關于MFT控制邏輯及硬回路的合理設置分析

辛 巖，徐 兵，張秋慧，周 博

(1.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006；2.國網遼寧省電力有限公司檢修公司，遼寧 沈陽 110006；3. 國網沈陽供電公司，遼寧 沈陽 110003)

1 概述

目前發電企業已進入大機組、高參數、高自動化階段[1]，單元火力發電機組的設計中，大都采用DCS來完成MFT功能，隨著DCS系統不斷成熟與完善，為MFT的實現提供了可靠的保障，在實際的調試運行過程中，當出現危險情況時，MFT系統能及時動作，切斷主燃料并且動作相關設備，這種典型的MFT系統可以有效實現對鍋爐的保護[2]。MFT動作將快速切斷所有進入爐膛的燃料，即切斷所有煤或者油的輸入，并送信號給其他設備，以保證鍋爐的安全，避免事故的發生或限制事故進一步擴大[3]。

現代大型火電機組大多設有MFT保護，并且采用DCS控制邏輯及硬跳閘回路2路保護設置，只要其中任何一路保護動作，MFT保護功能就會動作，保證機組快速安全停止，保護機組安全。但由于機組投運的時間不同，機組型號的不同，以及機組DCS控制設備不同，導致MFT設置不盡相同，有些甚至設置錯誤，無法保證機組安全。本文通過分析不同電廠MFT設置，根據規程的要求，闡述MFT軟件及硬件的合理設置方式。

2 MFT軟件與硬件設置之間的聯系

現代大型火電機組通常采用軟件與硬件2套保護設置，當其中任何一路動作時，其保護功能就應該動作。軟件設置通常由DCS控制邏輯實現，DCS控制系統通過對不同信號的處理，設置必要的跳閘條件，當其中任一跳閘條件滿足時，MFT就應動作，其動作信號通過DCS控制邏輯，采用DCS內部通信或者盤間硬接線的方式來觸發相應的設備跳閘，并輸出MFT跳閘信號。硬件設置通常采用硬跳閘繼電器柜來實現，觸發硬跳閘柜動作的信號一般有3個：DCS發出的MFT跳閘信號、手動MFT信號、FSSS主保護控制柜失電信號，當任何一個信號滿足時，硬跳閘柜觸發動作，并通過硬跳閘柜的繼電器輸出，停止或關閉相關的設備，實現MFT保護功能。這樣的設置既能保證機組在失去硬跳閘柜時，能通過DCS控制邏輯實現跳閘功能，又能保證在失去FSSS主保護控制時，通過運行手動跳閘按鈕觸發硬跳閘繼電器柜動作，實現保護功能，保證2套設置彼此獨立又相互聯系，確保MFT跳閘功能的可靠性，為機組安全提供保障。

3 MFT軟件控制邏輯設置

對不同機組，由于機組型號不同，點火方式不同，其MFT控制跳閘邏輯也不相同，但對于大多數機組而言，其跳閘條件至少包括以下幾種保護。

a. 手動停爐按扭。

b. 全爐膛火焰喪失。

c. 爐膛壓力過高/過低。

d. 汽包水位過高/過低(汽包爐)。

e. 給水泵全停或給水流量過低(直流爐)。

f. 全部送風機停運。

g. 全部引風機停運。

h. 煤粉燃燒器投運時，全部一次風機停運(中速磨制粉系統)。

i. 燃料全部中斷。

j. 總風量過低。

k. 脫硫跳閘。

針對上述必要條件，在DCS控制邏輯中合理設置跳閘條件。

a. 手動停爐按扭。運行人員通過按下操作盤的兩個MFT動作按鈕來實現跳閘功能，其控制邏輯如圖1。

圖1 手動停爐按扭邏輯圖

b. 全爐膛火焰喪失。在鍋爐點火之后，若火檢火焰全部喪失，則發出跳閘信號，其控制邏輯中全部油火焰無火如圖2所示，全部煤火焰無火如圖3所示，失去全部火焰如圖4所示。

圖2 全部油火焰無火邏輯圖

圖3 全部煤火焰無火邏輯圖

圖4 全部火焰無火邏輯圖

c. 全部送風機停運。當全部送風機停止時，觸發MFT跳閘，控制邏輯如圖5所示。

圖5 全部送風機停運邏輯圖

d. 爐膛壓力過高。當爐膛壓力過高時，觸發MFT跳閘，控制邏輯如圖6所示。

圖6 爐膛壓力過高邏輯圖

e. 燃料全部中斷。在鍋爐點火之后，若煤層和油層燃料全部喪失，則發出跳閘信號，其控制邏輯如圖7所示。

圖7 燃料全部中斷邏輯圖

4 MFT硬跳閘柜設置

根據規程要求，鍋爐MFT發生后，必須經爐膛吹掃后，方可進行鍋爐點火。并可保證當DCS完全失靈后，仍能滿足上述要求。因此，對MFT跳閘控制邏輯的硬接線回路及其相應的控制邏輯，應滿足如下要求。

a. DO通道的設置。3個DO點應分別位于3個DO卡件中，且盡可能在不同的分支或框架內，以保證冗余的可靠性。

b. 硬接線控制邏輯的設置。能保證當DCS失靈(死機)后，當手動緊急停爐按扭指令發出后，跳閘繼電器可實現自保持。

典型的硬回路原理如圖8所示。

圖8 MFT硬回路原理圖

需要注意的是，MFT動作后，其跳閘繼電器至少必須保證要有3 min的合閘狀態，以保證跳閘后的所有聯鎖被可靠執行。另外，為滿足機組檢修時的需要，在必要時人工復位硬跳閘柜，保證設備能夠正常調試。為實現上述功能，有2種設置方式。第1種是利用繼電器回路實現自保持，在回路中增加自保持繼電器或者輸出繼電器選擇帶復位功能的繼電器，當觸發MFT的信號發出時，硬跳閘柜動作并且實現自保持，只有復位信號且無跳閘信號時，硬跳閘柜復位，在檢修時，可以人工進行復位，滿足調試的要求。另一種是硬跳閘柜不能實現自保持，這樣必須保證觸發硬跳閘柜的信號至少保持3 min，保證跳閘設備能夠正確跳閘，3 min后自動復位。

復位指令的設置：對于帶自保持功能的硬跳閘柜，其復位指令必須由DCS發出“吹掃完成”信號后才能復位，如圖9所示。但在檢修時，需要進行人工復位，這樣就需要必要的按鈕或者人為短接復位節點來實現復位功能。

圖9 MFT復位邏輯圖

5 軟、硬件常見的問題及解決方法

5.1 軟件

a. 信號的選取要采用冗余的原則，既要信號測點數量冗余，又要保證信號測點的通道冗余。例如，全部送風機全停或全部引風機全停，早期的機組只選擇風機的停止信號“與”的方式作為保護輸出，一旦因為電氣原因或者測點接線松動，極易造成信號無法發出，導致保護拒動。合理的設置方式是選擇風機的停止信號、風機運行信號的“非”、風機的電流低信號，這3個信號進行三取二作為保護輸出，這樣的設置保證了信號的冗余性，有效保證了保護的拒動和誤動的合理性。

b. MFT控制邏輯總出口要用到RS觸發器，其功能必須要設置為S端優先的觸發器。若用R端優先的觸發器，會導致復位信號優先于置位端，在一些特殊情況下會導致MFT沒有進行實際的吹掃就復位，這是不符合要求的，設置為S端優先，就會避免這樣的問題，保證在有跳閘條件的情況下不會復位MFT跳閘指令。

c. MFT復位信號必須是吹掃完成信號，或者吹掃完成“與”人工復位信號。機組發生MFT跳閘后，管道內有殘存的可燃物，MFT不通過人工吹掃而人工直接復位，極端情況下會導致機組爆燃，對機組的安全造成極大的威脅。另外，規程上也有明確的要求，必須進行吹掃后進行復位。

5.2 硬跳閘柜

a. 觸發信號只選取DCS控制邏輯中MFT跳閘信號輸出。這種設置方式，只有在DCS控制邏輯正常的情況下才能起作用，當DCS中的FSSS控制柜失電或者故障，硬跳閘柜將失去作用，無法滿足硬件與軟件相對獨立的原則。要增加FSSS控制柜失電和運行MFT操作按鈕這2個信號，保證在DCS失靈或者失電的情況下，運行人員可進行人為干預，保證在極端情況下仍能實現MFT跳閘功能。

b. 硬跳閘柜電源要設置合理。硬跳閘柜一般采用1套硬件跳閘2路冗余電源，或者2套硬件跳閘2路冗余電源的配置方式，電源一般選擇220 V交流電或110 V直流電。不管用哪種方式，必須保證不能因為1路電源失電而導致跳閘功能失靈。對于1套硬件跳閘2路冗余電源的配置，可以讓電源冗余，只要任一1路電源正常就能保證硬跳閘柜正常動作；對于2套硬件跳閘2路冗余電源的配置，可以讓其中1路電源為其中1套硬件供電，另外1套電源對應另外1套的設置方式。

c. 硬跳閘柜應選擇帶電跳閘方式。若選擇失電跳閘方式，一旦硬跳閘柜失電就會導致MFT動作，機組誤動，對機組的安全運行造成威脅。選擇帶電跳閘，硬跳閘柜失電后DCS控制邏輯還在起作用，不會失去MFT保護功能，所以帶電跳閘更為合理。

6 MFT保護控制畫面

圖10 MFT保護畫面

MFT保護畫面要簡要明確，其中要包括以下幾個內容。

a. 保護跳閘條件的當前動作狀態。

b. 保護跳閘條件投切狀態。

c. 保護跳閘條件保護首出狀態。

d. MFT總輸出狀態。

e. 硬跳閘柜當前動作狀態。

f. 硬跳閘柜電源狀態。

圖10為某電廠MFT保護畫面。

7 結束語

機組安全性是系統在運行過程中表現出來的一種特性[4]，MFT保護作為機組的主保護，必須要合理設置，要在DCS控制軟件及硬跳閘柜2個方面進行檢查，保證其功能的完善性和設置的合理性，這樣才能保證機組的安全穩定運行[5]。

[1] 蔣大偉，于龍斌. 汽輪發電機安全運行極限圖繪制方法[J]. 東北電力技術，2016，37(7):9-10.

[2] 劉文豐，尋 歡. 火電機組主保護硬回路典型設計及可靠性分析[J]. 中國電力，2013，17(2)：29-30.

[3] 董勝元. 國華滄電二期超臨界機組鍋爐MFT系統可靠性分析[J]. 電站系統工程，2012，31(20)：38-39.

[4] 蔡 幟，戴 賽，趙 昆. 未來國內電網調度與控制模式展望[J]. 東北電力技術，2016，37(8)：1-2.

[5] 王 禮，劉國華，揭其良. 超超臨界燃煤機組AGC及一次調頻優化[J]. 東北電力技術，2015，36(7)：1-2.