Глава 7

АВТОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ ТЕПЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ

7.1. Назначение автоматических защит

Наряду с сигнализацией параметров, чрезмерное отклонение которых от установленного значения влечет нарушение техноло­гического процесса, в составе АСУ ТП ТЭС предусматривают ав­томатические системы защиты теплового оборудования от повреж­дений.

Автоматические системы защиты, обслуживающие тепловую часть электрической станции, 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 котла, турбины, энергоблока 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, устанавливаемые по правилам котлонадзора на всех сосудах, находящихся под из­быточным давлением [12, 21].

Большинство современных защитных устройств на ТЭС — 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 электроблокировочных устройств, позволя­ющих включать или отключать электрические приводы вспомога­тельных агрегатов только в определенной последовательности — "по цепочке". Например, аварийный останов дымососов котла при­водит через устройства электроблокировки к останову дутьевых вентиляторов и топливоподающих устройств.

7.2. 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 энергобло­ков и ТЭС.

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, т.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 сигнала на входе сигнал на выходе отсутствует или сигнал на выходе появится только при исчезновении сигнала на входе. Релейный эквивалент операции НЕ изображен на рис. 7.1.

Логическое усиление. Реализация этой операции с помощью логического элемента (релейный эквивалент показан на рис. 7.2) будет означать: сигнал на выходе появится вместе с сигналом на входе, но усиленный в k раз:

y=kx,

где 0 ≤ k ≤ ∞; 0 ≤ x ≤ ∞.

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: x₁ И х₂ Релейный эквивалент функции И для двух сигналов на входе показан на рис. 7.3.

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:

Дизъюнкция, называется логическим сложением и читается: х₁ ИЛИ x₂. Релей­ный эквивалент функции ИЛИ для двух аргументов показан на рис. 7.4.

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.

Запись этой функции в случае двух аргументов имеет вид

Релейный эквивалент функции НИ—НИ для двух сигналов на входе представлен на рис. 7.5,а.

На основе рассмотренных логических функций строят логиче­ские схемы действия промышленных систем автоматических защит, в том числе и ТЗ, воздействующих на ТОУ ТЭС. При этом необходимую последовательность операций по отключению (включению) объектов управления ТЗ достигают использованием простых логических функций или их сочетаний.

Сопряжение логических элементов ТЗ с ТОУ осуществляют по­средством промежуточных реле (РП), играющих роль усилителей

мощности. Обычно у (выходной сигнал РП) заводят в цепь управ­ления силового коммутационного устройства электропривода аг­регата собственных нужд или исполнительного механизма АСУ ТП.