论文部分内容阅读
[摘 要]锅炉MFT（Main Fuel Trip，即锅炉主燃料跳闸）是锅炉安全保护的核心内容，它连续监视预先设定的各种安全运行条件，不断地进行逻辑判断和运算，一旦有危及锅炉安全运行的危险工况发生，MFT跳闸逻辑将快速动作切除进入炉膛的燃料，保障锅炉安全，防止事故扩大。因此MFT硬跳闸回路作为锅炉的后备停炉保护手段的设计尤为重要。
[关键词]MFT；炉膛安全监控系统；安全；冗余；继电器
中图分类号：TD353.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）20-0096-02
引言
在工业自动化高速发展的今天，对电力的需求也快速增加，大容量，高参数、高效率的大型火电机组也逐年增加，机组主保护控制系统误动或拒动对电网安全和电厂经济性的影响相应增大。而锅炉MFT（Main Fuel Trip，即锅炉主燃料跳闸）是锅炉安全保护的核心内容，它连续监视预先设定的各种安全运行条件，不断地进行逻辑判断和运算，一旦有危及锅炉安全运行的危险工况发生，MFT跳闸逻辑将快速动作切除进入炉膛的燃料，保障锅炉安全，防止事故扩大。因此MFT硬回路作为锅炉的后备停炉保护手段的设计尤为重要。
一、MFT硬跳闸回路正负逻辑分析
目前火电机组通常将炉膛安全监控系统[FSSS]设计为DCS控制系统的子站，其中MFT是FSSS的核心部分。MFT包括DCS软逻辑与后备硬回路两部分，MFT后备硬回路同时接受DCS软逻辑跳闸信号与手动跳闸信号，因此可在FSSS控制器故障失效或紧急情况下手动停炉，直接切断燃料。目前DCS厂家在对MFT硬回路的设计有“得电跳闸”和“失电跳闸”两种方案，即正逻辑和负逻辑设计。
正逻辑设计时，DCS输出MFT动作的继电器和硬回路跳闸继电器采用带电动作方式，因此MFT硬回路电源或DCS电源失去均不会导致MFT误动。DCS电源失去时，可通过手动方式跳闸；若MFT硬回路失电，可通过DCS控制逻辑跳闸。但是，如果MFT硬回路电源与DCS电源同时失去则MFT拒动。
负逻辑设计时，DCS输出MFT动作的继电器和硬回路跳闸继电器采用失电动作方式，因此MFT硬回路电源或DCS电源失去均会导致MFT误动作，这种设计避免了电源失去造成的MFT拒动。但由于继电器线圈长期带电工作，对继电器寿命、触点稳定性存在不确定因素，使得误动的风险几率大大增加。
而在实际工程应用中，由于对MFT硬回路电源和DCS电源的设计已经做了充分的安全保障性考虑和冗余设计，多数DCS系统厂商对MFT硬回路设计采用“得电跳闸”的正逻辑设计。
二、MFT硬跳闸回路正逻辑设计要点分析
对锅炉最大的威胁就是锅炉炉膛爆燃，本着遵循保护回路独立性的设计理念，确保锅炉及其辅机安全，已达到设计逻辑能防止锅炉炉膛爆炸。MFT硬回路作为一种独立的、不依赖于其他条件的后备保护手段，必须在设计时将人工干预作为最高的级别。所以在整个设计过程中如何保证锅炉主辅机安全是设计人员的主导思想。
1、电源的设计
安全可靠的电源是DCS系统以及MFT跳闸回路的重要保证，目前的设计思想基本是提高电源可靠性，用相互独立的电源构成冗余，达到电源设计的安全可靠。
（1）电源冗余
电源冗余设计包括DCS系统电源冗余和MFT硬回路电源冗余。
目前主流DCS系统冗余电源基本都实现电源转换装置输出端并联均流供电，不存在切换延时，可靠性得到保证。因此DCS系统电源冗余设计，采用UPS装置电源和保安电源同时在线供电的方案或基于该方案设计的DCS系统。
MFT硬回路电源冗余，采用两路独立于DCS系统外的220VDC或110VDC直流电源构成，且两路直流电源分别给两套独立的继电器回路供电的方案（如图1）。
（2）电源报警和跳闸
电源报警的设计可以起到预警作用，电源跳闸的设计可以在紧急情况下保证设备向安全方向动作。DCS系统电源和MFT硬回路电源都分别设计成任意一路失电报警，同时失电跳闸（如图2）。
将DCS系统的两路冗余电源分别通过电源监视继电器扩展后的常闭点并联接入DCS的DI输入卡件实现报警；用其中一对常闭点串联接入MFT硬回路实现DCS系统失电后通过MFT硬回路跳闸；另外的一对常闭点串联接入DCS的SOE输入卡件实现事故顺序追忆（如图2）。
将MFT硬回路的两路冗余电源分别通过电源监视继电器扩展后的常闭点并联接入DCS的DI输入卡件实现报警；用其中一对常闭点串联接入DCS系统MFT软回路实现失电后通过DCS软回路跳闸；另外的一对常闭点串联接入DCS的SOE输入卡件实现事故顺序追忆（如图2）。
通过电源设计的优化，保安电源、UPS电源、来自不同蓄电池组的两路直流电源同时失电的可能性也大大降低，再加上对电源报警、跳闸回路的冗余设计，基本上可以杜绝基于DCS系统电源和MFT硬回路“得电跳闸”正逻辑设计拒动可能性。
2、硬回路输入信号的冗余设计
MFT硬回路输入信号的冗余设计也很重要，介于是任意一套回路励磁跳闸，回路的输入信号的可靠性很关键，现在DCS厂商对信号的处理基本都采用“三取二”或“二取二”的原则（如图3）。
DCS软逻辑来跳闸信号，由FSSS系统子站通过不同的DO卡件输出6个DO信号分别送至MFT硬回路通过继电器扩展后采用“三取二”识别后励磁跳闸（如图3）；DCS系统失电信号，由DCS电源监视继电器采用“二取二”识别后励磁跳闸（如图3）；手动按钮跳闸信号，由安装在操作台上的两个按钮通过先或后与的方式识别信号后励磁跳闸，手动按钮跳闸信号还将两对常开接点信号送入DCS系统FSSS子站实现直流电源全消失后通过MFT软逻辑实现跳闸，同时将另外两对常开接点串联接入DCS系统的SOE卡件实现事故顺序追忆（如图4）。
为了保证MFT跳闸继电器动作后的可靠性，在回路中用自保持实现MFT动作后的延续性，以防止意外保证设备可靠动作；在FSSS系统子站通过“炉膛吹扫”完成软逻辑输出DO脉冲信号来自动复位MFT动作信号，使MFT跳闸继电器失电复归，自保持接点断开，为下一次保护作初始化准备。不设计手动复位软按钮或硬按钮，避免手动复位不能保证炉膛吹扫的彻底，带来可能留有煤粉的不安全隐患，只有吹扫完成后才能再次启用保护跳闸功能，这是对锅炉的安全保证措施。
3、硬回路输出继电器的选择和冗余设计
MFT跳闸继电器的可靠性是关系MFT硬回路能否正确动作的重要元件，在设计选型时要从继电器线圈额定电压、吸合电压、释放电压、触点接触电阻、动作/释放时间等方面综合考虑，并选择具有成功应用经验的优质产品，比如欧姆龙、施耐德、西门子等继电器。因欧姆龙继电器触点容量大、动作/释放时间短，卡轨式底座安装等优点，在火电厂MFT跳闸回路继电器选型上基本各厂商都选择欧姆龙产品。上面原理图中选用的就是欧姆龙继电器，触点容量为AC250V/5A、 DC250V/5A。
MFT跳闸继电器采用任意一套回路励磁即可跳闸的原理，其输出接点采用常开点并联、常闭点串联的方法（如图5），实现MFT跳闸接口的冗余设计，再根据不同设备通过硬接线送至电气回路跳闸相应设备。
三、结论
通过对锅炉MFT硬跳闸回路正逻辑设计的分析，可以看出通过优化设计、合理选择电源、对信号进行冗余处理、通过FSSS系统子站MFT软逻辑和后备硬回路的双重冗余实现对正逻辑回路拒动缺陷的弥补，是可以改进正逻辑设计拒动缺陷的，目前国内300MW、600MW及1000MW机组大部分锅炉MFT硬回路采用“得电跳闸”正逻辑设计，已有很多的成功应用业绩，是符合国内火电机组实际情况应用可靠的设计。
参考文献
[1] 杨晋萍、白建云编著，安全监测保护系统，中国电力出版社，2005年.
[2] DL_T1091-2008，火力发电厂锅炉炉膛安全监控系统技术规程.
[3] DL_T5428-2009，火力发电厂热工保护系统设计技术规定.
[关键词]MFT；炉膛安全监控系统；安全；冗余；继电器
中图分类号：TD353.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）20-0096-02
引言
在工业自动化高速发展的今天，对电力的需求也快速增加，大容量，高参数、高效率的大型火电机组也逐年增加，机组主保护控制系统误动或拒动对电网安全和电厂经济性的影响相应增大。而锅炉MFT（Main Fuel Trip，即锅炉主燃料跳闸）是锅炉安全保护的核心内容，它连续监视预先设定的各种安全运行条件，不断地进行逻辑判断和运算，一旦有危及锅炉安全运行的危险工况发生，MFT跳闸逻辑将快速动作切除进入炉膛的燃料，保障锅炉安全，防止事故扩大。因此MFT硬回路作为锅炉的后备停炉保护手段的设计尤为重要。
一、MFT硬跳闸回路正负逻辑分析
目前火电机组通常将炉膛安全监控系统[FSSS]设计为DCS控制系统的子站，其中MFT是FSSS的核心部分。MFT包括DCS软逻辑与后备硬回路两部分，MFT后备硬回路同时接受DCS软逻辑跳闸信号与手动跳闸信号，因此可在FSSS控制器故障失效或紧急情况下手动停炉，直接切断燃料。目前DCS厂家在对MFT硬回路的设计有“得电跳闸”和“失电跳闸”两种方案，即正逻辑和负逻辑设计。
正逻辑设计时，DCS输出MFT动作的继电器和硬回路跳闸继电器采用带电动作方式，因此MFT硬回路电源或DCS电源失去均不会导致MFT误动。DCS电源失去时，可通过手动方式跳闸；若MFT硬回路失电，可通过DCS控制逻辑跳闸。但是，如果MFT硬回路电源与DCS电源同时失去则MFT拒动。
负逻辑设计时，DCS输出MFT动作的继电器和硬回路跳闸继电器采用失电动作方式，因此MFT硬回路电源或DCS电源失去均会导致MFT误动作，这种设计避免了电源失去造成的MFT拒动。但由于继电器线圈长期带电工作，对继电器寿命、触点稳定性存在不确定因素，使得误动的风险几率大大增加。
而在实际工程应用中，由于对MFT硬回路电源和DCS电源的设计已经做了充分的安全保障性考虑和冗余设计，多数DCS系统厂商对MFT硬回路设计采用“得电跳闸”的正逻辑设计。
二、MFT硬跳闸回路正逻辑设计要点分析
对锅炉最大的威胁就是锅炉炉膛爆燃，本着遵循保护回路独立性的设计理念，确保锅炉及其辅机安全，已达到设计逻辑能防止锅炉炉膛爆炸。MFT硬回路作为一种独立的、不依赖于其他条件的后备保护手段，必须在设计时将人工干预作为最高的级别。所以在整个设计过程中如何保证锅炉主辅机安全是设计人员的主导思想。
1、电源的设计
安全可靠的电源是DCS系统以及MFT跳闸回路的重要保证，目前的设计思想基本是提高电源可靠性，用相互独立的电源构成冗余，达到电源设计的安全可靠。
（1）电源冗余
电源冗余设计包括DCS系统电源冗余和MFT硬回路电源冗余。
目前主流DCS系统冗余电源基本都实现电源转换装置输出端并联均流供电，不存在切换延时，可靠性得到保证。因此DCS系统电源冗余设计，采用UPS装置电源和保安电源同时在线供电的方案或基于该方案设计的DCS系统。
MFT硬回路电源冗余，采用两路独立于DCS系统外的220VDC或110VDC直流电源构成，且两路直流电源分别给两套独立的继电器回路供电的方案（如图1）。
（2）电源报警和跳闸
电源报警的设计可以起到预警作用，电源跳闸的设计可以在紧急情况下保证设备向安全方向动作。DCS系统电源和MFT硬回路电源都分别设计成任意一路失电报警，同时失电跳闸（如图2）。
将DCS系统的两路冗余电源分别通过电源监视继电器扩展后的常闭点并联接入DCS的DI输入卡件实现报警；用其中一对常闭点串联接入MFT硬回路实现DCS系统失电后通过MFT硬回路跳闸；另外的一对常闭点串联接入DCS的SOE输入卡件实现事故顺序追忆（如图2）。
将MFT硬回路的两路冗余电源分别通过电源监视继电器扩展后的常闭点并联接入DCS的DI输入卡件实现报警；用其中一对常闭点串联接入DCS系统MFT软回路实现失电后通过DCS软回路跳闸；另外的一对常闭点串联接入DCS的SOE输入卡件实现事故顺序追忆（如图2）。
通过电源设计的优化，保安电源、UPS电源、来自不同蓄电池组的两路直流电源同时失电的可能性也大大降低，再加上对电源报警、跳闸回路的冗余设计，基本上可以杜绝基于DCS系统电源和MFT硬回路“得电跳闸”正逻辑设计拒动可能性。
2、硬回路输入信号的冗余设计
MFT硬回路输入信号的冗余设计也很重要，介于是任意一套回路励磁跳闸，回路的输入信号的可靠性很关键，现在DCS厂商对信号的处理基本都采用“三取二”或“二取二”的原则（如图3）。
DCS软逻辑来跳闸信号，由FSSS系统子站通过不同的DO卡件输出6个DO信号分别送至MFT硬回路通过继电器扩展后采用“三取二”识别后励磁跳闸（如图3）；DCS系统失电信号，由DCS电源监视继电器采用“二取二”识别后励磁跳闸（如图3）；手动按钮跳闸信号，由安装在操作台上的两个按钮通过先或后与的方式识别信号后励磁跳闸，手动按钮跳闸信号还将两对常开接点信号送入DCS系统FSSS子站实现直流电源全消失后通过MFT软逻辑实现跳闸，同时将另外两对常开接点串联接入DCS系统的SOE卡件实现事故顺序追忆（如图4）。
为了保证MFT跳闸继电器动作后的可靠性，在回路中用自保持实现MFT动作后的延续性，以防止意外保证设备可靠动作；在FSSS系统子站通过“炉膛吹扫”完成软逻辑输出DO脉冲信号来自动复位MFT动作信号，使MFT跳闸继电器失电复归，自保持接点断开，为下一次保护作初始化准备。不设计手动复位软按钮或硬按钮，避免手动复位不能保证炉膛吹扫的彻底，带来可能留有煤粉的不安全隐患，只有吹扫完成后才能再次启用保护跳闸功能，这是对锅炉的安全保证措施。
3、硬回路输出继电器的选择和冗余设计
MFT跳闸继电器的可靠性是关系MFT硬回路能否正确动作的重要元件，在设计选型时要从继电器线圈额定电压、吸合电压、释放电压、触点接触电阻、动作/释放时间等方面综合考虑，并选择具有成功应用经验的优质产品，比如欧姆龙、施耐德、西门子等继电器。因欧姆龙继电器触点容量大、动作/释放时间短，卡轨式底座安装等优点，在火电厂MFT跳闸回路继电器选型上基本各厂商都选择欧姆龙产品。上面原理图中选用的就是欧姆龙继电器，触点容量为AC250V/5A、 DC250V/5A。
MFT跳闸继电器采用任意一套回路励磁即可跳闸的原理，其输出接点采用常开点并联、常闭点串联的方法（如图5），实现MFT跳闸接口的冗余设计，再根据不同设备通过硬接线送至电气回路跳闸相应设备。
三、结论
通过对锅炉MFT硬跳闸回路正逻辑设计的分析，可以看出通过优化设计、合理选择电源、对信号进行冗余处理、通过FSSS系统子站MFT软逻辑和后备硬回路的双重冗余实现对正逻辑回路拒动缺陷的弥补，是可以改进正逻辑设计拒动缺陷的，目前国内300MW、600MW及1000MW机组大部分锅炉MFT硬回路采用“得电跳闸”正逻辑设计，已有很多的成功应用业绩，是符合国内火电机组实际情况应用可靠的设计。
参考文献
[1] 杨晋萍、白建云编著，安全监测保护系统，中国电力出版社，2005年.
[2] DL_T1091-2008，火力发电厂锅炉炉膛安全监控系统技术规程.
[3] DL_T5428-2009，火力发电厂热工保护系统设计技术规定.