1 引言
火力發(fā)電機組的熱工保護系統(tǒng)是保證機組安全運行的邏輯控制系統(tǒng)。它連續(xù)監(jiān)視機組的運行狀況，當(dāng)出現(xiàn)危及設(shè)備和人身安全時，按適當(dāng)?shù)某绦蛲Ｓ孟鄳?yīng)的設(shè)備，甚至停機。由此可見，其誤動和拒動都會帶來重大損失。
125MW火電機組多建于80年代，其熱工保護裝置采用繼電器硬線邏輯，系統(tǒng)復(fù)雜，故障點多，發(fā)生故障時系統(tǒng)不易恢復(fù)，可維護性低，嚴(yán)重影響機組的安全運行。
采用PLC改造熱工保護系統(tǒng)，有如下優(yōu)點:
(1) 系統(tǒng)構(gòu)成簡單，可靠性大大提高;
(2) 具有靈活的擴充能力，動作邏輯完善;
(3) 系統(tǒng)可維護性提高;
(4) 具有強大的事故分析能力。
為提高老機組熱工保護系統(tǒng)的可靠性，完善其功能，我們對湖南金竹山電廠的#6機組(125MW)進行了改造，系統(tǒng)通過一年多的運行考驗，取得了圓滿的成功。
2 總體設(shè)計
2.1 熱工保護系統(tǒng)原理
熱工保護系統(tǒng)通常由四個部分組成，參見圖1，即運行人員控制盤、邏輯控制系統(tǒng)、執(zhí)行機構(gòu)和檢測元件。
(1) 操作控制盤:包括指令器件和信息反饋器件，如操作按鈕和信號燈等。控制盤逐漸由CRT代替。
(2) 邏輯控制盤:熱工保護系統(tǒng)的核心。它根據(jù)操作命令和檢測信號進行綜合判斷和邏輯運算，其結(jié)果用于驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)或送運行人員控制盤。
(3) 執(zhí)行機構(gòu):機組的驅(qū)動機構(gòu)。包括:各種電磁閥、控制閥、變頻器、接觸器等。
(4) 檢測元件:熱工保護系統(tǒng)的基礎(chǔ)。其主要作用是將反映機組狀態(tài)的各種參數(shù)變?yōu)橄到y(tǒng)可接受的開關(guān)量信號。檢測元件包括:反映執(zhí)行機構(gòu)位置的限位開關(guān);反映諸如壓力、溫度、流量、水位是否正常的傳感器，如壓力開關(guān)、溫度開關(guān)、流量開關(guān)等等。
2.2 檢測信號處理
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為減少中間環(huán)節(jié)，充分利用PLC資源，將所有汽輪機跳閘、聯(lián)鎖回路，包括汽輪機后備超速保護、真空低保護、潤滑油壓低保護、軸向位移保護、高壓缸脹差保護、低壓缸脹差保護、發(fā)電機斷水保護、發(fā)電機差動保護、汽輪機振動保護、電超速保護、潤滑油壓低聯(lián)動、高加水位高保護、抽汽聯(lián)鎖、后汽缸噴水、給水泵聯(lián)鎖等信號直接接入PLC。
對于重要參數(shù)，如汽包和高壓加熱器水位、汽輪機位移和差脹、真空等采用三選二邏輯。對于變化頻繁的參數(shù)，加延時處理。因現(xiàn)場信號均為無源節(jié)點，不經(jīng)過隔離直接輸入到PLC摸件。本課題的輸入點約80點。
2.3 輸出信號處理
執(zhí)行機構(gòu)包括:主汽門，電超速保護，發(fā)電機斷水保護，1-5段抽汽門保護和信號，甲、乙給水泵，后汽缸噴水保護和信號，#5、#6高加水位高Ⅱ值信號，高加事故放水門動作，#5、#6高加水位高Ⅲ值信號，切除高加(1)、(2)、(3)磁力斷路油門，中壓調(diào)速汽門，油開關(guān)，#5、#6高加出水電動門，#5、#6高加進汽電動門，高加旁路門等等，共52點。
綜合考慮執(zhí)行部分設(shè)備容量和系統(tǒng)可靠性，PLC輸出全部采用中間繼電器隔離。
2.4 PLC配置
在老機組熱工保護的PLC改造中，相對于檢測元件和執(zhí)行機構(gòu)而言，PLC的可靠性是最高的，故本課題未采用PLC整體冗余結(jié)構(gòu)。僅對于極其重要的I/O點，采用PLC的模件冗余方式解決。
對于PLC的輸出模件的選擇，考慮到現(xiàn)場的共摸干擾達(dá)200-300V，采用繼電器方式的模件。根據(jù)上述原則，選擇MODICON TSX Premium PLC。
2.5 系統(tǒng)電源
系統(tǒng)電源是PLC可靠運行的基本保證。系統(tǒng)供電的兩路UPS電源分別來自不同的回路，減少了事故狀態(tài)下UPS失電的可能，兩路UPS互為備用，先投入者為工作電源，另一路為備用電源。
3 控制邏輯
在熱工保護PLC改造中，其邏輯功能如下:
(1) 基本功能，完善并實現(xiàn)原繼電器所有邏輯;
(2) 保護系統(tǒng)投入、退出時間記錄，用于保護系統(tǒng)投入情況考核;
(3) 首發(fā)原因記錄。
當(dāng)熱工保護動作后，要指出引起動作的第一原因，以便處理和分析事故原因，首次跳閘記憶邏輯就是根據(jù)這一條原則制定的。對于保護動作時間記錄，由于一些保護動作時互為因果的關(guān)系，其動作的先后次序的記錄對運行事故分析有相當(dāng)?shù)膮⒖純r值，因此要求記錄的最小分辨率達(dá)到10ms，每套保護記錄系統(tǒng)復(fù)位后最先動作的那一次時間。對于某一套保護的邏輯梯形圖如圖2。
圖2中:%Mi為動作條件;MFT代表保護動作; MF↑表示上升沿有效。
當(dāng)動作條件出現(xiàn)，保護動作;在保護動作瞬間將首發(fā)原因?qū)懭霠顟B(tài)字，同時記錄動作時間。
4 結(jié)束語
采用PLC改造火電機組的熱工保護系統(tǒng)，具有可靠性高、功能較完善、投資少等特點，而且易于擴展。該系統(tǒng)投入運行后，未發(fā)生過誤動和拒動情況，動作準(zhǔn)確可靠，受到用戶好評，正在該廠的其它機組上推廣應(yīng)用。