发电机组双冷水保护逻辑优化探讨

汪记收，王长友（.本钢板材股份有限公司计控厂，辽宁本溪70; .本钢板材股份有限公司发电厂，辽宁本溪70）



发电机组双冷水保护逻辑优化探讨

汪记收1，王长友2
（1.本钢板材股份有限公司计控厂，辽宁本溪117021; 2.本钢板材股份有限公司发电厂，辽宁本溪117021）

【摘要】结合一起发电机组双冷水中断事故案例，对双冷水保护逻辑进行探讨，提出优化原则、优化方案，从而降低双冷水保护误动与拒动的风险，从保护逻辑层面为机组安全稳定运行提高保障。

【关键词】双冷水中断保护;误动;拒动;逻辑

1　概述

2015年5月19日，某热电厂21#机组（CC50型）发生一起发电机定子线圈烧坏事故。

事后分析，此次事故乃是由以下诸因素叠加放大而成。

1#中继泵电机接线盒电缆接头短路（故障的诱因）致2#低压厂用变开关自动跳闸（越级跳闸），0#低压备用变联动后跳闸（均为过流保护动作）致380V二段母线瞬间失电；2#冷水泵断电跳闸后，1#冷水泵没能及时联动。岗位人员紧急投手动启动1#冷水泵，直流操作熔断器因启动冲击使熔丝熔断，冷水泵未能启动成功，使事故进一步扩大。

双冷水断水压力开关模板卡的底座松动，使冷却水压力开关未能发出压力低信号，其余保护信号因保护逻辑所限亦未能发出，致汽轮机、发电机跳闸保护拒动，没有实现断水保护（29 s动作）跳闸发电机功能。本次发电机定、转子断水时间18 min。

根据该型号机组《工艺技术规程》明确规定：“当冷却水压力下降0.2 MPa以下时并转子或静子冷却水流量下降5 t/h以下第15 s时，汽轮机保护应动作，调速汽门关闭，自动主汽门关闭，抽汽逆止电磁阀动作，各逆止门关闭，同时抽汽逆止门电磁阀锁住（待人为恢复）；发电机断水保护在第29 s时动作，断路器跳闸”。

从中继泵电机接线盒电缆接头短路开始直至发电机冷却水中断，最终导致发电机线圈烧坏的过程类似“蝴蝶效应”。

事发后，经过深入调研，发现双冷水中断保护逻辑的设计思路及其具体参数存在弊端。

2　原方案存在的弊端及优化原则

2.1原方案存在的弊端

仪控保护系统是机组主、辅设备安全平稳运行的保障；合理设置保护逻辑，在机组主、辅设备发生某些可能引发严重后果的故障时，及时引发预置的保护逻辑，从而停机待修，使事故可防、可控，可以避免重大人身伤亡或重大设备损坏。

在机组主、辅设备正常运行时，保护系统因自身故障而引起动作，造成主辅设备停运，称保护“误动”；在主、辅设备发生故障时，保护系统也发生故障而不动作，称保护“拒动”。

保护误动，将造成不必要的经济损失；保护拒动，将造成事态扩大乃至失控。

仪控保护误动、拒动的原因大致可以概括为：（1）DCS软件、硬件故障；（2）仪控元件故障；（3）电缆接线短路、断路、虚接；（4）仪控设备电源故障；（5）人为因素；（6）设备安装调试存在缺陷；（7）保护逻辑设置不合理。

本次事故中，因仪控元件故障与逻辑保护设置不合理，致使保护拒动。

在事发当时，CC50机组双冷水保护逻辑为（下文称此逻辑方案为“原方案”）：压力开关AND压力变送器AND（转子水流量OR定子水流量）。

双冷水中断保护逻辑如图1所示。

图1　原方案，双冷水中断保护逻辑示意图

如图1所示，双冷水中断致使机组保护动作的条件设置为：3个条件（冷却水压力开关、压力变送器及双冷水流量）的总逻辑关系为“与”。“与”逻辑关系意味着诸条件同时俱备，保护才动作；只要3个条件中某一个环节拒动，保护就会拒动。

这种设置理念是防止机组保护误动，有利于机组稳定运行，有利于保产保供；但是，有一利必有一弊，当机组确实处于危险状态，需要保安系统动作时，由于某一条件的某一个环节故障则导致机组保护拒绝动作，这正是本次事故中，在双冷水中断的情况下，保护拒动致发电机线圈损坏的原因。故此保护逻辑必须进行优化。

2.2保护逻辑优化的原则

同样是双冷水中断，机组误动、拒动，哪种情况风险更大？这要综合考虑以下情况：

机组阀门是否严密？机组声光报警系统是否完备好用？声光报警系统是否处于投入状态？值班员是否及时发现险情？值班员处于紧急情况下是否具备应变能力？在人的因素相同的条件下，针对阀门严密性的差异，比较如表1。

表1　“拒动”、“误动”的利弊

由表1可见：在机组阀门严密性充分保证的情况下，机组拒动的风险更大，其最大的风险是损坏发电机线圈；在机组阀门严密性不能保证的情况下，机组误动的风险更大，其最大的风险是机组超速飞车。

机组在投入运行之前，对其阀门（自动主汽门、调速汽门、抽汽逆止门）严密性必须经实验验证、确认，充分保证；即使如此，也不能保证在运行过程中不出现卡涩或迟缓或拒动现象。

综上，机组阀门（自动主汽门、调速汽门、抽汽逆止门）严密性难以充分保证，在误动的情况下，难以充分发挥人的作用，故误动的危害大于拒动的危害，两害相权取其轻，形成以下原则：

（1）在尽量避免“误动”风险的前提下兼顾降低“拒动”风险。

（2）全面衡量，不能为了规避一种风险而使另一种风险偏高。

3　对逻辑进行优化

3.1双冷水保护逻辑优化方案

从降低“误动”风险的角度考虑，对各条件进行组合，形成局部的“与”逻辑单元，降低“误动”的可能性；

从降低“拒动”风险的角度考虑，在各局部的“与”逻辑单元的总出口，一定要采用“或”逻辑关系，从而形成全局的“或”逻辑单元，降低“拒动”的可能性；

综上，提出CC50机组双冷水中断保护逻辑两个优化方案：

方案一：（压力开关AND转子水流量）OR（压力开关AND定子水流量）OR（转子水流量AND定子水流量）OR（压力变送器AND转子水流量）OR（压力变送器AND定子水流量）

方案一示意图如图2所示。

图2　方案一，双冷水中断保护逻辑示意图

方案二：压力开关AND（转子水流量OR定子水流量）OR压力变送器AND（转子冷却水OR定子冷却水）

方案二示意图如图3所示。

图3　方案二，双冷水中断保护逻辑示意图

3.2双冷水保护逻辑方案的比较

全面比较衡量上述方案，“方案一”误动风险及拒动风险均较低，故决定选择“方案一”。该方案的特点：

（1）双冷水保护的几个条件两两组合形成局部“与”逻辑单元，但是考虑到“压力开关”与“压力变送器”的信号取自同一个表管，为防止误动，这两个压力信号没有形成“与”逻辑单元。

（2）在各局“与”逻辑单元之间采用“或”逻辑关系，降低“拒动”的风险。

4　从分散风险的角度进行优化

任何设备无论多么先进都不能保证绝对可靠，都不能保证不出故障，可是，出现故障并非必然导致事故。对DCS控制系统进行全面审视、优化，将控制信号分散到更多的机架、板卡上，从而分散风险，降低误动、拒动的风险。针对双冷水中断事故，分散风险的具体做法如下：

（1）将双冷水中断保护的4个条件——压力开关、压力变送器、转子水流量、定子水流量分散到不同的模块上；

（2）冷水泵出口的两个压力开关（其一，压力低联动冷水泵的压力开关；其二，双冷水中断发出压力保护信号的压力开关）分散到不同的模块上。

（3）上述保护信号分散到不同的模块上之后，要求热工人员在处理相关缺陷，特别是换线时，切除保护，以防因24 V电源接地、短路引起保护误动。

5　从参数设置角度进行优化

CC50机组双冷水中断保护诸条件参数如表2。

表2　CC50机组双冷水中断保护诸条件参数

由表2可见：作为双冷水中断保护，似乎没有必要规定冷却水流量的上限？应该规定冷却水流量的下限？故提出建议：

（1）取消转子冷却水流量的上限值；

（2）转子冷却水流量的下限值暂定臆5 t/h。

6　结论

对机组保护逻辑进行优化，从逻辑框架、宏观层面上降低“误动”、“拒动”风险；从降低“误动”风险的角度考虑，对各条件进行组合，形成局部的“与”逻辑单元；从降低“拒动”风险的角度考虑，在各局部的“与”逻辑单元之间一定要采用“或”逻辑关系。

将控制信号分散到更多的机架、板卡上，从而分散风险，降低误动、拒动的风险。

对保护逻辑的具体参数进行完善，剔除不必要的条件，补充必要的条件。

[参考文献]

[1]刘桂荣.热工保护误动、拒动原因浅析及对策[P]. 2014年全国冶金企业热电专业年会论文集.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

作者简介：汪记收（1974耀）男，毕业于东北电力学院生产过程自动化专业，工学学士学位，工程师，现从事热工仪表及DCS系统维护工作。

收稿日期：2015-06-18

【中图分类号】TM31

【文献标识码】B

【文章编号】1006-6764（2015）10-0055-04