。故此保護邏輯必須進行優化。

2.2保護邏輯優化的原則

同樣是雙冷水中斷，機組誤動、拒動，哪種情況風險更大？這要綜合考慮以下情況：

機組閥門是否嚴密？機組聲光報警系統是否完備好用？聲光報警系統是否處于投入狀態？值班員是否及時發現險情？值班員處于緊急情況下是否具備應變能力？在人的因素相同的條件下，針對閥門嚴密性的差異，比較如表1。

表1　“拒動”、“誤動”的利弊

由表1可見：在機組閥門嚴密性充分保證的情況下，機組拒動的風險更大，其最大的風險是損壞發電機線圈；在機組閥門嚴密性不能保證的情況下，機組誤動的風險更大，其最大的風險是機組超速飛車。

機組在投入運行之前，對其閥門（自動主汽門、調速汽門、抽汽逆止門）嚴密性必須經實驗驗證、確認，充分保證；即使如此，也不能保證在運行過程中不出現卡澀或遲緩或拒動現象。

綜上，機組閥門（自動主汽門、調速汽門、抽汽逆止門）嚴密性難以充分保證，在誤動的情況下，難以充分發揮人的作用，故誤動的危害大于拒動的危害，兩害相權取其輕，形成以下原則：

（1）在盡量避免“誤動”風險的前提下兼顧降低“拒動”風險。

（2）全面衡量，不能為了規避一種風險而使另一種風險偏高。

3　對邏輯進行優化

3.1雙冷水保護邏輯優化方案

從降低“誤動”風險的角度考慮，對各條件進行組合，形成局部的“與”邏輯單元，降低“誤動”的可能性；

從降低“拒動”風險的角度考慮，在各局部的“與”邏輯單元的總出口，一定要采用“或”邏輯關系，從而形成全局的“或”邏輯單元，降低“拒動”的可能性；

綜上，提出CC50機組雙冷水中斷保護邏輯兩個優化方案：

方案一：（壓力開關AND轉子水流量）OR（壓力開關AND定子水流量）OR（轉子水流量AND定子水流量）OR（壓力變送器AND轉子水流量）OR（壓力變送器AND定子水流量）

方案一示意圖如圖2所示。

圖2　方案一，雙冷水中斷保護邏輯示意圖

方案二：壓力開關AND（轉子水流量OR定子水流量）OR壓力變送器AND（轉子冷卻水OR定子冷卻水）

方案二示意圖如圖3所示。

圖3　方案二，雙冷水中斷保護邏輯示意圖

3.2雙冷水保護邏輯方案的比較

全面比較衡量上述方案，“方案一”誤動風險及拒動風險均較低，故決定選擇“方案一”。該方案的特點：

（1）雙冷水保護的幾個條件兩兩組合形成局部“與”邏輯單元，但是考慮到“壓力開關”與“壓力變送器”的信號取自同一個表管，為防止誤動，這兩個壓力信號沒有形成“與”邏輯單元。

（2）在各局“與”邏輯單元之間采用“或”邏輯關系，降低“拒動”的風險。

4　從分散風險的角度進行優化

任何設備無論多么先進都不能保證絕對可靠，都不能保證不出故障，可是，出現故障并非必然導致事故。對DCS控制系統進行全面審視、優化，將控制信號分散到更多的機架、板卡上，從而分散風險，降低誤動、拒動的風險。針對雙冷水中斷事故，分散風險的具體做法如下：

（1）將雙冷水中斷保護的4個條件——壓力開關、壓力變送器、轉子水流量、定子水流量分散到不同的模塊上；

（2）冷水泵出口的兩個壓力開關（其一，壓力低聯動冷水泵的壓力開關；其二，雙冷水中斷發出壓力保護信號的壓力開關）分散到不同的模塊上。

（3）上述保護信號分散到不同的模塊上之后，要求熱工人員在處理相關缺陷，特別是換線時，切除保護，以防因24 V電源接地、短路引起保護誤動。

5　從參數設置角度進行優化

CC50機組雙冷水中斷保護諸條件參數如表2。

表2　CC50機組雙冷水中斷保護諸條件參數

由表2可見：作為雙冷水中斷保護，似乎沒有必要規定冷卻水流量的上限？應該規定冷卻水流量的下限？故提出建議：

（1）取消轉子冷卻水流量的上限值；

（2）轉子冷卻水流量的下限值暫定臆5 t/h。

6　結論

對機組保護邏輯進行優化，從邏輯框架、宏觀層面上降低“誤動”、“拒動”風險；從降低“誤動”風險的角度考慮，對各條件進行組合，形成局部的“與”邏輯單元；從降低“拒動”風險的角度考慮，在各局部的“與”邏輯單元之間一定要采用“或”邏輯關系。

將控制信號分散到更多的機架、板卡上，從而分散風險，降低誤動、拒動的風險。

對保護邏輯的具體參數進行完善，剔除不必要的條件，補充必要的條件。

[參考文獻]

[1]劉桂榮.熱工保護誤動、拒動原因淺析及對策[P]. 2014年全國冶金企業熱電專業年會論文集.2014年10月版.

Optimization of the Double Cold Water Protection Logic of Power Generators

Wang Jishou1, Wang Changyou2
（1. Measurement and Control Plant of Benxi Steel Plate & Sheet Co., Ltd.; 2. Power Plant of Benxi Steel Plate & Sheet Co., Ltd., Benxi, Liaoning 117021, China）

[Abstract]The double cold water protection logic is discussed with reference to a dou-ble cold water interruption accident in a power generating unit. Optimization principle and program are put forward to reduce unwanted action of double cold water protection and en-sure safe and stable operation of the unit from the aspect of protection logic.

[Keywords]interruption of double cold water protection; unwanted action; failure to op-erate; logic

作者簡介：汪記收（1974耀）男，畢業于東北電力學院生產過程自動化專業，工學學士學位，工程師，現從事熱工儀表及DCS系統維護工作。

收稿日期：2015-06-18

【中圖分類號】TM31

【文獻標識碼】B

【文章編號】1006-6764（2015）10-0055-04