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提高热工控制系统生产安全性的措施研究

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摘要：随着热电厂机组容量的不断增加，热工控制系统的设计越来越复杂。发电过程智能化控制是热工控制系统设计人员必须具备的一项基本技能，热工控制自动化系统通常是通过分散控制系统（DCS）来实现的。本文结合现代工业主流的分散控制系统在电厂自动控制方面的应用，分别从超驰保护、信号选择、限制输出等角度，提出了提高热工控制系统生产安全性的措施。经生产实践检验，热工控制系统运行效果良好，生产安全性显著提高。

关键词：分散控制系统;超驰保护;限制输出;信号自动选择;失灵保护

中图分类号：TK32文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）08-0141-03

Research on Measures to Improve Production Safety of Thermal Control System

HE Youshan

（Xuchang Xuji Wind Power Technology Co.， Ltd.，Xuchang Henan 461000）

Abstract： With the increasing capacity of thermal power plant units， the design of thermal control systems is becoming more and more complex. Intelligent control of the power generation process is a basic ability that designers of thermal control systems must have， thermal control automation systems are usually implemented through the distriuted control system （DCS）. Based on the application of the DCS in the modern industry in the automatic control of power plants， this paper proposed measures to improve the production safety of the thermal control system from the perspectives of override protection， signal selection， and output limitation. The production practice test shows that the thermal control system works well and production safety is significantly improved.

Keywords： DCS;over ride protection;output restriction;automatic signal selection;failure protection

近年来，热电厂机组容量不断增加，热工控制系统的设计越来越复杂。目前，热电厂热控自动化系统通常是采用分散控制系统（DCS）等控制系统实现的，有研究[1-2]阐述了分散控制系在电厂方面的应用，还有研究[3-8]对自动控制系统的可靠性和稳定性进行了分析和探讨。发电过程智能化控制是热工控制系统设计人员必须具备的一项基本技能。热工控制系统的生产安全性主要包括热工控制方案设计和自动化系统仪表本身可靠性两个方面[9]。本文结合现代工业主流的分散控制系统（DCS）在电厂自动控制方面的应用，采用举例的方法，分别从超驰保护、信号选择、限制输出等角度，提出了提高热工控制系统生产安全性的有效措施，并将其应用于生产实践，获得了良好的控制效果。

1 系统介绍

分散控制系统采用双以太网冗余数据通信技术，有利于提高工业控制过程信息传输的可靠性和生产安全性，目前已广泛用于电站的分散控制、变电站监控、电网自动化以及其他工业过程自动化控制等领域。典型的分散控制系统结构如图1所示。

2 提高系统生产安全性的措施

大规模集成电路技术及自诊断技术的发展，使得热工控制系统的生产安全性有了很大的提高。李春霞等人[10]在智能化仪器仪表可靠性方面进行了技术研究和实践应用，张元亮等人[11]在自动化仪表可靠性方面进行了分析，本文不再赘述，仅从以下几个方面研究提高热工控制系统生产安全性的措施。

2.1 重要设备的超驰保护措施

对于重要的设备或执行机构，控制系统常设计有超驰保护措施，此种保护不经过控制系统，直接作用于操作器，它超过自动/手动操作站，直接控制重要设备或调节机构等，因此，不论是在自动还是在手动状态，超驰保护信号均起作用，在运行中具有最高优先级[12]。在正常运行工况下，超驰保护不起任何作用。

某电厂锅炉煮炉期间，炉膛内加热器发生爆管事故，相关测量参数曲线如图2所示。分析发现，事故原因是锅炉煮炉方案不合理、操作不当，导致蒸汽系统超温超压，最终引发爆管事故。因此，应从本质安全角度考虑重要设备或执行机构，增加超驰保护措施。

下面以一台给煤机入口挡板的超驰保护措施为例，简要介绍超驰保护措施的应用，如图3所示。当锅炉发生事故、主燃料跳闸（MFT动作）时，锅炉熄火会引起炉膛压力大幅下降。为了防止给煤机炉膛内爆或外爆，必须马上关闭给煤机挡板，停止继续向炉膛内送煤，在设计中采取超驰关信号对给煤机入口挡板进行控制。

2.2 对控制系统输出的限制措施

生产过程有时要求对某些控制器输出加以不同的限制。例如，引风机挡板不能开得太小，否则会引起外爆，但也不能开得太大;送风机挡板开度不能关得太小，以免引起熄火;给煤机变频器启动后，变频器过低频率运转会导致给煤机电机瞬间电流超过保护定值而出现跳闸，因此，不能將变频器转速从零缓慢增加，必须将变频器转速设定在一个安全工作区域，此区域由变频器的最低转速、最高转速、上限特性、下限特性等确定，变频器运行时，它的工作点不能超越此安全区域，否则，变频器启动电流远超过保护定值，会导致启动失败故障。图4为某火电厂一台给煤机变频器输出限制措施的设计方案，其应用到工程实践中后取得了良好的控制效果。

2.3 采用多变送器测量同一参数的测量系统

为了提高热工控制系统测量数据的可靠性，对系统运行影响大的参数，通常采用两个或多个变送器来测量，如主汽温度、汽包水位等。同时，在测量控制方案设计中，人们需要采用特殊的设计技术。

下面以三变送器信号自动选中的测量系统进行简要说明，在三变送器正常工作时，可以通过控制系统软件组态设计，通过三个大选和一个小选，自动选择出中值。如果三个变送器中有一个发生故障，其输出变成零，这时，本测量系统仍能自动选中值变送器输出。同时，偏差报警器送出信号报警，以便热工人员检修。热工人员还可以通过切换器选择任一正常变送器工作。

2.4 防止执行机构故障引起控制系统失灵的保护

热工控制系统中，有时主辅机未发生故障，但执行机构卡死或启动电流瞬间过大引起设备故障跳闸等，影响机组安全运行。因此，在控制器输出与执行机構位置反馈之间设有偏差大保护措施。一旦发生此种事故，就将控制系统由自动切换为手动，以防止事故扩大。

3 结语

本文提出的分散控制系统生产安全性措施，已经成功应用于大型发电厂分散控制系统工程项目，能够有效提高发电厂的生产安全性，减少系统故障率、人员劳动强度和设备运维成本，适用于推广到工业控制领域。本文阐述的一些措施可供同行在进行热工控制系统设计时参考。

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[10]李春霞，贺孝珍.智能化仪器仪表可靠性技术研究及应用[J].自动化与仪器仪表，2007（5）：29-31.

[11]张元亮，聂红伟.关于自动化仪表可靠性的分析[J].科技视界，2018（27）：41-42.

[12]国家能源局.火力发电厂热工保护系统设计技术规定：DL/T 5428—2009[S].北京：中国电力出版社，2009.

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