浅谈保护可靠性
关键词：保护、可靠性、冗余
田雨森（华电潍坊发电公司）
一、保护、联锁的冗余性设置
目前，火力发电厂热控保护为了提高可靠性，一般都采用冗余性设臵。

常见的冗余设臵分两种：如汽机转速、炉膛负压、汽包水位、给水流量等保护采用三取二（见图1）方法；如汽机EH 油保护、汽机润滑油保护等采用四取二（见图2）方法。

这两种措施有效的防止保护误动和拒动。

提高了保护的可靠性。

四取二保护主要是在提高保护的可靠性的基础上，增加了保护的在线试验功能。

图1：四取二逻辑
至停机保护回路
图2：三取二逻辑
至停机保护回路
保护的冗余不仅要求现场有独立的设备，还要求通过不同的I/O 模件引入系统控制器。

保护信号不应通过通信总线进行传送。

随着对保护重要性的认识，不少老电厂对原有保护信号进行改造，如300MW 机组汽机保护信号多是采用二取一（润滑油、EH 油、真空、轴向位移等）。

通过在系统上增加新的测点，实现三取二保护。

辅机系统由于设备多，保护联锁大多没有采用冗余配臵。

如凝泵跳闸联关出口电动门联锁中，电气至DCS 凝泵跳闸信号只有一路，通过端子排
接入控制器，由于端子板质量问题，输入端子板故障较多。

如某厂一期DCS 系统运行近10年，开关量输入通道故障率每年达10次。

二期DCS运行2年，出现了二次模拟量卡故障，造成设备误动。

为了避免DCS单一通道故障造成辅机误动，某电厂对机组重要辅机的保护联锁进行改进：在凝泵跳闸联关出口电动门联锁中，采用凝泵跳闸信号、凝泵运行信号取反、凝泵电流<5mA做三取二逻辑，解决了由于单一信号误动造成出口门误关的问题。

凝泵运行信号、凝泵电流信号在设计时，都已送至DCS，以上改进没有增加DCS实点。

二、保护信号的品质判断
保护用信号虽然采用了三取二或四取二，提高了保护动作的准确性和可靠性，但却没有对保护信号质量进行实时状态监测，而在机组的历次检修中，热控专业都会发现部分压力开关定值漂移大或报废。

这些压力开关故障现象早已存在，已经成为机组安全运行的隐患。

压力开关故障原因有可能是产品质量引起的，也有可能是环境振动大引起的，也有可能是取样阀门开度太小或取样管堵塞引起压力开关反映慢。

不管那种原因引起的压力开关故障，在保护动作时，都会引起开关动作不一致现象。

在三取二或四取二保护中，单一压力开关的故障很难被运行检修人员及时发现。

但这时，设备隐患已经存在。

但多数DCS（包括ETS）厂家没有设计这种故障的监测手段。

如果能及时捕捉这一微小变化，对及时消除设备隐患，提高保护系统的可靠性非常重要。

解决方案：如图3，在保护系统中增加参与同一保护信号状态比较，即任一保护信号与其它保护信号状态存在不一致时，立即报警并自保持该
信号，以备检修人员检查分析。

当检修人员确定后，可以复位该信号。

为了防止误报，可以考虑增加一定延时，延时时间不宜太长，应为ms级。

通过对保护信号的状态监测，及时发现设备异常，给状态健康分析提供了的依据。

模拟量信号也应做偏差报警。

如某电厂轴向位移保护采用二取一设臵，其中轴向位移1号探头老化，信号从-0.2mm缓慢变化，经过1个小时变到-1.0mm，轴向位移大报警，探头2保持-0.2mm不变，汽机轴承温度不高，振动不大。

10分钟后机组跳闸，探头1显示-1.6mm(跳闸值)。

设备故障没有留给运行和检修人员反映的时间。

但如果提前对两个轴向位移增加偏差报警，检修运行人员就会有足够的时间分析、判断，并采取相应措施避免这次停机事故。

图3：三取二开关量偏差报警回路
偏差报警
2
1
3
3
21
1
3
2
偏差报警
自保持复归信号
三、单一模拟量保护联锁的监测
在机组保护系统，特别是300MW 以下机组中，还有部分单一模拟量保护。

如发电机断水保护，见图3：发电机出线冷却水流量变送器一般都是单台，如果发生变送器测量出现大的误差（由于平衡门泄漏或其它原因）。

运行人员很难及时发现。

就会给机组的安全运行埋下了一下重大隐患。

这时如果能对这一信号进行上下幅判断并报警，运行人员就可以很容易的发现该设备异常。

幅度的设臵可以是一个定值，也可以是一个随机组负荷变化的曲线。

图4：发电机断水保护1：发电机内冷水压力：定子冷却水引出线流量
：发电机冷却水流量
发电机断水送电气
1四、保护的投切
机组运行中，总会出现投、切保护的工作。

如果通过拆、接线的方式投切保护，对投保护的人员要求技术难度大，存在保护误投的可能，对工作人员造成的精神压力大。

为了运行中投解保护的方便和可靠，一般保护系统都会设臵保护投停开关。

二十五项反措中，提出不能设臵由运行人员投停的保护投切开关。

于是大部分电厂把保护开关进行改造或移位，如软保护开关设臵了操作级别，只有检修工程师才能操作。

硬保护投停开关上锁，也只能是检修人员
才能操作。

保护增加投切开关，方便了保护的投切，降低了保护投入过程中的风险。

但也增加了一定的不安全因素，如同样存在误投保护的可能，同时保护开关出现质量或其它问题也会造成保护拒动等一系列问题。

图5是一种典型的防保护误投回路，在这个回路中，在保护未投之前，操作器D/MA 输出为0，模块N 输出为1，只要现场来测量信号为1，第一个AND 块输出为1，D/MA 输出跟踪TR 的输入（0），输出锁定在0上。

保护无法投入。

只有测量状态为0时，第一个AND 块输出为0，操作器D/MA 每操作一次，输出状态才能反转一次，达到投、切保护目的。

图5：防误动保护投切逻辑Ｄ
ＤＤ
Ｄ1
2
至停机保护回路
保护已投
入手/自动切换块，为1时，输出为0，
为0时，每操作一次，状态反转一次
现场来测量信号
由于设臵了保护投切开关，就存在保护误解或漏投的现象。

对所有图5中保护已投入信号进行汇总相与（见图6），输出一个报警信号，监视保护开关状态。

在这个回路中，一旦系统投入运行，只要有保护没有投入（或由于开关质量原因造成保护切除），报警回路触发，提醒运行人员注意。

图6：保护未投入报警保护未投入报警
Ｄ系统投入运行
保护1已投入
Ｄ保护2已投入
保护已投入
Ｄ
五、 保护用测量设备的趋势
目前，重要保护回路测量设备有的采用开关量，有的采用模拟量。

如汽轮机润滑油压力、汽轮机EH 油、汽轮机真空、炉膛负压等保护信号采用的都是压力开关，测量信号直接送至保护回路。

汽包水位、给水流量等保护信号采用的是变送器，通过幅值判断后送至保护回路。

汽轮机轴向位移、汽轮机转速则通过专用测量装臵送出开关量至保护回路。

辅机保护联锁信号现场大部分是开关量信号。

开关量设备的优点的发应快。

缺点是设备故障不易发现。

模拟量的优点是信号可以实时监控，故障发现早，一般不会产生隐患。

缺点是反应相对较慢。

随着DCS 系统的发展，模拟量卡件的采集速度有较大的提高，在上海汽轮机厂引进西门子1000MW 汽轮机保护中，ETS 与DEH 一体化，汽轮机润滑油、汽轮机EH 油、汽轮机真空全部采用了压力变送器，经幅值判断后直接进停机回路，取消了相应的压力开关。

减少现场设备数量。

为模拟量保护信号代替开关量信号开了一个头。

特别是一些辅机系统对保护时间要求不是太苛刻时，采用模拟量代替开关量的已经变的成为可能。