PLC在熱工保護中的應用

1 引言
火力發電機組的熱工保護系統是保證機組安全運行的邏輯控制系統。它連續監視機組的運行狀況，當出現危及設備和人身安全時，按適當的程序停用相應的設備，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，系統復雜，故障點多，發生故障時系統不易恢復，可維護性低，嚴重影響機組的安全運行。
采用PLC改造熱工保護系統，有如下優點:
(1) 系統構成簡單，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，系統通過一年多的運行考驗，取得了圓滿的成功。

2 總體設計
2.1 熱工保護系統原理
熱工保護系統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、執行機構和檢測元件。
(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:熱工保護系統的核心。它根據操作命令和檢測信號進行綜合判斷和邏輯運算，其結果用于驅動執行機構或送運行人員控制盤。
(3) 執行機構:機組的驅動機構。包括:各種電磁閥、控制閥、變頻器、接觸器等。
(4) 檢測元件:熱工保護系統的基礎。其主要作用是將反映機組狀態的各種參數變為系統可接受的開關量信號。檢測元件包括:反映執行機構位置的限位開關;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、溫度開關、流量開關等等。
2.2 檢測信號處理
為減少中間環節，充分利用PLC資源，將所有汽輪機跳閘、聯鎖回路，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、發電機斷水保護、發電機差動保護、汽輪機振動保護、電超速保護、潤滑油壓低聯動、高加水位高保護、抽汽聯鎖、后汽缸噴水、給水泵聯鎖等信號直接接入PLC。
對于重要參數，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，加延時處理。因現場信號均為無源節點，不經過隔離直接輸入到PLC摸件。本課題的輸入點約80點。
2.3 輸出信號處理
執行機構包括:主汽門，電超速保護，發電機斷水保護，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，中壓調速汽門，油開關，#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。
綜合考慮執行部分設備容量和系統可靠性，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行機構而言，PLC的可靠性是最高的，故本課題未采用PLC整體冗余結構。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，考慮到現場的共摸干擾達200-300V，采用繼電器方式的模件。根據上述原則，選擇MODICON TSX Premium PLC。
2.5 系統電源
系統電源是PLC可靠運行的基本保證。系統供電的兩路UPS電源分別來自不同的回路，減少了事故狀態下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，完善并實現原繼電器所有邏輯;
(2) 保護系統投入、退出時間記錄，用于保護系統投入情況考核;
(3) 首發原因記錄。

當熱工保護動作后，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系，其動作的先后次序的記錄對運行事故分析有相當的參考價值，因此要求記錄的最小分辨率達到10ms，每套保護記錄系統復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。
當動作條件出現，保護動作;在保護動作瞬間將首發原因寫入狀態字，同時記錄動作時間。
4 結束語
采用PLC改造火電機組的熱工保護系統，具有可靠性高、功能較完善、投資少等特點，而且易于擴展。該系統投入運行后，未發生過誤動和拒動情況，動作準確可靠，受到用戶好評，正在該廠的其它機組上推廣應用。