摘要：火电机组主再热蒸汽温度骤降会导致机组汽轮机进水、大轴弯曲，对机组的安全运行带来严重危害。本文以大唐景泰发电厂2*660MW机组为例，着重介绍了主、再热蒸汽温度在10分钟内突然下降50度自动跳机保护逻辑在FOXBORO IA SERIES控制系统的实施，对实施过程中需要特别注意的问题进行了阐述，对使用FOXBORO IA控制系统的其他电厂实现该保护逻辑功能具有借鉴和参考意义。
关键词：主、再热蒸汽温度；10分钟；50度；IA SERIES控制系统
1 前言
汽轮机组正常运行时，如果主、再热蒸汽温度快速下降，极易产生蒸汽带水现象，水滴在高压状态下冲击高速旋转的汽轮机叶片，极易造成机组振动超限、叶片磨损、断裂，严重时甚至引起汽轮机大轴弯曲等重大设备损坏事故。同时，汽温的快速变化，也会导致叶片金属强度下降等隐性性能下降。因此，当汽温下降速度超过设定时，系统应该及时提醒运行人员手动调整或停机。
大唐景泰发电厂现有两台660MW超临界直接空冷燃煤机组，汽轮机为哈尔滨汽轮机厂有限责任公司制造的超临界、一次中间再热、单轴、三缸、四排汽、直接空冷凝汽式汽轮机，型号是CLNZK660-24.2/566/566，分别于2009年和2010年相继投产发电。两台机组主控分散控制系统（DCS）均采用上海福克斯波罗有限公司提供的IA Series系统，由于当时汽轮机厂家设计等方面的原因，两台机组均未设计主、再热蒸汽温度10分钟下降50度自动跳机功能。
国家电力公司《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》之第10项《防止汽轮机大轴弯曲、轴瓦烧损事故》第10.1.4.5条规定：“机组正常运行时，主、再热蒸汽温度在10分钟内突然下降50度，应立即打闸停机”。为了更好地贯彻执行二十五项反措的重点要求，保证汽轮机设备的安全，需要实施主、再热蒸汽温度在10分钟内下降50度报警功能，在主、再热蒸汽温度在10分钟内下降超过50度时触发ETS保护，打闸停机。
2 逻辑的实现
2.1 处理周期与相位的概念
由于FOXBORO IA SERIES控制系统中没有能够直接实现采集10分钟内某一参数变化率的功能组合模块，导致该条逻辑功能的实现存在困难。虽然DCS系统都配备历史库，可以对历史数据进行采集和保存，但是DCS系统作为实时控制系统，只能对实时的数据进行处理，无法调取历史数据进行逻辑运算。通过反复的研究和查找资料，发现通过对模块处理周期和相位的巧妙结合可以解决对10分钟内所有数据采集并保存，而且通过分批次处理的这些数据可以被引用参与数据运算。上海福克斯波罗有限公司编制的《I/A，S系统及应用》一书中对功能块组合的处理周期和相位做了以下解释：
Compound的处理周期（PERIOD）,其处理周期必须小于或等于它所包含的所有模块中的最小处理周期，以使所有模块都能得到处理。一般取默认值“1”，即它所在的控制处理机的基本处理周期。
相位（PHASE）:相位号，指定该组合模块的运行时间是否要延迟几个基本处理周期，以均衡控制处理机的负荷。相位的个数等于以秒为单位的处理周期乘以2，假如处理周期为5秒，则由0-9共10个相位。为避免出现混乱一般在模块中设相位，而在Compound中，PHASE中取默认值为“0”。
表1 处理周期与可用的相位值
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从表1我们可以看到，不同的周期值代表不同处理时间，例如周期值PERIOD取3时，代表组合模块的处理时间为2.0秒，相位可以取0，1，2，3四个值。从周期和相位的概念可以得知，相位的取值与控制处理机的基本处理周期息息相关。需要特别指出的是表中的相位值除周期值为0与9的其他参数都是以默认BPC＝0.5秒来设置的，但是在实际工程应用中，相位值的选取需要考虑实际控制处理机的BPC值，控制处理机的BPC数值不同，相位的可选择参数也会有所不同。例如，当控制处理机的BPC为0.1秒时，周期值取3，则可选的相位值可以选择0~9共10个数值，并非表1中所示的0~3。
2.2 基本模块的简要介绍
本逻辑的实施需要用到模拟信号输入模块（AIN）、信号选择模块（SIGSEL）、高级计算模块（CALCA）等功能块，都是在常规的逻辑组态中使用到的功能块。在逻辑组态完成后需要验证逻辑功能的正确性和完善性，将使用到超前/滞后动态补偿模块（LLAG）。AIN与CALCA模块在本逻辑中没有需要特别注意的参数，下面将重点介绍SIGSEL模块和LLAG模块在本逻辑实施中需要特别注意的参数。
2.2.1 SIGSEL 本模块根据用户的选择对多达8个模拟输入信号作高选、低选、中选或求平均值，将所选择的结果输出，并指出被选中的输入信号（除求平均值外），可将几个信号选择模块串接起来以实现多余8个输入信号的选择。
NUMINP 输入信号的个数，告诉模块总共用了几个输入。
BNDX 偏置索引，这是一个整形输入参数。在对8个以上信号作高选和低选时，允许模块被串接。如果BNDX不为0时，8个输入中任意一个被选中，则输出参数SELNDX的值等于被选中的输入信号的索引号加上BNDX的偏置值。说的明白一点，就是填入被串接的信号选择模块使用的输入个数。
CASNDX 串接索引号，原来知名被串接的或者说上游的信号选择模块中的哪路输入被选中（仅用于高选或低选）。简单地说，这里应该填入上游模块的SELNDX参数。
CASINP 串接输入，将被串接模块选中的“值”传送过来，即这里填入上游模块的OUT参数。
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2.2.2 LLAG 本模块可以使对输入信号的变化，用输出动态的超前/滞后于输入来进行动态补偿。当工作于超前/滞后方式时，模块输出的稳态值为输入信号的稳态值加上偏置值。
LGAIN 超前增益、定义输入瞬时变化与输出信号瞬时变化之间的增益系数。
LAGTIM 一阶惯性滞后的时间常数，定义输出随输入信号的阶跃变化，最终过渡到稳定值的过渡过程的时间常数。
LLOPT 超前/滞后选择，即定义模块在自动时的运行方式。该值为0即表示超前/滞后工作方式。
3 温度测点的选择
考虑到一般情况下，锅炉侧主、再热蒸汽温度下降速度远远大于汽机侧，为保证机组安全，防止汽轮机进水，汽机侧温度更能真实反映进入汽轮机的蒸汽温度，所以选择汽机侧主蒸汽温度测点作为保护引入测点。以主蒸汽温度10分钟下降50度为例，主蒸汽温度选取采用汽机侧三个主蒸汽温度，三选中得出最终主蒸汽温度作为后续的主蒸汽温度信号。逻辑实时具备坏点剔除及偏差大剔除功能，当有一个温度信号坏点、与其他两个信号偏差超过20度、升速率超过5℃/s三种情况中有任一情况发生将该测点自动剔除，剩余两个信号取大选出主蒸汽温度信号，保证了温度信号计算的正确性和可靠性，杜绝保护由于温度测点跳变等异常造成保护误动。
4 逻辑功能的实施（主蒸汽温度逻辑为例）
4.1 10分钟内数据的采集保存
利用常用的模拟量输入模块AIN适当修改模块周期值与相位参数即可完成10分钟前数据的存贮。从表1可知，当周期值为7时，处理周期为600秒即10分钟，表示数据每10分钟处理刷新一次，在10分钟内输出将不发生变化。。由于控制处理机的BPC为0.1，所以可以知道当周期值选择为7时，有0 ~5999共计6000个相位值可以选取。在周期值均为7的情况下，只要设置不同的相位号，便可采集10分钟前任意时刻的固定值。例如，当控制周期值为7，相位为10时，表示该数据为10分钟前第一秒的数据。当控制周期值为7，相位为600，表示该数据为10分钟前第1分钟的数据。当控制周期值为7，相位为5999，表示该数据为10分钟前最后0.1秒的数据。考虑到一般DCS的温度数据为1秒采集刷新一次，也为了在逻辑实施过程中尽量减少逻辑块，间隔1秒取一个数据，即相位值以10的倍数递增，需要特别提出的时，为了不遗漏10分钟内最后0.1秒的数据，最后的相位值为5999。通过这样的设置，可以通过601个模块，采集保存10分钟内的所有数据，并将这些数据引入逻辑运算进行处理计算。
4.2 10分钟内数据下降50度的逻辑功能实现
从二十五项反措的要求可以看到，该条逻辑不只是简单的每隔10分钟主、再热蒸汽温度下降50度，而是10分钟内只要有任一两个时刻的温度下降50度，就要立即打闸停机，所以需要时刻对10分钟内所有数据进行比较，一旦发现温度下降超过50度就要采取打闸停机 的措施。上一步实现了10分钟内所有数据的采集和保存，下一步我们需要实现10分钟内所有数据的比较判断，并在温度下降50度时输出跳闸信号触发机组ETS保护。利用SIGSEL模块的级联串接功能，将601个数据做取大的运算，选择的最大值与当前值做减法运算，当值大于50时输出越限报警。当主、再热蒸汽温度10分钟内下降大于等于50℃，保护动作 DCS 输出 3 个 DO 跳机指令，通过不同的 I/O 卡件，组成三取二逻辑送至 ETS跳机回路，防止一个卡件通道故障或输出继电器故障或一根电缆故障引起的保护误动或拒动。同时在DCS画面将10分钟内主、再热蒸汽温度10分钟的变化量直观的显示在画面，便于运行人员实时监视。在汽机光子报警中增加主、再热蒸汽温度10分钟下降40度及50度两级报警，在温度下降过快时提醒运行人员及时调整，控制温度，防止汽轮机运行工况的持续恶化，可以极大地提高汽轮机运行的安全性。
4.3 逻辑功能正确性和可靠性验证
由于保护逻辑涉及的功能块太多，组态量巨大，为了避免由于组态失误导致的功能不完善甚至错误，可以利用LLAG（超前/滞后动态补偿模块）模块动态的模拟主蒸汽温度10分钟内下降50的过程，超前增益（LGAIN）设置为1，一阶惯性滞后的时间常数（LAGTIM）设置为10，增加一个试验模块，模块类型设置为LLAG，将LLAG模块输出连接至下游模块主蒸汽温度信号总信号处，通过强制主蒸汽温度在10分钟内下降50度或小于50度的两种情况，看在下降过程中各模块的输出正确。通过温度测点动态变化的试验，验证结果完全符合要求。
5 结束语
主、再热蒸汽温度极巨下降50℃以上时，往往是发生汽轮机水冲击的先兆，严格实施25项反措要求，实现主、再热蒸汽温度10分钟下降50度保护对确保汽轮机安全运行是非常有必要的。该控制逻辑的实现与应用，对其他使用FOXBORO IA 系统的兄弟电厂具有借鉴和参考意义。
参考文献
[1] 国家电力公司《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》
[2] 查方兴.I/A Series 系统及应用,2006.
作者简介：
家应卓玛，2010年毕业于华北电力大学（保定）自动化专业，一直从事热控检修及DCS控制系统维护工作。
论文作者:家应卓玛
论文发表刊物:《电力设备》2019年第22期
论文发表时间:2020/4/13
标签：相位论文; 模块论文; 温度论文; 蒸汽论文; 周期论文; 汽轮机论文; 逻辑论文; 《电力设备》2019年第22期论文;