提高熱工保護可靠性的方案及措施探討

王樂柱 勾存才 信延龍

（華能沾化熱電有限公司，山東 濱州256800）

0 引言

火力發電廠中隨著機組容量的不斷增大，機組控制高度自動化與智能化，提高熱工保護的安全性、可靠性變得日益重要，無論發生保護拒動還是保護誤動，都會給企業帶來不可控的損失。本文根據火力發電廠實際情況，對提高熱工保護的可靠性進行了分析，并提出了改進方案和措施。

1 保護設備取源部件

參與保護的一次設備如壓力開關、行程開關、壓力變送器，隨著電子設備的飛速發展，其質量可靠性是很高的，不安全因素主要集中在保護設備的取源部分。

（1）爐膛壓力保護取樣裝置的改進。

爐膛壓力保護是鍋爐最重要的保護之一，取樣裝置的堵塞引起爐膛壓力保護拒動是火力發電廠中經常發生的。取樣裝置根部經常結焦，疏通結焦需要用鐵棍剔除，甚至需要將取樣裝置割下，動用沖擊鉆。由于鍋爐煙氣中含有酸性氣體（如二氧化硫、三氧化硫和氮氧化物）和水蒸氣，在取樣裝置開孔處，煙氣遇冷溫度驟降，煙氣中的酸性氣體會達到露點，與煙氣中的水蒸氣、煙塵混合結焦，結焦體緩慢增大，將堵塞取樣裝置。采取增加保溫的措施，對取樣裝置進行保溫，保溫后提高取樣口處的溫度，并采用防堵型取樣裝置。實踐證明，該措施有效避免了取樣裝置易堵塞的問題，不但提高了爐膛壓力保護的可靠性，還大大減輕了維護工作量。改進方式如圖1所示。

圖1 取樣裝置改進圖

爐膛壓力開關一般選用大膜盒樣式的壓力開關，現場安裝應為膜盒垂直安裝，為保證保護定值的準確性，在標準室校驗時亦應使膜盒垂直放置，不然會帶來較大的誤差。

（2）在反措和設計規定中，重要保護要求采用三取二或四取二的冗余方式，如汽輪機真空低、潤滑油壓低等，在實際實現中往往只是做到了測量設備、開關量（或模擬量）信號、DCS通道、邏輯組態的三取二保護，儀表測量管路仍然在一個取樣母管上，一旦母管上的一點發生泄漏，往往會造成保護的誤動。應采取取樣管單獨敷設的措施，避免保護誤動。

（3）測量壓力、流量、液位等參數時需要用儀表管路將被測量介質傳送到變送器、開關等一次元件上。機械振動會造成保護設備使用的儀表管路磨損，長時間磨損最后將導致管路泄漏，容易使保護誤動。防范措施：緊固儀表管路的固定卡子；管路與其他金屬接觸時，應使用膠皮隔開；定期檢查儀表管路的磨損情況，做好記錄，發現有磨損及時處理，保證管路完好。

（4）儀表管路的伴熱改進。

據統計，每年冬季由于熱工引發的機組非計劃停運中有20%是由于儀表管路上凍，造成保護誤動，其中最最重要的是汽包水位保護。目前汽包水位保護大部分火電廠采用水位變送器三取二的方式，其冬季的防凍大多采用電伴熱方式或電、汽伴熱均有的方式。采用電伴熱缺點：1）電源易跳閘；2）伴熱電纜易被燙損，老化快；3）每次大小修都要打開保溫檢查，浪費人力物力；4）伴熱電纜貼近正壓側或負壓側會造成儀表管路溫差，使汽包水位信號產生誤差。采用電伴熱可靠性相對較低，改進措施是將儀表管路及保溫箱均采用汽伴熱方式，儀表管路部分利用角鐵焊制成框架，框架外敷設保溫，伴熱管在框架內形成“溫室”，伴熱管在保溫箱內穿過，通過增減保溫箱內部伴熱管的保溫來調節保溫箱內部溫度，從而保證汽包水位儀表管路的受熱均勻性。

2 保護信號的處理

（1）溫度高保護。

一般重要輔機均有軸承溫度高聯鎖跳閘等溫度保護，溫度測定單純依靠品質判斷是不完善的，需增加溫升速率過大切除保護的功能。溫升速率如何判斷，DCS系統中一般沒有現成的功能塊，通過多次試驗總結，邏輯如圖2所示。

圖2 溫升速率判斷邏輯

（2）汽輪機軸承振動保護。

汽輪機軸振保護設計一般采用單點達到跳機值保護動作，實現機組自動打閘停機。有時清掃衛生時碰觸到軸振傳感器的接線，也會引起信號跳變，造成軸振保護誤動。為提高軸振保護的可靠性，采用一方向軸振跳閘與同軸承另一方向軸振報警，二取二。目前汽輪機安全檢測系統主流產品為本特利3500和MM6000。

本特利3500組態的具體方法如圖3所示。

圖3 本特利3500組態的具體方法

MM6000保護邏輯的改進需要通過繼電器搭接實現，本方案按5個軸、10個軸振測點設計。將軸振卡原跳機、報警信號線拆除，公用線保留，引出20根信號線，在原繼電器回路引出1根24V線和1根com線。加裝20個繼電器，對20個信號進行擴展，繼電器上側為繼電器線圈電源接線、信號線，下側是邏輯回路接線，紅色線為報警回路，其他為跳機回路接線，如圖4所示。

圖4 繼電器回路接線

（3）參與主要保護的開關量信號，如三取二信號，其中一個測點誤發時往往不易被發覺，這就給發生保護誤動埋下了隱患。改進措施是在DCS畫面增加重要保護信號一覽表，并對測點增加報警，便于及早發現、消除隱患。

（4）汽輪機超速保護等一些參與保護的模擬量測點在單元設備中實現，實時值在設計時沒有接入DCS進行顯示，當單元設備發生故障時，該設備就退出了保護。改進措施是將測點從單元設備中引出至DCS畫面進行顯示，便于及時發現設備故障。

（5）保護投切狀態顯示。

主機保護大多在控制系統內實現，不允許在系統畫面內設置投切按鈕，保護的投切通過強制組態模塊來實現，保護投入與否需要逐條查閱組態來檢查，容易由于疏忽大意造成保護漏投現象，在控制系統增加保護投停狀態一欄，可以很直觀地查閱保護投停狀態，如圖5所示。

圖5 保護投停狀態顯示畫面

（6）ETS系統輸出開關量信號避免采用“長信號”，除跳機電磁閥（AST）等特殊情況外，電磁閥等開關型電氣驅動設備盡力避免長期帶電運行。

3 電源系統

熱工電源系統一旦發生問題，會嚴重影響到熱工設備的正常運行，甚至引起保護的誤動，造成機組非計劃停運。

熱工保護設備電源供給一般為交流220V系統及直流24V系統。交流220V主電源采用UPS電源，備用電源采用廠用電電源。直流24V系統采用兩路直流電源并聯方式運行，可靠性都有了很好的保證。下面對如何進一步改進電源系統提出幾點建議。

3.1 交流220V電源系統

控制系統中交流220V系統一般供給直流24V電源模塊、網絡路由器、人機接口站、機柜照明及風扇。兩路直流電源模塊由UPS電源和廠用電電源分別供給即可，無需切換。機柜照明及風扇容易引起短路或接地，建議單獨剝離出來，從其他熱工電源柜敷設線路單獨接取。網絡路由器、人機接口站需要兩路電源的切換輸出，為提高可靠性，改進方案如下：兩路電源裝置同時工作，各帶50%負荷，當其中一路電源裝置損壞時，另一路電源裝置自動帶全部負荷，這種供電方式比較可靠，具有較強的保護功能，有效避免了電源切換造成的擾動。

具體案例：A、B兩套電源切換裝置，A電源切換裝置主電源為UPS電源，副電源為廠用電電源；B電源切換裝置主電源為廠用電電源，副電源為UPS電源。A電源切換裝置給A網路由器、1／3／5／7操作員站、工程師站供電，B電源切換裝置給B網路由器、2／4／6／8操作員站、歷史數據站供電，并試驗電源切換裝置切換時不影響設備正常運行，如圖6所示。

圖6 電源切換裝置

3.2 直流24V電源系統

目前控制系統過程控制單元、I／O卡件一般采用24V直流電源。直流電源一般分配方式如圖7所示。該方式的缺點是當端子排中間一接線松動時，該點以下會失電。

圖7 直流電源一般分配方式

改進方式如圖8所示。該方式使電源回路形成了環路，任何一點斷線，均不影響系統供電。

圖8 直流電源改進分配方式

3.3 電源系統公用線的處理

交流220V電源零線或直流24V電源com線一般作為公用線，在端子排跨接，一般做法只在端子排首個端子排接一根公用來線，這樣一旦中間任一端子松動會造成該點以下信號拒動。改進方法是端子排首尾各接一根公用來線，如圖9所示。

圖9 電源系統公用線改進接法

4 結語

提高機組保護設備的可靠性，保證機組保護設備正確動作，防止保護誤動、拒動是熱控非常重要的一項工作，我們應采取“嚴、細、實”的工作作風，加強設備巡檢、檢測，及時發現設備存在的隱患，并及時預防、排除隱患，努力使熱工保護動作正確率達到100%，以保證主、輔設備的安全可靠運行。