提高热工保护可靠性及安全性对策

提高热工保护可靠性及安全性对策

石明然

（大唐国际托克托发电有限责任公司内蒙古呼和浩特市010206）

摘要：热工保护是发电厂不可或缺的核心技术之一，是确保发电机组安全、稳定运行的保障。近些年来，随着科学技术的不断进步及电力市场的迅速发展，热工保护迅速提升，极大地降低了机组运行事故发生率。但是，机组的实际运行过程中总会伴随着各种不可控因素的产生，造成热工保护出现误动、拒动，导致机组停机，不仅为企业招致巨额经济损失，还会由于威胁电网稳定性而产生各种消极影响。本文分析了提高热工保护可靠性及安全性对策。

关键词：热工保护；可靠性；安全性对策；

热工保护系统是火力发电厂中不可缺少的组成部分。当机组主辅设备发生某些可能引起设备和人身安全的事故时，如果热工保护能可靠动作，就能保护设备安全、减少经济损失和避免人身伤亡。因此，热工保护的可靠性尤为重要。

一、重要性

1.降低DCS系统失灵发生率，减少热工保护误动、拒动。近些年来，随着技术的进步和电厂竞争的激烈化，电厂机组设备不断更新，性能不断增强，主要表现为：发电机组容量不断增大，参数不断提高，热工自动化程度逐渐提升等等。特别是随着DCS分散控制系统的发展和应用，依托其强大的功能和优势，极大地提高了机组的安全性、可靠性、经济性和稳定性。但是，随着机组容量的增大，参与保护的热工参数自然也不断增多，致使机组或设备误动、拒动发生率明显提高，热工保护误动、拒动的情况时有发生。因此，提高热工保护系统的可靠性，对于减少DCL系统失灵情况，降低热工保护误动、拒动等具有积极意义。

2.提高机组的安全性、可靠性和稳定性。热工保护系统作为机组必不可少的重要组成部分，其可靠性直接关系到机组设备运行的稳定性和安全性。热工保护系统的作用是当机组设备在运行过程中参数出现异常时，自动联动相关设备并及时采取相应的措施加以保护，以软化设备或机组故障，避免发生重大设备损坏或其它更为严重的情况。因此，如果热工保护系统自身存在故障，在机组设备正常运行时，易造成设备停机，我们将这种情况称为保护误动；在设备运行过程中发生异常时，热工保护系统因发生故障而不动作，称为保护拒动。无论是保护误动还是保护拒动，都会给电厂造成不必要的损失。因而，提高热工保护系统可靠性，是提高机组设备运行稳定性、安全性和可靠性的关键。

二、热工保护误动和拒动的原因分析

1.DCS软、硬件故障。随着DCS控制系统的发展，为了确保机组的安全、可靠，热工保护里加入了一些重要过程控制站(如:DEH、CCS、BMS等)两个CPU均故障时的停机保护，由此，因DCS软、硬件故障而引起的保护误动也时有发生。主要原因是信号处理卡、输出模块、设定值模块、网络通讯等故障引起。

2.热控元件故障。因热工元件故障(包括温度、压力、液位、流量、阀门位置元件、电磁阀等)误发信号而造成的主机、辅机保护误动、拒动占的比例也比较大，有些电厂因热工元件故障引起热工保护误动、拒动甚至占到了一半。主要原因是元件老化和质量不可靠，单元件工作，无冗余设置和识别。

3.设备电源故障。随着热控系统自动化程度的提高，热工保护中加入了DCS系统一些过程控制站电源故障停机保护。因热控设备电源故障引起的热工保护误动、拒动的次数也有上升的趋势。主要原因是热控设备电源接插件接触不良、电源系统设计不可靠导致。

4.人为因素因。人为因素引起的保护误动大多是由于热工人员走错间隔、看错端子排接线、错强制或漏强制信号、万用表使用不当等误操作引起烧损。

三、提高热工保护可靠性及安全性对策

1.事故的分析。当机组的热工保护系统每出现一次拒动或者每发生一次动作时，都应该严格的按照事故调查的规章制度进行分析和研究，要充分利用计算机的存储和记忆功能，在确保DCS的各个计算机时钟同步的同时，对各个系统都应该做好相关的历史趋势曲线。加强对事故的分析，能有效的预防同类事故的发生。尤其需要注意的是对于分析不清的事故，应该组织这方面的专家进行分析研究，要彻查事故的真正的原因，并且制定出相应的预防措施。

2.关于解决逻辑故障和现场设备故障的方法。一是为了防止单个设备或者部件发生故障而造成机组跳闸问题的发生，在进行新机组的运行、机组检修或者逻辑设计时，采取容错逻辑设计的措施。在运行过程中出现的元件故障、部件故障或者设备的故障，应该从控制逻辑上优化，从而进一步进行完善。为了防止控制逻辑失效问题的发生，应该通过事先设置的逻辑措施来控制或者避免。二是全面的调整好热工保护连锁信号，重点从动作可靠性角度入手，从而进行全面的优化处理。三是就保护逻辑组态而言，应该合理配置页面并且确保正确的执行时序。四是最好的方法是不要在保护回路中设置有关运行人员可投、切保护以及手动复归保护逻辑的任何操作设备。五是应该至少有两路信号是关于ETS、GTS、MFT之间跳闸的指令，通过各自的输出模块，根据二选一或者三选二的逻辑启动跳闸继电器。

3.关于完善测量报警信号系统的方法。测量信号的报警作用在及时发现故障且排除故障争取时间方面，起着相当重要的作用。但是，目前很多的电厂经常存在描述错误、报警值的设置与运行实际值不相符合、测量的信号不可靠、机组软报警点未分级或者机组软报警点分级不够完善等一系列的问题，因此而造成的误报警，将导致工厂的工作人员不能准确的判断设备是否发生故障。因此，为了进一步提高报警信号的可靠性，应该从装软件逻辑和对数据库的比较、删除重复的和不必要的软报警点、修改错误描述入手，从修改数据库里的软报警量程和报警值的上下限以及对软报警组织专项核对整理入手，或者对所有软报警重新进行分级和分组，开通操作员站声音报警装置并且采用不同的颜色，从而使软报警系统发挥其该有的作用。

4.管理的方法。工厂的工作人员要对热工保护系统中的逻辑关系了如指掌，熟练地掌握保护定值的量度，预防事故的发生。为了更进一步的了解机组各个部分的运行状况以便及时调整运行的工况，在机组的运行过程中要经常切换计算机的画面。在机组启动前，一般情况下都要对主机、辅机以及热工主保护等主要的设备进行动态试验和静态试验。对管路、控制电缆、测量点等采取应对的方法：从取样地点到测量仪表的全部过程，冗余信号都应该互相独立并且要分开；应该找到准确的位置安装测点和测量液体的仪表；对运行的机组检修电缆的检修质量和基建机组电缆安装的质量进行质量检收；当在热控系统DCS电子之间设计无电缆夹层时,在电缆桥架应设计供检修维护专用的人行通道；应该安装敷设带有屏蔽信号的电缆设备。对接地和干扰问题采取的应对方法：其一，为了预防电缆的屏蔽层因产生磁场感应电流而产生干扰，信号电缆不应该作为信号地线。其二，为了防止形成屏蔽层环路，实现抗干扰的目的，信号电缆的屏蔽层应该保持良好的单端接地状态。其三，为了检测是否有利于干扰电压对地放电，从而预防或者减少干扰电压的窜入，信号电缆在控制系统侧单点接地无法解决的干扰问题可以在干扰源侧单点接地进行试验。其四，模拟信号的回路控制电缆和同轴电缆做好运用集中一点接地的方式，并且将接地点选取在控制室内。

5.事例分析及解决办法。一是机组运行过程中出现的事故跳闸现象是设计和实际情况存在偏差造成的，机组热工保护易出现误动。当机组热工保护出现误动时，应根据每一次的实际运行情况，进行认真具体的分析研究，对此作出合理的改善方案。在长时间的机组运行中，机组热工保护不断改进，热工保护系统的误动率在逐年降低。由于运行操作人员缺乏经验，引起水箱水位发生剧烈波动、低水位报警现象，跳闸信号复位前未启动，发电机绕组由于定子冷却水的中断，绕组温度急速升高，机组在温度上升到80摄氏度的环境下，若机组还未出现自动跳闸现象，则需采取强迫性的手动停机原则。所以，分析机组保护拒动的原因需要从定子冷却水的保护逻辑开始。机组在全部的定子冷却水泵停止运行后，还会继续危险运行，出现此种情况是由于两台定子冷却水泵在水箱水位信号GST.021.LSLL出现低低时会立刻跳闸，倘若该信号在5s内复位断开，在两台泵均已跳闸的状况下，其相应的指令继电器AXR.030.02和AXR.030.03在水箱水位信号的影响下出现失电复位的现象，同时时间继电器TMR.030.01也不再计时，因此该继电器不会发出机组跳闸的命令在时间还未到5s的时候。基于此种情况，冷却水泵受到错误信息的影响，不能精密的计算跳闸的指令信息，同时也不能体现该泵的切实情况是否已经中断。在定子冷却水系统增设三个控流装置，从每个装置中送出两个连接不同跳闸通道的定子冷却水低流量信号，以及每个通道中发出的跳闸指令通过三取二的逻辑运算进行，有效的保障了机组的安全性，从根本上消除保护举动及最大化的防止误动。二是取消失去一次风跳全部磨煤机的保护，但仍保留其报警功能。我们通过对过去过分依赖一次风/炉膛差压低低单信号跳闸全部磨煤机导致的多次重复的保护误动进行分析，采用多点测量分散危险以及减少保护误动、增设关于跳闸单台风量<60%的磨煤机保护等措施，解决参考点的压力受任一仪表膜盒穿孔或漏风状况的影响出现的严重干扰，信号不稳等现象，效果显著。三是UPS电源发生故障，全厂机组发生跳闸、对外事故停电现象是由于在UPS瞬时切换的过程中造成的。多次对模拟实验结果分析发现，在控制系统断电的瞬间，其内部的数据信息也在断电的瞬间全部丢失。主机的自主上电检验程序在电力将要恢复的过程中，就率先运行，同时，在特定的时间范围内执行程序对I/O映象表的数据开始扫描。对于断电后模拟量输入卡运算数据错误，是由于该卡在上电后的初始化状态是依靠主机程序BTW指令完成的，因此，在恢复正常工作状态之前，收集的所有数据均存在偏差，而当错误的数据传输到循环水泵机绕组时的温度数据>130摄氏度的坏值，导致循环水泵误动。经过充分研究可编程控制器计算系统和分析梯形逻辑图后，利用可编程控制器自检的反馈信息，取I/O机架故障信号作为循环水泵电机绕组温度高跳闸信号的闭锁条件，在机架故障或I/O卡上电5秒内闭锁循环水泵电机绕组温度高信号，防止循环水泵电机绕组温度高信号引起保护误动。从此，杜绝了瞬间失电或电压不稳引起的跳泵跳机大事故。

热工保护系统是火电厂不可或缺的组成部分,对提高机组主辅设备的可靠性和安全性起着十分重要的作用。本文介绍了热工保护重要性。接着分析认为,系统软硬件故障、元器件故障、短路和线路虚接等故障以及人为原因导致的故障等是主要表现形式,并提出了提高热工保护可靠性和安全性的对策。热工保护系统是热力设备安全运行的最后一道屏障,为确保这一屏障的安全可靠,需要热工维护人员不断完善热工设备和管理制度。

参考文献

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