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改善火电厂保护控制系统的安全性和可靠性

作者:邹金昌  
评论: 更新日期:2011年05月26日


    另外,可编程控器(PLC)生产厂也推出了安全型的PLC系列,在产品设计中引入了表决和诊断功能,例如:
    ·Siemens       SIMATIC S7-400F/FH
    ·GE Fanuc     HBR30 Hot backup system
    TMR30 Triple Modular Redundant systems
    GMR Genius Modular Redundant systems
    ·Allen-Bradley  Guard PLC Safety control systems
    世界上各知名的DCS生产厂,如FoxBoRo、ABB、Honeywell,为了提高自己的竞争能力,保持在工业控制领域中的份额,通过购买安全产品的专业生产厂家或者同专业生产厂结成联盟,把DCS同安全型控制器紧密的综合在一起,实现了无缝连接。为过程工业领域中有关安全的控制系统采用独立的安全型控制器,而采用统一的DCS人机接口创造了条件。
    在石油工业和化学工业中,基于对防火、防爆和防止化学药品对人身安全和环境影响的考虑,有关功能安全的标准和安全系统的应用,一直受到人们的特别关注,安全相关的保护系统,紧急停机系统(ESD)均采用独立的,与基本的分散控制系统(BDCS)分离的专用的安全型控制器(参见文献4)。
    根据制造厂(ABB、TRICONEX、GE Fanuc)提供的初步资料,安全型控制系统和安全型可编程序控制器在国外火力发电厂中,90年代已经有了许多应用业绩,主要用于锅炉燃烧器管理系统(BMS)和蒸汽/燃气轮机控制和保护系统。
    4. 在我国火力发电厂应用DCS和PLC的初期,人们对采用可编程序软逻辑实现保护功能,在动作速度和可靠性上存在疑虑,因此与机组安全有关的功能(如汽机紧急跳闸系统ETS,主燃料跳闸MFT、汽机防进水保护、主要辅机的联锁保护等)大多数情况下采用电磁继电器或固态集成电路组成的硬接线逻辑。
    上个世纪80年代未国内,火力发电厂DCS应用范围开始扩大到炉膛安全监控系统FSSS和SCS(包括了辅机联锁保护和汽机防进水保护), 于是形成了DCS完成四大功能(DAS, MCS,SCS,FSSS) 的模式.
    国内少数工程采用了由DCS制造厂提供故障安全型控制系统,例如:
    ·七台河电厂300MW机组DCS系统为Honeywell TDC3000系统,FSSS功能采用 Honeywell公司的故障安全型控制器FSC。
    ·沙岭子电厂2×300MW,TDC2000升级为TDC3000时也采用了FSC用于FSSS功能。
    ·嘉兴电厂一期2×300MW机组DCS为Siemens公司Teleperm-ME系统,FSSS中也采用了AS200 EHF三冗余故障安全自动化系统用于FSS逻辑。
    国内个别工程也曾仿照欧州国家的作法,规定微处理器软逻辑完成保护功能时,须经过安全认证. 但未得到共识和形成气侯.
    由于我国火电厂所用的DCS系统是以美国技术为主导的,它并没有专门用于安全保护功能的专用控制器,提高可靠性的办法是采用冗余控制器。DCS中的控制和保护功能均由相同的通用控制器来完成的,因此,当1994年修订的《火力发电厂设计技术规程》将机组顺序控制系统和炉膛安全监控系统等纳入分散控制系统时,也并未对安全相关的保护联锁功能采用的控制器型式作出专门规定。
    进入新世纪,给予DCS在电厂应用经验的积累和DCS性能和可靠性的提高,人们期望进一步扩大DCS的应用范围,赋予DCS更多的功能,实现所谓的一体化,发电机-主变组和厂用电源系统的控制、汽轮机电液控制系统(DEH和MEH),都将纳入DCS。2000年修订的《火力发电厂设计技术规程》已明确规定"对于300MW及以上机组,当响应速度允许并有成功的应用经验时,也可将汽轮机保护纳入DCS",但对采用何种类型的控制器并未做出规定。
    由于DCS一体化可以统一和简化了操作员接口,减少备品备件品种,降低仪表控制的维修费用和总投资,对电厂来说极具吸引力。但许多安全相关的系统和功能由DCS软逻辑实现是否存在着某种隐患?是否应当对系统的故障模式和影响进行分析,采取些必要的措施?值得深思。
    5. 近期,笔者有机会阅读了国外有关安全相关系统功能安全的标准,又对国外安全系统的产品和应用情况作了粗浅的了解,深切地感到我们在这方面存在着明显的差距。近十年来,由于对设备安全、人身安全以及环境影响的关注,工业企业对安全相关系统的开发和应用加大了投入,开发了许多故障安全和容错的安全系统。随着微电子技术的迅速发展,双重冗余、三重冗余的带诊断功能的控制器的价格逐渐下降,为安全系统产品的推广应用创造了条件。
    由于安全系统产品的价格毕竟高于普通的DCS控制器或标准型PLC,而且目前完全依赖进口,在我国火力发电厂全面推广采用是不适宜的。笔者认为,可以先在大型机组(例如600MW机组)的某些重要保护系统上(如ETS和FSSS)进行试用。
    我们不能满足于发电厂DCS应用所取得的成绩,应当与时俱进,紧跟技术的发展,努力学习和研究有关国际标准,深入了解目前火电厂可能存在的问题,探索设计安全相关的控制/保护系统和对其进行评价的方法,为改善电厂运行的安全可靠性作出贡献。

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