АСУ09Т1 (Лекции по АСУТП - в Ворде)

Лекция 9. Автоматические защиты теплового оборудования

9.1. Общие положения

Автоматические системы защиты, обслуживающие тепловую часть предприятий, называют тепловыми защитами (ТЗ). Устройства ТЗ должны быть в постоянной готовности, но срабатывать только в том случае, когда возможности автоматического или дистанционного управления по предотвращению отклонений параметров от установленных значений исчерпаны, а оператор не может вовремя на это реагировать.

Следовательно, ТЗ призваны воздействовать на объект управления лишь в исключительных случаях: в предаварийном (аварийном) положении или при резких и глубоких сбросах тепловой или электрической нагрузок.

По степени воздействия на защищаемые установки ТЗ разделяют на главные и локальные. К главным относят ТЗ, срабатывание которых приводит к останову основного оборудования, технологии в целом или к глубокому снижению их нагрузки. Локальные защиты предотвращают развитие аварии без останова основных агрегатов и снижения нагрузки. Чаще всего ТЗ служат для предотвращения аварии оборудования при отклонениях параметров за допустимые пределы. Воздействие защит связано с открытием (закрытием) запорных органов, остановом основного или вспомогательного оборудования или включением его резерва.

Простейшим примером ТЗ служит предохранительный клапан с уравновешивающим грузом или гидрозатвор, устанавливаемый по правилам котлонадзора на всех сосудах, находящихся под избыточным давлением.

Большинство современных защитных устройств — автоматические системы, состоящие из отдельных связанных между собой элементов: первичных измерительных преобразователей, снабженных электрическими контактами (датчиками), промежуточных реле, усилителей и коммутирующих устройств для исполнительных механизмов или электроприводов. Действие ТЗ часто увязывают с работой элетроблокировочных устройств, позволяющих включать или отключать электрические приводы вспомогательных агрегатов только в определенной последовательности — "по цепочке". Например, аварийный останов дымососов приводит через устройства электроблокировки к останову дутьевых вентиляторов и топливоподающих устройств.

9.2. Логические элементы защит

Составные управляющие и исполнительные элементы тепловых защит имеют только два состояния "включено — выключено", "открыто — закрыто", "замкнуто — разомкнуто" и т. п. Устройство защиты в целом, характеризующееся бинарным состоянием, реализует двоичную функцию некоторого числа двоичных аргументов. Математические операции с двоичными аргументами исследуют с помощью аппарата алгебры логики или булевой алгебры, названной по имени английского математика Д. Буля. Приведем некоторые понятия и математические операции булевой алгебры, непосредственно связанные с работой тепловых защит технологических установок и предприятия.

Алгебра логики оперирует с высказываниями (сообщениями), являющимися истинными или ложными, простыми или сложными. Простыми называют отдельно взятые сообщения, принимающее значение только "истинно" или только "ложно", например 0<1 (истинное) или 0>1 (ложное). Сообщения, являющиеся результатом двух и более простых сообщений, относятся к сложным. Простые сообщения, как правило, служат аргументами. Сложные — логическими функциями этих аргументов.

Элемент, реализующий определенную логическую зависимость между входным и выходным сигналами, называют логическим.

Рассмотрим типовые операции, логические функции и логические элементы, наиболее употребительные в автоматических системах тепловых защит.

Инверсия. Ложное сообщение противоположно по смыслу истинному, г.е. служит его отрицанием. Обозначив истинную форму через 1, а ложную через 0, можно записать логическую операцию отрицания (инверсии) НЕ

Реализация этой операции с помощью логического элемента НЕ будет означать при наличии cm нала на входе сигнал на выходе отсутствует или сигнал на выходе появится только при исчезновении сигнала на входе. Релейный эквивалент операции НЕ изображен на рис 9.1.

Логическое усиление. Реализация этой операции с помощью логического элемента (релейный эквивалент показан на рис 9.2) будет означать: сигнал на выходе появится вместе с сигналом на входе, но усиленный в k раз.

Рис. 9.1. Релейный эквивалент операции НЕ

Рис. 9.2. Релейный эквивалент логического усиления

В зависимости от сочетания двоичных аргументов образуют различные сложные логические функции

Конъюнкция (функция И) Сложное сообщение истинно только тогда, когда истинны все отдельные сообщения, его составляющие Сигнал на выходе элемента реализующего функцию И, появится только тогда, когда есть сигнал на всех его входах

Например, для случая аргументов х₁ и х₂, если истинное сообщение обозначить через 1, ложное через 0, сложную логическую функцию И можно записать следующим образом

По аналогии с алгеброй конъюнкцию называют логическим умножением функцию читают χ₁ И х₂ Релейный эквивалент функции И для двух сигналов на входе показан на рис 9.3

Дизъюнкция (функция ИЛИ) Сложное сообщение истинно, когда истинно хотя бы одно из сообщений, его составляющих Сигнал на выходе логического элемента, реализующего функцию ИЛИ, появится только тогда, когда есть сигнал хотя бы на одном из его входов

В случае двух аргументов эту функцию можно записать следующим образом

Рис. 9.3. Релейный эквивалент функции И для двух сигналов

Рис. 9.4. Релейный эквиваленте ИЛИ

Дизъюнкция (или) называется логическим сложением и читается х₁, ИЛИ х₂ Релейный эквивалент функции ИЛИ для двух аргументов показан на рис 9.4.

Существуют и другие более сложные логические функции, но все они могут быть реализованы с помощью унифицированных логических элементов И, ИЛИ и НЕ. Так, функция НИ—НИ может быть реализована последовательным соединением логических элементов ИЛИ и НЕ. Сигнал на выходе логического элемента, реализующего эту функцию, отсутствует при наличии сигнала хотя бы на одном из его входов.

9.3. Обеспечение надежности действия тепловых защит

Повреждения теплового оборудования вследствие аварий и связанные с ними простои приносят большие убытки. В то же время замена систем ТЗ действиями операторов в аварийных ситуациях невозможна. Поэтому системы ТЗ должны быть более надежны, чем информационные подсистемы и АСР.

Надежность ТЗ определяют как числом отказов в срабатывании, так и количеством ложных срабатываний. Под ложным срабатыванием понимают отказ какого-либо элемента системы ТЗ, например отказ типа короткого замыкания в электрической схеме, приводящий к срабатыванию системы в целом. Мерой надежности систем защит служит среднее время, ч, наработки на один отказ (ложное срабатывание):

,

где tj — время i-й наработки между отказами; n — число отказов. Другой часто употребляемый показатель надежности ТЗ — интенсивность потока отказов

где τ_Σ — суммарное время исправной работы системы ТЗ между ремонтно-восстановительными работами (суммарная наработка).

Интенсивность потока отказов λтз при чередующихся пусках и остановах технологических ниток определяют по результатам наблюдений за работой ТЗ на оборудовании, находящемся под нагрузкой:

где k' — число включений оборудования (пусков); n_i — число отказов при i'-м включении; t',· — длительность работы оборудования после i'-го включения (пуска).

Надежность систем ТЗ должна быть определяющим факторе при их проектировании. Однако безотчетное стремление повысит, надежность ТЗ с помощью синтеза сложных логических функций может привести к противоречивым результатам.

Надежность элементов защит

С одной стороны — к достижению желаемых показателей, с другой — к удвоению или утроению количества используемых приборов, увеличению времени на их обслуживание и восстановление в случае отказа. Поэтому повышение надежности систем за счет усложнения и удорожания технических средств следует проводить в разумных пределах.

Мероприятием, повышающим надежность действия систем ТЗ за счет увеличения исходной вероятности безотказной работы применяемых технических средств, служит использование для них высоконадежных источников электрического питания. Таким источником на ТЭС служит аккумуляторная батарея с напряжением на выходе 220 В, которая продолжает снабжать цепи защиты электрической энергией при авариях, сопровождаемых полной потерей напряжения переменного тока в системе собственных нужд.

Кроме того, питающее напряжение подводят к панелям защит по двум независимым линиям, одна из которых служит резервной. Оповещение персонала о прекращении электрического питания каждой из групп ТЗ осуществляют автоматически с помощью сигнальных устройств, привлекающих повышенное внимание.

9.4. Технологические защиты

Защита от потускнения и погасания факела. Тепловую защиту этого вида предусматривают в случае погасания факела в топке при неустойчивом горении. Подача топлива при этом должна быть прекращена, так как его скопление в топке может привести к образованию взрывоопасной смеси. Останов котла в системе защиты от погасания факела осуществляют в следующей последовательности:

датчики, установленные с двух сторон топки с контактами — включенными по схеме И;

промежуточное реле — отключающее устройство дутьевых вентиляторов и далее по линиям связей электроблокировки (см. рис. 9.5.).

В качестве датчиков применяют фоторезисторы, визируемые на ядро факела и включаемые последовательно с обмоткой фотореле, которое срабатывает при заданном уровне излучения факела. В качестве подтверждающего сигнала может использоваться разрешение вверху топки, резко возрастающее при обрывах факела. С этой целью контакты сигнализатора падения давления в топке включаются последовательно с контактами фотореле.

Котлы, работающие на пылевидном топливе, снабжают защитой от потускнения факела, воздействующей на подачу резервного топлива (включение газовых горелок или мазутных форсунок) при снижении уровня светимости факела. Система ТЗ содержит реле времени, задерживающее сигнал на открытие клапана с электромагнитным приводом, установленного на линии подвода резервного топлива, на 5—10 с. Это необходимо для предотвращения ложных срабатываний ТЗ в случае кратковременных потускнении (миганий) факела. Защита от погасания и потускнения факела и связанная с нею система звуковой и световой сигнализации приобретают особенно большое значение на крупных ТЭС с блочными или групповыми щитами управления, когда оператор лишен возможности прямого наблюдения ш состоянием факела в тапках. В этом случае используют специальный автомат защиты котла, определяющий потускнение факела по уровню светимости, а погасание - по пульсациям факела в видимой и инфракрасном частях спектра свечения.

Защита от понижения температуры перегрева первичного пара. При понижении температуры пара до предельного значения сигнал от температурного датчика (термопары), пройдя через электронный усилитель поступает на вход релейного устройства И, которое воздействует на останов дутьевого вентилятора и далее по линии электроблокировочной связи на останов котла (см. рис. 9.5)