汽轮机主再热蒸汽温度10分钟下降50度在IA系统的实现及应用

汽轮机主再热蒸汽温度10分钟下降50度在IA系统的实现及

应用

摘要：火电机组主再热蒸汽温度骤降会导致机组汽轮机进水、大轴弯曲，对机

组的安全运行带来严重危害。本文以大唐景泰发电厂2*660MW机组为例，着重

介绍了主、再热蒸汽温度在10分钟内突然下降50度自动跳机保护逻辑在FOXBORO IA SERIES控制系统的实施，对实施过程中需要特别注意的问题进行了

阐述，对使用FOXBORO IA控制系统的其他电厂实现该保护逻辑功能具有借鉴和

参考意义。

关键词：主、再热蒸汽温度；10分钟；50度；IA SERIES控制系统

1 前言

汽轮机组正常运行时，如果主、再热蒸汽温度快速下降，极易产生蒸汽带水

现象，水滴在高压状态下冲击高速旋转的汽轮机叶片，极易造成机组振动超限、

叶片磨损、断裂，严重时甚至引起汽轮机大轴弯曲等重大设备损坏事故。同时，

汽温的快速变化，也会导致叶片金属强度下降等隐性性能下降。因此，当汽温下

降速度超过设定时，系统应该及时提醒运行人员手动调整或停机。

大唐景泰发电厂现有两台660MW超临界直接空冷燃煤机组，汽轮机为哈尔

滨汽轮机厂有限责任公司制造的超临界、一次中间再热、单轴、三缸、四排汽、

直接空冷凝汽式汽轮机，型号是CLNZK660-24.2/566/566，分别于2009年和2010

年相继投产发电。两台机组主控分散控制系统（DCS）均采用上海福克斯波罗有

限公司提供的IA Series系统，由于当时汽轮机厂家设计等方面的原因，两台机组

均未设计主、再热蒸汽温度10分钟下降50度自动跳机功能。

国家电力公司《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》之第10项《防止汽轮机大轴弯曲、轴瓦烧损事故》第10.1.4.5条规定：“机组正常运行时，主、

再热蒸汽温度在10分钟内突然下降50度，应立即打闸停机”。为了更好地贯彻

执行二十五项反措的重点要求，保证汽轮机设备的安全，需要实施主、再热蒸汽

温度在10分钟内下降50度报警功能，在主、再热蒸汽温度在10分钟内下降超

过50度时触发ETS保护，打闸停机。

2 逻辑的实现

2.1 处理周期与相位的概念

由于FOXBORO IA SERIES控制系统中没有能够直接实现采集10分钟内某一参

数变化率的功能组合模块，导致该条逻辑功能的实现存在困难。虽然DCS系统都

配备历史库，可以对历史数据进行采集和保存，但是DCS系统作为实时控制系统，只能对实时的数据进行处理，无法调取历史数据进行逻辑运算。通过反复的研究

和查找资料，发现通过对模块处理周期和相位的巧妙结合可以解决对10分钟内

所有数据采集并保存，而且通过分批次处理的这些数据可以被引用参与数据运算。上海福克斯波罗有限公司编制的《I/A，S系统及应用》一书中对功能块组合的处

理周期和相位做了以下解释：

Compound的处理周期（PERIOD）,其处理周期必须小于或等于它所包含的所

有模块中的最小处理周期，以使所有模块都能得到处理。一般取默认值“1”，即它所在的控制处理机的基本处理周期。

相位（PHASE）:相位号，指定该组合模块的运行时间是否要延迟几个基本处

理周期，以均衡控制处理机的负荷。相位的个数等于以秒为单位的处理周期乘以2，假如处理周期为5秒，则由0-9共10个相位。为避免出现混乱一般在模块中

设相位，而在Compound中，PHASE中取默认值为“0”。

表1 处理周期与可用的相位值

从表1我们可以看到，不同的周期值代表不同处理时间，例如周期值PERIOD

取3时，代表组合模块的处理时间为2.0秒，相位可以取0，1，2，3四个值。从周期和相位的概念可以得知，相位的取值与控制处理机的基本处理周期息息相关。需要特别指出的是表中的相位值除周期值为0与9的其他参数都是以默认BPC＝0.5秒来设置的，但是在实际工程应用中，相位值的选取需要考虑实际控制处理

机的BPC值，控制处理机的BPC数值不同，相位的可选择参数也会有所不同。例如，当控制处理机的BPC为0.1秒时，周期值取3，则可选的相位值可以选择0~9共10个数值，并非表1中所示的0~3。

2.2 基本模块的简要介绍

本逻辑的实施需要用到模拟信号输入模块（AIN）、信号选择模块（SIGSEL）、高级计算模块（CALCA）等功能块，都是在常规的逻辑组态中使用到的功能块。

在逻辑组态完成后需要验证逻辑功能的正确性和完善性，将使用到超前/滞后动态补偿模块（LLAG）。AIN与CALCA模块在本逻辑中没有需要特别注意的参数，下

面将重点介绍SIGSEL模块和LLAG模块在本逻辑实施中需要特别注意的参数。

2.2.1 SIGSEL 本模块根据用户的选择对多达8个模拟输入信号作高选、低选、中选或求平均值，将所选择的结果输出，并指出被选中的输入信号（除求平均值外），可将几个信号选择模块串接起来以实现多余8个输入信号的选择。

NUMINP 输入信号的个数，告诉模块总共用了几个输入。

BNDX 偏置索引，这是一个整形输入参数。在对8个以上信号作高选和低选时，允许模块被串接。如果BNDX不为0时，8个输入中任意一个被选中，则输

出参数SELNDX的值等于被选中的输入信号的索引号加上BNDX的偏置值。说的

明白一点，就是填入被串接的信号选择模块使用的输入个数。

CASNDX 串接索引号，原来知名被串接的或者说上游的信号选择模块中的哪

路输入被选中（仅用于高选或低选）。简单地说，这里应该填入上游模块的SELNDX参数。

CASINP 串接输入，将被串接模块选中的“值”传送过来，即这里填入上游模块

的OUT参数。

2.2.2 LLAG 本模块可以使对输入信号的变化，用输出动态的超前/滞后于输

入来进行动态补偿。当工作于超前/滞后方式时，模块输出的稳态值为输入信号的稳态值加上偏置值。

LGAIN 超前增益、定义输入瞬时变化与输出信号瞬时变化之间的增益系数。

LAGTIM 一阶惯性滞后的时间常数，定义输出随输入信号的阶跃变化，最终

过渡到稳定值的过渡过程的时间常数。

LLOPT 超前/滞后选择，即定义模块在自动时的运行方式。该值为0即表示超

前/滞后工作方式。

3 温度测点的选择

考虑到一般情况下，锅炉侧主、再热蒸汽温度下降速度远远大于汽机侧，为

保证机组安全，防止汽轮机进水，汽机侧温度更能真实反映进入汽轮机的蒸汽温度，所以选择汽机侧主蒸汽温度测点作为保护引入测点。以主蒸汽温度10分钟

下降50度为例，主蒸汽温度选取采用汽机侧三个主蒸汽温度，三选中得出最终

主蒸汽温度作为后续的主蒸汽温度信号。逻辑实时具备坏点剔除及偏差大剔除功