（山东电力工程咨询院有限公司 济南 250013）
摘要：针对目前火电机组锅炉跳闸硬回路设计特点和应用现状，介绍锅炉跳闸硬回路典型设计原理，着重分析锅炉跳闸硬回路的可靠性。对典型问题提出改进建议，尽可能避免保护系统拒动和误动，为火电厂完善锅炉跳闸硬回路控制方案提供参考。
关键词：MFT；硬回路；失电跳闸；带电跳闸；可靠性
1引言
锅炉炉膛安全监控系统（Furnace Safeguard Supervisory System，FSSS），是火电机组分散控制系统（DCS）的一个重要组成部分，起着锅炉安全监控和保护的重要作用，一旦有危及锅炉安全运行的工况发生，FSSS能快速输出跳闸指令，切断进入炉膛的燃料，避免锅炉发生爆炸等恶性事故。总燃料跳闸（Master Fuel Trip，MFT）是FSSS的核心功能，MFT跳闸回路的设计，在FSSS设计中极为重要，如果其拒动或误动，都会对锅炉及其辅助设备的安全造成重大影响。
为确保MFT跳闸回路的可靠性，主流FSSS设计方案中，MFT硬跳闸回路按互相冗余考虑，当其中一个回路失效时，另一个回路能及时安全地停止机组运行。实际应用中，为进一步提高MFT跳闸硬回路的可靠性，FSSS一般都设计为两路冗余的MFT跳闸硬回路。这两路跳闸硬回路的工作原理完全相同，工作回路完全独立，任意一路发生动作即导致锅炉跳闸。
本文针对典型MFT硬回路的工作原理和故障情况，对MFT跳闸硬回路可靠性进行分析，为机组跳闸硬回路的设计提供借鉴。
2锅炉跳闸硬回路的电源配置
2.1 电源类型选择
考虑到MFT软逻辑跳闸回路与跳闸硬回路的冗余性，这两路MFT跳闸回路的电源等级设计也是独立的，电压等级一般是不同的，且每个回路的电源均采用冗余电源供电，任一路电源丧生或恢复时不应误发动作指令。软逻辑跳闸回路采用220VAC UPS电源即DCS系统电源，而跳闸硬回路一般采用110VDC或220VDC电源。
MFT跳闸硬回路电源除采用直流电源外，也可采用双路交流电源，交流电源的主备电源切换通过电源自动切换装置切换，对于失电动作的MFT跳闸硬回路，在电源切换时有可能会导致MFT跳闸继电器的误动作。因此，失电动作设计的MFT跳闸硬回路不应采用交流电源。
2.2 电源可靠性配置
MFT跳闸硬回路常采用两路直流电源经二极管并列运行的馈电系统，两路电源的正极分别串接了一个二极管，负极也分别串联了一个与正极反向的二极管，经二极管自动高选后输出一路。根据二极管工作特性，正常情况下，两路直流电源始终有一路处于馈电工作状态，当此路电源出现故障，另一路电源经二极管迅速导通进入工作状态，两路直流电源通过二极管切换回路耦合实现互为冗余，保证MFT跳闸硬回路工作电源的不间断。
上述直流电源配置方案中，只要当前用电回路发生直流接地故障，另一路也会接地，两路直流系统会同时接地，系统电源有全部丧失的风险。显然，这样设计并没有实现两路电源真正的互为备用，易造成整个跳闸回路直流供电系统瘫痪，严重威胁机组的安全运行。二极管隔离在电气上不属于物理隔离，二极管切换回路耦合的直流电源结构，两路直流电源没有完全独立，并未实现真正隔离和闭锁。如果二极管发生故障被击穿，两路直流电源将直接并接形成环路，两段母线直接并联运行，有可能导致两路直流电源同时被拉垮，甚至有可能会危及电气侧直流屏长期稳定运行，机组运行存在极大的安全隐患
如何使两路直流电源彻底实现物理隔离，是提高直流供电可靠性的关键。MFT跳闸回路的直流电源设计，应取消二极管，把两路直流电源彻底分开。两套独立的110VDC或220VDC电源，分别为两组MFT跳闸继电器回路独立供电，每一路直流电源并配置一只电源监视继电器，继电器接点送DCS进行监视报警。采用2路直流电源分别对2套MFT跳闸硬回路独立供电，减少了电源切换装置这一故障点，避免了电源切换装置故障造成电源回路故障的隐患，这种设计的直流电源系统更具独立性、安全性，控制回路的可靠性更高。
3锅炉跳闸硬回路工作原理
锅炉跳闸硬回路主要包括MFT跳闸继电器、DCS输出MFT继电器和跳闸继电器至被跳设备三个动作回路。锅炉跳闸硬回路的设计通常有得电跳闸和失电跳闸两种方案。得电跳，即MFT指令使MFT跳闸继电器线圈带电，驱动现场相关设备实现跳闸。失电跳，在机组正常运行时，MFT跳闸继电器线圈处于常带电状态，机组发生跳闸时，MFT跳闸继电器线圈失电，相关设备跳闸动作。这两种方案的可靠性有所差异，下面对MFT回路的动作原理进行详细分析。
3.1 得电动作硬回路
得电跳闸硬回路设计，以接通回路电源进行跳闸为设计思想。MFT跳闸回路得电动作回路中，DCS输出MFT继电器触点与手动MFT按钮触点并联。其中，2个手动MFT按钮触点串联，DCS输出6个MFT动作的指令信号至6个MFT继电器，这6个继电器分别组成两个3取2表决回路，DCS输出MFT继电器可选择带电或失电动作。机组正常运行时，MFT硬跳闸继电器处于断电状态。
DCS输出MFT继电器采用带电跳闸方案时，上述回路中作3取2的MFT继电器触点采用常开触点，机组有触发MFT动作的信号出现时，MFT继电器线圈带电，其对应的常开触点闭合，驱动MFT跳闸继电器线圈带电动作，其接入相关设备跳闸回路的常开接点闭合，实现跳闸。
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DCS输出MFT继电器采用失电跳闸方案时，回路中的MFT继电器触点采用常闭触点，当机组正常运行时，DCS侧的3个MFT继电器线圈带电，DCS DO指令表征机组未发生MFT，其对应的常闭触点断开，MFT跳闸继电器线圈处于失电状态，相关设备跳闸回路不接通，设备正常运行；发生MFT时，MFT继电器线圈失电，其对应的常闭触点闭合，驱动MFT跳闸继电器线圈得电动作，其常开接点闭合，驱动相关设备实现跳闸。
得电跳闸设计方案中，MFT跳闸继电器的常开接点和DCS逻辑输出的正常停设备指令的常开接点并联后，再通过硬接线送至相应的设备终端回路。当DCS逻辑输出的正常停设备的指令信号或者MFT硬回路动作，均会驱动相关设备跳闸回路导通，实现跳闸。
3.2 失电动作硬回路
失电跳闸硬回路设计，以断开回路电源进行跳闸为设计思想。MFT跳闸回路得失动作回路中，DCS输出MFT继电器触点与手动MFT按钮触点串联。其中，2个手动MFT按钮触点并联，DCS输出MFT动作信号至6个MFT动作继电器，将每3个继电器一组，触点分别构成3取2动作回路，DCS输出MFT继电器也可选择带电或失电动作。机组正常运行时，MFT硬跳闸继电器长期带电。
DCS输出MFT继电器采用带电跳闸方案中，回路中作3取2的MFT继电器触点采用常闭触点，机组发生MFT时，DCS侧的MFT继电器线圈带电，其对应的常闭触点断开，MFT跳闸继电器线圈失电，其常闭接点驱动相关设备实现跳闸。
DCS输出MFT继电器采用失电跳闸方案中，MFT继电器触点采用常开触点，DCS DO指令表征未发生MFT，机组正常运行时，该继电器线圈带电，其对应的常开触点闭合，MFT跳闸继电器线圈处于得电状态，其常闭接点断开，相关设备跳闸回路不接通，设备正常运行；发生MFT时，MFT继电器线圈失电，其对应的常开触点断开，MFT跳闸继电器线圈失电，其接入相关设备跳闸回路的常闭接点闭合，实现跳闸。
失电跳闸设计方案中，MFT跳闸继电器的常闭接点和DCS逻辑输出的正常停设备指令的常开接点并联后，送至相应电气或热控控制回路中，跳闸对应设备。
4可靠性分析
MFT跳闸继电器采用失电动作设计，且DCS输出MFT继电器采用失电动作方式，MFT跳闸硬回路电源、DCS电源失去或跳闸回路中任何一点接触不良均会导致MFT误动作。因此，对于MFT跳闸硬回路采用失电跳闸的设计，DCS输出MFT继电器宜采用带电动作方式，以避免DCS电源失去或DCS侧接线松动引起的MFT误动。失电跳闸方案，MFT跳闸继电器线圈长期带电工作，继电器线圈的寿命和弹簧触点工作的可靠性、稳定性存在不确定因素，实际应用中，不宜采用失电跳闸方案。
由于实际应用中，双路直流电源分别对冗余的跳闸硬回路分别独立供电非常可靠，在此前提下，MFT跳闸继电器采用得电跳闸方式相对更可靠，但也应采取相关改进措施，以避免电源失去造成的拒动。MFT跳闸硬回路采用得电跳闸设计，可以避免失电跳闸方案中系统失电造成的MFT误动作，若DCS输出MFT继电器也采用得电动作方式，DCS电源或MFT跳闸硬回路电源失去均不会导致MFT误动。DCS电源失去时，可通过手动按钮触发MFT跳闸硬回路实现跳闸。对于MFT跳闸硬回路采用得电跳闸的设计，双按钮常开触点串联后，除了一副接点送入DCS SOE（事故追忆）之外，必须同时设计一副双按钮常开触点串联后的接点送入DCS，通过软逻辑触发MFT，这样，当MFT跳闸硬回路失电失效时，可通过手动按钮触发DCS控制逻辑实现跳闸。另外，MFT跳闸继电器宜采用具有手动跳闸的功能的继电器，当DCS电源与MFT跳闸硬回路电源同时失去时，MFT软硬跳闸回路都将拒动，系统处于失控状态，运行人员可通过手动扳动MFT跳闸继电器把手至跳闸位，实现跳闸。对于MFT跳闸硬回路采用得电跳闸的设计，若用户需要DCS控制器故障或DO卡件故障时，仍希望自动触发MFT跳闸回路，DCS输出MFT继电器应采用失电动作方式。
MFT跳闸硬回路去就地设备有两种接线设计方案，一种将MFT跳闸继电器接点和DCS输出正常停指令的接点相并联，设计一路电缆信号到设备的终端控制箱，以节省敷设的电缆成本；另一种是MFT跳闸继电器和DCS侧分别各敷设一路电缆信号到设备的终端控制箱，两路跳闸回路完全互为冗余，可靠性更高，实际工程设计中，宜采用后一种接线方案。
5结束语
锅炉MFT跳闸硬回路得电跳闸和失电跳闸两种方案的可靠性有所差异，合理设计MFT跳闸硬回路，能有效降低因保护回路故障引起拒动、误动的风险，保障机组的安全、可靠运行。对于追求“拒绝非停”要求的发电企业，由于失电跳闸方案中的继电器长期带电工作或回路故障易导致MFT误动，因此，在跳闸回路电源系统设计可靠的前提下，宜采用得电跳闸的方案，并应完善相关设计方案，在确保MFT不误动的前提下，尽可能地降低MFT拒动的可能性。通过本文对锅炉两种跳闸硬回路安全可靠性分析，旨在为发电企业MFT跳闸硬回路的设计或改造提供有益的借鉴。
参考文献：
[1] 靳允立．大机组MFT硬跳闸回路设计分析[J]．热力发电，2010，39（11）：73-76．
[2] 刘文丰，寻新，刘红旭．火电机组主保护硬回路典型设计及可靠性浅析[J]．热力发电，2013，42（10）：16-20．
作者简介：
魏静（1973.2-），男，工学硕士，高级工程师，从事电厂自动化系统的设计工作。
卢伟（1970-），女，高级工程师，主管电厂自动化系统的设计工作。
论文作者:魏静,卢伟
论文发表刊物:《电力设备》2017年第32期
论文发表时间:2018/4/17
标签：回路论文; 继电器论文; 触点论文; 电源论文; 常开论文; 线圈论文; 接点论文; 《电力设备》2017年第32期论文;