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智慧電廠干貨|火電燃煤機組APS的“一指聯鎖”

2020-07-02 15:58:55 來源:北極星電力網

發電機組出于運行安全需求,部分輔機按相同容量雙重或多重配置,正常工作時至少有1臺設備運行,余者處于備用狀態,應急時采用“自動聯鎖”啟動備份。聯鎖啟動備用設備原因有兩種,一是在運設備故障跳閘,二是工藝系統欠出力,前者稱為“電氣聯鎖”,后者叫做“熱工聯鎖”。運行設備啟、停和備用設備聯鎖投、切過程以及備用設備聯鎖啟動是一種受時間和狀態雙重制約的 “條件控制”。即備用設備若要投入聯鎖,運行設備必須先行啟動,備用設備自動聯鎖啟動則須在運設備已跳閘或欠出力,在運設備停運必須先解除備用設備聯鎖。設備聯鎖人工投入時,① 手動啟動第一臺設備,② 待工藝參數穩定,再手動合閘聯鎖開關,第二臺設備投入聯鎖備用。切除時,③ 停止在運設備前,人工先行手動斷開聯鎖開關,切除備用設備聯鎖,④ 手動操作停止在運設備。

當前,絕大多電廠聯鎖設備的運行、備用和聯鎖開關的投、切以及狀態監測、判定等相互關聯的一系列操作都由人工完成。如果要實現順序控制的“一鍵啟停”,設備聯鎖投、切必須全自動,DCS要具備算聯鎖設備狀態監測、判定的“思維”能力和“聯鎖開關投、切” 的自動操作,上述①~④的監測、確認與操作由邏輯來完成,還不止這些,還應具備在運設備記憶、電氣聯鎖、熱工聯鎖、異常自檢等功能。人工操作也簡化成一次完成,如同操作一部“傻瓜相機”。我們把具有這種能力的自動聯鎖定義為“一指聯鎖”。

1 、 智能自動選擇器

(1)自動選擇器(AUTO SELECTOR)

APS“全自動”意味著參與APS的系統或設備接到指令后執行過程順暢、連貫,操作人員在向順序控制系統發出啟動命令后,順序控制邏輯應當在設備管轄范圍內自動完成所有控制功能,不能再出現任何額外的對被控設備改變狀態或功能的人為操作。為了實現順序控制全過程自動,應當杜絕設備聯鎖的人工切投,順序控制當中的聯鎖投、切一定要自動完成。這就要求聯鎖投、切時機必須脫離設備狀態的約束,聯鎖設備運行之前聯鎖開關就應該有選擇的自動投入,聯鎖設備停止之前聯鎖開關可以適時的自主解除。這是一種無須人工監視、判斷、操作的自動聯鎖工作模式,即所謂智能化的“缺省自動聯鎖”,也就是前面定義的通俗說法“一指聯鎖”。

為APS控制而專門設計的“自動聯鎖控制邏輯”(自動選擇器),能夠在順序控制自動進程中實現聯鎖自動投、切。自動選擇器置于并列設備操作開關之上,按1拖N的星型結構連接。實現兩種功能,第一是轉發上級控制器自動指令,經由邏輯運算后傳至操作開關去控制設備。第二就是自動投、切聯鎖設備,確保順控進程的連續順暢。聯鎖投、切完全由邏輯算法自動完成,把聯鎖設備工作的過程要素交由自動選擇器去識別判斷,通過對關聯設備包括操作開關和MCC(電動機控制中心)運行狀態、工作方式、啟停進程的綜合邏輯運算,自主決定聯鎖的控制方式和設備的啟停順序,一旦檢測到運行中的設備故障跳閘即時啟動電氣聯鎖或工藝參數超限馬上連動熱工聯鎖。

自動選擇器是缺省式自動聯鎖的核心邏輯。設計規定“手動”方式(OUT)為自動聯鎖“工作異常”(ABNORMAL), “自動”(IN)才是自動聯鎖的正常工作方式。自動選擇器“自動”的條件是互為聯鎖關系的設備操作開關必須全部投入“自動”(AUTO)。自動選擇器能夠不受時序限制,正確區分出自動聯鎖設備的正常啟停和事故跳閘,備用設備投入聯鎖不需要在選定的運行設備啟動之后,備用設備切除聯鎖也不必在已運行設備停運之前,因此聯鎖的投入或切除不再受設備工作狀態的制約。自動選擇器標準工作方式為“無需人工投、切的自動聯鎖”,如果有A、B兩臺設備的聯鎖,首次啟動設備默認為A,備用為B。聯鎖設備運行中正常輪換為A備用、B運行,自動選擇器會自動記憶,下次正常啟動則首先啟動設備B,A備用。若因需要重新選擇運行設備,則先要在操作面板上退出(OUT)選擇器自動,再手動選擇確定的設備,爾后恢復(IN)選擇器自動。無論何種原因只要退出選擇器自動,系統會立刻報警提示“ABNORMAL”,人工確認后才會消除,如果發生在順序控制自動執行過程中,就會馬上中斷自動進程。所以,運行設備的選擇應該在順序自動控制系統啟動之前完成,也就是設備還在靜止狀態,聯鎖可以先行投入,這一點,常規設計的設備聯鎖無法做到。至于機組正常運行中,順序控制已經退出,設備定期輪換不涉及影響自動進程的問題。自動選擇器能夠實時監測下級設備運行狀態,自動選擇控制的設備,自動判別設備聯鎖方式,自動檢測內部邏輯故障,聯鎖投、切也不再受設備運行狀態和時序先后的限制,完全代替人工實現了自動聯鎖,已經具備了智能化的控制特性。

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圖2 自動選擇器原理框圖

(2)自動選擇器功能特點

1)工作方式默認為自動,正常工作一定是自動的,手動即異常(ABNORMAL)報警;

2)首臺啟動設備自動默認或手動選擇;

3)自動記憶前次運行設備,再次啟動缺省選擇;

4)轉發上級控制指令;

5)監測下級設備狀態和品質;

6)熱工聯鎖,參數偏離定值、自動增減設備;

7)電氣聯鎖,在運設備跳閘、自動啟動備用設備;

8)故障自動檢測、報警。

2 、 缺省自動聯鎖

圖3是雙選自動選擇器(AUTO SELCETOR)和設備操作開關(PUMP/FAN MACRO FUNCTION)構成的“缺省自動聯鎖”邏輯,采用一拖二的連接方式。在“設備靜止”狀態下投入(IN)后,有關與電氣聯鎖、熱工聯鎖的所有監測、判定、切換、執行、記憶等功能均由自動聯鎖邏輯完成,通俗的講法就是“投后不管”,這是一個智能化的邏輯組合。兩臺100%容量的設備,可能是潤滑油泵、也可能是風機,互為聯鎖、備用,兩臺設備的兩個操作開關掛在同一個雙選自動選擇器(AUTO SELELCTOR-2 SEQUENCE)上。

自動選擇器和設備操作開關的連接和操作:

(1)自動選擇器輸出合閘或分閘指令連接到設備操作開關的“AUTOMATIC COMMAND”輸入端;

(2)自動選擇器在“AUTO COMMAND”輸入端接收上級邏輯發來的自動命令;

(3)自動選擇器不設“手動遠方操作”,但提供選擇運行設備的界面,人工在DCS操作員站的操作面板上按鍵確認。

(4)自動選擇器在“LOWER LEVEL STATUS”的輸入端全面監測兩臺設備和操作開關的I/O狀態,包括MCC工作狀態反饋信號、操作開關的工作方式(A/M)和輸出控制指令;

(5)工藝系統、設備狀態或運行參數連接至操作開關的許可條件端口(PERMISSIVE CONDITIONS),形成許可條件。

(6)自動選擇器根據操作開關的工作方式、控制指令和保護報警這三種狀態經邏輯判斷形成電氣聯鎖指令。

(7)自動選擇器根據“ADDITIONAL CONDITION”端口輸入的設備狀態和參數經邏輯判定后形成熱工聯鎖指令,自動加、減設備。

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圖3 智能化“一指聯鎖”原理圖

3 、 智能選擇器的多種用途

自動選擇器除了用于單元級冗余設備聯鎖控制,例如類似引風機冗余配置的控制油泵和冷卻風機。也用在系統級對單元順序控制進行調度,比如,給水系統中兩套汽動給水泵的全程啟動和退出,還有像汽機凝結水系統3臺并列凝結水泵的控制(采用三選自動選擇器),用以適應機組負荷變化自動啟停凝結水泵的運行臺數,實際上參與了設備的出力調控。所以說,自動選擇器的應用還是很廣泛的,絕非冗余設備自動聯鎖專享,APS啟停過程和機組正常運行中的設備、單元控制同樣發揮智能選擇的作用。

二、 結語

APS中使用的自動選擇器或者“一指聯鎖”,在與本安型操作開關或順控主控器構成的自動聯鎖邏輯,已經是一款智能化的邏輯構件,它的智能化體現在選擇器只要投入自動,就再也不需要人工干預而能夠完成自動聯鎖的全部功能。運行設備選擇、許可條件識別、現場設備驅動、內部邏輯自檢、聯鎖投切都由選擇器自主決策。而常規的設備聯鎖,除了在DCS中增加了動作許可條件,算是控制策略方面有所提升,聯鎖投、切過程和原始的硬手操沒有區別,無法適應APS全自動控制。因此,要想實現APS,智能的“一指聯鎖”是必須選項。

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