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給水泵軸承溫度高高保護的優化措施
2012-10-12
一、 概述
如今DCS技術已經得到了廣泛運用，所以對于現場測量信號的要求也進一步提高。以我們常熟公司一臺300MW機組DCS系統改造以后為例，從汽水系統到各主輔機本體的溫度狀態，所要監視的溫度測點將近800個，占整個DCS系統模擬量點的65%左右。而其中保護、自動控制系統中又占有50%左右。
利用DCS技術，廣泛運用其動態通訊技術，熱工測點(流量、壓力、溫度等)參數已不僅僅只用于監視，已被運用進入保護回路及自動控制系統中。如：給煤機控制使用了爐頂溫度修正回路，引入爐頂出口集箱溫及前饋信號：爐頂進口溫度和鍋爐主控信號共同來設定給煤量；在Ⅱ級減溫水控制中要控制高過出口汽溫，還引入了導前汽溫、二級減溫水后溫度來共同控制減溫水閥門的開度等等。在保護系統中，主機及其他的重要輔機的保護、聯鎖回路等，溫度測點的使用同樣廣泛，所以，現場的測量尤為重要。但是，測量總會有故障，有誤差，雖然原則上誤動比拒動危害小，但是，設備頻繁的誤動，對機組的安全穩定，對企業的穩定、效益，都不是好的情況。通過DCS強大的通訊、計算、組合功能，就可以對系統進行優化。
二、原有方案
給水泵、送、吸風機等設備是各火力發電公司發電機組的重要輔機，當其中任意一臺發生故障，就會對機組的正常安全運行產生嚴重的影響，輕則甩負荷，如處理不當還有停機的危險。對設備也有很大的影響。為了保障給水泵、 送、吸風機等重要輔機的安全運行，對其設立了多套保護系統，其中一個重要保護就是軸承溫度高高保護。軸承溫度是給水泵、送、吸風機等旋轉機械的一個重要參數，運行中，如果軸承溫度發生異常升高，則說明潤滑系統或者機械部分產生了故障。當軸承溫度升高到高值時，發出報警信號，提醒運行人員注意并采取相應措施處理。如果處理后軸承溫度還是沒有得到控制，當溫度升高到高高值時，保護系統發出停機信號，停止設備運行，從而保護設備。我公司在DCS改造前，采用的是集控數顯表計通過采樣現場信號，經處理后輸出顯示，如果越限，輸出繼電器將觸發信號送給保護系統，由保護系統聯鎖動作。同時，為了防止誤動作，表計有3秒的延時輸出。但是，由于現場一次元件斷線而造成的誤動屢有發生，有時無法檢修的情況下，只能將保護推出運行。嚴重威脅機組的安全運行。
三、優化方案
我公司三臺給水泵的軸承溫度的測量一次元件采用的是熱電阻。系統DCS采樣熱電阻信號，轉換為溫度信號，設定值高值、高高值在測量功能塊AIN塊中設定。當測量值高于高高值時發出高高值停機信號。熱電阻測量時斷線，是較為常見的一個故障。由于熱電阻斷線后其輸出電阻是無窮大的，從而造成測量輸出值高于高高值，就有保護誤動的可能。DCS改造后，為了排除這種由于測量回路故障而造成的保護誤動的可能，我們對原有的保護回路進行了優化：在AIN塊引入了“測量值BAD”這一參數，該參數初始狀態為“0” ，設定當測量值高量程超限時該參數置為“1” ，封鎖回路輸出。但在實際試驗中發現，由于“高高值”大部分情況先于“BAD”發出，說明回路的缺陷很明顯。于是，我們增加了一個速率塊，該功能塊用于監視測量值的變化速率，當測量值的變化速率超出設定的變化速率時發出“速率大”信號。由于測量值斷線后的上升速率要遠遠大于溫度正常變化的速率，把設定的變化速率放在一個適當的位置，就可以鑒別測量值的上升是否真實。優化后的邏輯如下：
溫度速率判斷信號ROCIND來源：
根據邏輯可見，當一次元件斷線或其他原因造成測量值上升時，先是由“速率大”信號去閉鎖高高值停機信號，當測量值上升至超過設定量程后，則由“BAD” 信號去閉鎖高高值停機信號，從而有效地避免了保護誤動。當測量值由于被測點溫度上升而達到高高值時，由于沒有“速率大”“BAD”信號，保護正常動作。由此可見，采用優化后的邏輯能有效避免由于一次元件斷線而造成的保護誤動。經過現場模擬試驗，達到預期效果，由此可見，我公司的軸溫高高停機保護系統優化后還是很可靠的，那么是不是就不需要繼續改進優化了嗎?
四、改進優化
由于我公司投產至今已經十多年了，很多熱電阻元件又采用的是航空插頭與電纜連接，有時侯由于現場震動、時間長接觸點老化等原因，會造成接觸不良現象，從而產生接觸電阻，造成測量值的偏差。機組改造后，#4 機組就發生了一次這樣的異常。根據測點曲線圖分析就是由于以上原因造成的。那些由于接觸不良后引起的測量值偏差現象，發現在某一時間段內主要有以下兩種故障現象，一種現象是測量值開始時候比較穩定，當接觸不好而產生接觸電阻的一剎那，測量值快速地變動，變動幅度與接觸電阻成正比，然后測量值在偏差值附近又恢復穩定，并且維持。另一種現象是測量值開始時比較穩定，當接觸不好產生接觸電阻后，測量值不停快速地來回變動，甚至有時候會超量程設定。根據原給水泵軸承溫度高高停機保護系統邏輯分析可見，種現象發生后，如果是測量值高偏差后穩定在高高值和上限之間，保護會誤動;第二種現象發生后，由于測量值是不停快速來回變動，所以還是可以通過“速率大”信號來避免保護誤動。所以，要針對種現象對原有方案做進一步優化。進一步優化后的邏輯如下：
根據邏輯可見，當測量值由于斷線或接觸不良等原因非正常上升達到高高值后，“測量值變化速率大”信號發出并保持，閉鎖了“軸承溫度高高停機”信號，避免了保護誤動。當檢修人員處理好元件故障后，測量值恢復到正常(高高值以下) ，則通過RS觸發器的R端復歸掉“測量值變化速率大”信號，從而保障保護的正確動作。通過現場模擬試驗及一段時間的運行，#4機組給水泵軸承溫度高高保護未誤動。此后，又將此邏輯改進推廣到送、吸風機等重要輔機的“軸承溫度高高停機”保護回路中，至今投用情況良好。達到了預期效果。
五、總結
通過對給水泵軸承溫度高高停機保護系統的兩次優化，提高了我公司的輔機的軸承溫度高高停機保護系統的可靠性，保障了機組的安全運行。同時通過兩次優化改進時對DCS系統的學習、操作，對于DCS系統的強大功能有了進一步的領會，對于DCS的應用也進一步得到提高。
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