1 引言
火力發(fā)電機(jī)組的熱工保護(hù)系統(tǒng)是保證機(jī)組安全運(yùn)行的邏輯控制系統(tǒng)。它連續(xù)監(jiān)視機(jī)組的運(yùn)行狀況，當(dāng)出現(xiàn)危及設(shè)備和人身安全時(shí)，按適當(dāng)?shù)某绦蛲Ｓ孟鄳?yīng)的設(shè)備，甚至停機(jī)。由此可見(jiàn)，其誤動(dòng)和拒動(dòng)都會(huì)帶來(lái)重大損失。
125MW火電機(jī)組多建于80年代，其熱工保護(hù)裝置采用繼電器硬線邏輯，系統(tǒng)復(fù)雜，故障點(diǎn)多，發(fā)生故障時(shí)系統(tǒng)不易恢復(fù)，可維護(hù)性低，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全運(yùn)行。
采用PLC改造熱工保護(hù)系統(tǒng)，有如下優(yōu)點(diǎn):
(1) 系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單，可靠性大大提高;
(2) 具有靈活的擴(kuò)充能力，動(dòng)作邏輯完善;
(3) 系統(tǒng)可維護(hù)性提高;
(4) 具有強(qiáng)大的事故分析能力。
為提高老機(jī)組熱工保護(hù)系統(tǒng)的可靠性，完善其功能，我們對(duì)湖南金竹山電廠的#6機(jī)組(125MW)進(jìn)行了改造，系統(tǒng)通過(guò)一年多的運(yùn)行考驗(yàn)，取得了圓滿的成功。

2 總體設(shè)計(jì)
2.1 熱工保護(hù)系統(tǒng)原理
熱工保護(hù)系統(tǒng)通常由四個(gè)部分組成，參見(jiàn)圖1，即運(yùn)行人員控制盤(pán)、邏輯控制系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和檢測(cè)元件。
(1) 操作控制盤(pán):包括指令器件和信息反饋器件，如操作按鈕和信號(hào)燈等。控制盤(pán)逐漸由CRT代替。

(2) 邏輯控制盤(pán):熱工保護(hù)系統(tǒng)的核心。它根據(jù)操作命令和檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行綜合判斷和邏輯運(yùn)算，其結(jié)果用于驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)或送運(yùn)行人員控制盤(pán)。
(3) 執(zhí)行機(jī)構(gòu):機(jī)組的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。包括:各種電磁閥、控制閥、變頻器、接觸器等。
(4) 檢測(cè)元件:熱工保護(hù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。其主要作用是將反映機(jī)組狀態(tài)的各種參數(shù)變?yōu)橄到y(tǒng)可接受的開(kāi)關(guān)量信號(hào)。檢測(cè)元件包括:反映執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的限位開(kāi)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(kāi)關(guān)、溫度開(kāi)關(guān)、流量開(kāi)關(guān)等等。
2.2 檢測(cè)信號(hào)處理
為減少中間環(huán)節(jié)，充分利用PLC資源，將所有汽輪機(jī)跳閘、聯(lián)鎖回路，包括汽輪機(jī)后備超速保護(hù)、真空低保護(hù)、潤(rùn)滑油壓低保護(hù)、軸向位移保護(hù)、高壓缸脹差保護(hù)、低壓缸脹差保護(hù)、發(fā)電機(jī)斷水保護(hù)、發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)、汽輪機(jī)振動(dòng)保護(hù)、電超速保護(hù)、潤(rùn)滑油壓低聯(lián)動(dòng)、高加水位高保護(hù)、抽汽聯(lián)鎖、后汽缸噴水、給水泵聯(lián)鎖等信號(hào)直接接入PLC。
對(duì)于重要參數(shù)，如汽包和高壓加熱器水位、汽輪機(jī)位移和差脹、真空等采用三選二邏輯。對(duì)于變化頻繁的參數(shù)，加延時(shí)處理。因現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)均為無(wú)源節(jié)點(diǎn)，不經(jīng)過(guò)隔離直接輸入到PLC摸件。本課題的輸入點(diǎn)約80點(diǎn)。
2.3 輸出信號(hào)處理
執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括:主汽門(mén)，電超速保護(hù)，發(fā)電機(jī)斷水保護(hù)，1-5段抽汽門(mén)保護(hù)和信號(hào)，甲、乙給水泵，后汽缸噴水保護(hù)和信號(hào)，#5、#6高加水位高Ⅱ值信號(hào)，高加事故放水門(mén)動(dòng)作，#5、#6高加水位高Ⅲ值信號(hào)，切除高加(1)、(2)、(3)磁力斷路油門(mén)，中壓調(diào)速汽門(mén)，油開(kāi)關(guān)，#5、#6高加出水電動(dòng)門(mén)，#5、#6高加進(jìn)汽電動(dòng)門(mén)，高加旁路門(mén)等等，共52點(diǎn)。
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(jī)組熱工保護(hù)的PLC改造中，相對(duì)于檢測(cè)元件和執(zhí)行機(jī)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(duì)于極其重要的I/O點(diǎn)，采用PLC的模件冗余方式解決。
對(duì)于PLC的輸出模件的選擇，考慮到現(xiàn)場(chǎng)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(yùn)行的基本保證。系統(tǒng)供電的兩路UPS電源分別來(lái)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(hù)PLC改造中，其邏輯功能如下:
(1) 基本功能，完善并實(shí)現(xiàn)原繼電器所有邏輯;
(2) 保護(hù)系統(tǒng)投入、退出時(shí)間記錄，用于保護(hù)系統(tǒng)投入情況考核;
(3) 首發(fā)原因記錄。

當(dāng)熱工保護(hù)動(dòng)作后，要指出引起動(dòng)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(duì)于保護(hù)動(dòng)作時(shí)間記錄，由于一些保護(hù)動(dòng)作時(shí)互為因果的關(guān)系，其動(dòng)作的先后次序的記錄對(duì)運(yùn)行事故分析有相當(dāng)?shù)膮⒖純r(jià)值，因此要求記錄的最小分辨率達(dá)到10ms，每套保護(hù)記錄系統(tǒng)復(fù)位后最先動(dòng)作的那一次時(shí)間。對(duì)于某一套保護(hù)的邏輯梯形圖如圖2。
圖2中:%Mi為動(dòng)作條件;MFT代表保護(hù)動(dòng)作; MF↑表示上升沿有效。
當(dāng)動(dòng)作條件出現(xiàn)，保護(hù)動(dòng)作;在保護(hù)動(dòng)作瞬間將首發(fā)原因?qū)懭霠顟B(tài)字，同時(shí)記錄動(dòng)作時(shí)間。
4 結(jié)束語(yǔ)
采用PLC改造火電機(jī)組的熱工保護(hù)系統(tǒng)，具有可靠性高、功能較完善、投資少等特點(diǎn)，而且易于擴(kuò)展。該系統(tǒng)投入運(yùn)行后，未發(fā)生過(guò)誤動(dòng)和拒動(dòng)情況，動(dòng)作準(zhǔn)確可靠，受到用戶(hù)好評(píng)，正在該廠的其它機(jī)組上推廣應(yīng)用。