DCS系统中热工保护的设置方法

林 岩，辛 岩

(1.国家电投内蒙古公司，内蒙古 通辽 028000；2.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006)

1 热工保护概述

现代大型火电机组[1]主要由锅炉、汽轮机、发电机3部分组成，其中发电机由于其自身特点，跳闸保护间隔要求在毫秒级别，DCS控制周期很难满足要求，所以发电机保护由专门的设备和控制装置来实现保护功能，对于DCS中设置的保护，主要是指锅炉和汽轮机这2部分的保护。DCS保护按设备分类主要包括锅炉主保护、汽轮机主保护、辅机保护3部分。完善的保护功能除了保证保护动作的正确性外，保护信号设置要合理，另外还要保证有必要的提示功能，包括保护信号当前状态显示、保护投切显示、保护首出显示等重要信息。

2 保护条件的合理设置

保护条件设置是否正确，直接关系到机组设备能否安全稳定运行。以下通过实例来对比说明如何正确设置保护条件。

a.保护信号冗余设置。为防止设备的拒动或误动[2]，一般采用冗余信号3取2的设置方式。如锅炉主保护中的“炉膛压力高高”保护条件，通过就地信号采集，输入3个炉膛压力高高信号，当其中任意2个信号动作时，触发保护动作，其真值表如表1所示。由表1可看出，对于信号状态的不同组合，其保护输出状态各占50%，即保护拒动和误动的概率分别为50%，能够满足实际要求。

表1 保护动作真值表

b.温度保护信号要有坏点切除和速率大切除。坏点切除是指在温度测点故障不能正常反映实际就地状态的情况下，该测点保护切除；速率大切除是指温度变化率(每秒温度变化的差值)大于某一设定值时，保护切除。需要注意的是速率大并不代表测点故障，有可能真实发生了电机烧瓦的事故，所以必须正确设置速率保护切除参数，根据经验此参数一般设置为15 ～30 ℃/s。

c.保护信号选取要合理。例如电动门的“已开”和“已关”信号，不能简单认为是逻辑上的取反关系，这两个信号反映的是设备2个不同状态。如密封风机跳闸保护其中1条为“密封风机运行10 s后入口门仍关闭”，其实质内容是在密封风机运行后10 s，入口门仍然没有离开关位，即入口门未动作，此时必须用入口门“已关”信号；如果用“已开”的取反信号，则表示的是“密封风机运行10 s后入口门未完全打开”，这2种表达的逻辑意义是完全不同的2个概念，必须要合理选择信号才能表达出正确的保护跳闸含义。

d.保护条件要进行合理的脉冲信号处理。例如密封风机跳闸保护其中1条为“2台一次风机全停”，这条保护含义是在密封风机运行的情况下，当跳闸条件触发时，密封风机跳闸；在2台一次风机停止的条件下是可以启动密封风机的，所以不能用长信号来作为跳闸条件，必须用脉冲信号。否则将导致因存在跳闸条件而不能正常启动情况的发生。

e.保护条件要进行合理的延时信号处理。延时的作用是当跳闸条件满足后经过一段设定的时间才触发跳闸条件，其作用是保证保护信号真实准确反映就地情况再触发保护动作，防止信号抖动而引起设备误动情况的发生。例如重要辅机的温度保护，都要设置3～5 s的延时，保证真实温度高于设定值时，触发设备跳闸，保证机组安全，防止误动事故的发生。

3 热工保护在DCS组态中的实现方法

以下以密封风机保护为例，来具体说明热工保护在DCS组态中的实现方法。密封风机保护包括3个条件：密封风机运行10 s后入口门仍关闭、2台一次风机全停、轴承温度保护。具体实现步骤如下。

a.保护信号当前状态。信号经过DCS逻辑判断后所得出的跳闸保护信号，反映实际状态。设置此中间点的目的是帮助提示运行人员当前保护条件的状态。对于密封风机保护而言，其保护信号判断方式如图1所示。

图1 密封风机保护信号

b.保护投切。在保护投入的情况下保护信号触发后，密封风机跳闸；若保护未投入，即使保护信号触发，密封风机也不会跳闸。保护投切设置的目的是在设备故障的情况下切除保护，防止因DCS信号故障而引起设备误动，使检修维护人员在故障情况下可以对机组重要设备进行检修维护，保证机组安全运行。对于密封风机保护投切而言，需在保护信号后“与”上一个投切按钮，默认值为“1”，且可在DCS中在线设置参数。当参数设置为“1”时，保护投入；当参数设置为“0”时，保护切除。需要注意的是，保护投切只能在DCS中通过设置参数来实现投切功能，不能在上位机上设置保护投切按钮。其保护投切设置方式如图2所示。

图2 密封风机保护投切设置

c.保护首出[3]。当设备因保护信号触发而导致设备跳闸时，可能同时出现多个信号共同发出的情况，但只有第1个信号才是导致设备跳闸的原因。为记录下此信号，引入了跳闸首出的概念，对于密封风机保护而言，其保护首出设置方式如图3所示。另外需要注意2点：一是首出功能逻辑块的输入是保护投切信号的输出；二是首出信号的复位是靠设备运行后自动复位。

图3 密封风机保护首出设置

d.其他注意事项。一是作用于设备跳闸的信号，是经保护投切组态处理的信号“或”之后的总保护输出；二是保护信号当前状态、保护投切、保护首出都需要在上位机显示，为运行人员提供可靠的信息。另外，每个单独信号和总保护输出信号都应进入历史库，以便调取历史数据[4]，为分析事故原因提供可靠的帮助。

4 结束语

热工保护是机组安全稳定运行的基础，是防止机组发生事故的保证，必须要科学合理设置保护。目前，随着机组自动化[5]水平的不断提高，热工保护又出现了很多新的课题，这就要求设计保护的人员要以科学的态度，实事求是，从合理的角度出发，才能正确设置热工保护，为机组的安全稳定运行做出应有的贡献。