火電機組熱工保護可靠性分析

張 寧

（華電章丘發電有限公司,山東 章丘 250216）

火電機組熱工保護可靠性分析

張 寧

（華電章丘發電有限公司,山東 章丘 250216）

熱工保護系統是火電機組不可或缺的部分，是至關重要的一個環節，其可靠與否對于機組主輔設備的安全穩定運行意義重大。隨著機組自動化程度越來越高，熱工保護系統也逐漸成為了被關注的焦點，

電廠;熱工保護系統;可靠性;誤動;拒動

0 引言

如今，火電機組的單機容量和裝機容量日益增加，熱工保護系統在火力發電廠中的地位也在不斷提升，提高其可靠性可以有效地降低機組運行中的不安全事件發生概率，顯著提高發電企業的經濟效益。但是機組在實際的運行工況中，常常有很多不可控的因素，致使熱工保護系統出現拒動或誤動的事件，給發電企業造成巨大的經濟損失和設備損壞。因此，如何提高熱工保護系統的可靠性，也逐漸成為火力發電企業日益關注的焦點。

1 提高熱工保護系統可靠性的意義

熱工保護系統在火力發電機組中占據著重要的位置，是不可或缺的部分，其可靠性對于機組的主輔設備能否安全穩定運行起著至關重要的作用。當機組的主輔設備運行出現參數超出可控范圍時，熱工保護系統會聯動相關設備，同時采取及時有效的措施對機組加以保護，從而避免出現重大設備損壞甚至更嚴重的后果。因此，熱工保護系統是否可靠是提高發電機組主輔設備正常運行的關鍵所在。近年來，我國火電機組的設備不斷更新換代，直接表現為發電機組的容量增大、參數提高、熱工自動化程度也不斷提升，DCS（分散控制系統）也已廣泛被火電企業采用，憑借其強大的功能及優越性，使機組的穩定性、安全性、經濟性和可靠性都得到極大的提升。但由于機組容量越來越大，工藝越來越發雜，致使參與保護控制的熱工測量參數也不斷地增多，使得設備和機組發生誤動和拒動事件的幾率明顯升高。所以，想要消除或減少誤動和拒動，就要提高機組熱工保護系統的可靠性。

2 熱工保護系統誤動及拒動的原因

2.1 誤動與拒動

在機組主輔設備正常運行時，由于熱工保護系統本身存在故障而動作，致使機組主輔設備停機，這種情況被稱為保護誤動。還有一種情況為保護拒動，是指機組主輔設備在運行過程中出現異常，參數超出可控范圍，但熱工保護系統因故障而無法動作。熱工保護誤動，會造成發電企業不必要的經濟損失，而拒動，會造成設備損壞或者更嚴重的后果。這兩種事件都是我們在生產運行中應該極力避免的。

2.2 原因分析

由于當今火電機組的自動控制技術越來越先進，隨之控制系統也越來越“龐大”，熱工保護系統發生誤動或拒動的原因也變得越來越多樣化。總結起來，大致可以歸結為以下幾類：

（1）人為因素。人為因素多為熱工人員在工作中思想麻痹或者技能不夠成熟導致。例如將端子排接線看錯、對信號進行漏強制或錯強制、使用萬用表時操作不當造成短路或是走錯間隔等等，都會引起保護系統的誤動、拒動。例如，某廠熱工人員辦理#3機組（停運）火檢系統檢修工作票后，走到#4（運行）機組電子設備間內將火檢控制柜電源斷開，造成#4機組火檢喪失觸發鍋爐MFT，聯動汽輪機、發電機，機組被迫停運。

（2） 控制系統的軟、硬件故障。隨著DCS（分散控制系統）的日益發展， BMS（燃燒管理系統）、CCS（協調控制系統）、DEH（數字電液調節系統）、FSSS（爐膛安全監視系統）、ETS（汽輪機危急遮斷系統）等過程均納入DCS（分散控制系統），由于加入了這些子功能，使得DCS（分散控制系統）的負荷越來越高，其信號處理卡件、設定值模塊、網絡通訊以及輸出模塊等會出現故障而引起誤動、拒動的發生。

（3） 現場熱控元件故障。控制系統的功能日益強大也意味著生產現場測量元件和執行機構越來越多，如果質量不過關、維護不到位、或是存在元件老化和單元件工作等情況時，就會誤發信號，最終造成保護系統的誤動或者拒動。此類原因引發的保護誤動或拒動的比例相對較高。

（4）熱工電源系統故障。熱工系統的自動化程度不斷提高，系統設計軟硬件設置越來越復雜，使得熱工電源系統成為保護系統可靠與否的一個重要因素。電源的冗余配置、電源監視以及失電報警都應該成為電源系統的著重點。某廠曾發生過控制柜直流電源模塊損壞而冗余電源切換不及時造成失電，導致信號翻轉觸發機組保護動作的案例。

（5） 機組設計、安裝、調試階段存在缺陷、隱患。機組在設計、安裝、調試階段存在的缺陷、隱患也會導致熱工保護系統的誤動與拒動。例如保護回路采用單點保護，尤其是溫度保護采用單點，而現場采用熱電阻元件，元件開路時會使信號示值變大，導致超溫保護動作。

3 提高熱工保護系統可靠性

針對以上所述，對于提高熱工保護系統的可靠性，可從以下幾方面入手：

（1）增強從業人員的專業技能與風險意識。定期組織技術講課，提高熱工從業人員的技能并樹立其風險意識，杜絕單人作業，當兩臺機組的電子設備間互通式，應設置明顯的提示和警告標識，將人為的因素降至最低。

（2）嚴格執行設備的定期維護，建立完善的設備維護臺賬。加強對現場設備的日常管理工作，嚴格執行定期維護工作，建立并完善設備維護臺賬，及時發現設備存在的隱患，做好維護和保養工作。利用機組停運的時機對保護回路進行傳動試驗。

（3）提高DCS（分散控制系統）的抗干擾能力。DCS（分散控制系統）的抗干擾能力，是關系到整個控制系統能否可靠運行的關鍵。從系統的接地、電纜的抗干擾、信號的防干擾等方面入手，可以有效的提高系統的抗干擾能力。系統應正確的選擇接地點，完善接地系統。應采用直接一點接地的接地方式，接地點必須與強電設備接地點相距10米以上。信號電纜應選用鎧裝屏蔽電纜，降低動力線產生的電磁干擾。信號電纜應按傳輸信號種類分層敖設，嚴禁用同一電纜的不同導線同時傳送動力電源和信號，避免信號線與動力電纜靠近平行敖設，以減少電磁干擾。信號電纜的屏蔽層應單端接地。

（4） 采用技術成熟、質量可靠的元件。目前熱工保護系統對熱控元件可靠性的要求不斷提高，要提高其可靠性就要保證采用的熱控元件技術成熟、質量可靠。由于控制系統的不斷發展，熱控設備的投資也“水漲船高”，切不可為了算經濟賬而“因小失大”。在合理的投資下要選用質量可靠、口碑較好的設備，才會達到高“性價比”。

（5）對控制邏輯進行優化。對控制系統中的保護回路進行優化設計，盡量避免單點保護，采用“三取二”、“三選中”等思路，尤其是溫度保護，受元件質量、現場環境、接線松動等各種因素的影響，極易出現信號的跳變。所以在保護回路的設計中應采用速率限制，質量判斷，并增加聲光報警，以便第一時間發現故障，及時處理，消除隱患。

（6） 新建機組在設計、安裝、調試階段嚴格把關。新建機組在設計階段應該嚴格把關，及時發現錯誤和不合理的地方，并論證修改。設備的現場安裝須嚴格遵循工藝要求和施工規范，以保證測量的準確性。調試階段要做到細致、認真，不放過每一個細節，及早發現隱患并及時處理。

（7）提高和改善就地設備的運行環境。就地熱控設備應盡量避免受潮、受熱、腐蝕，盡量遠離熱源、輻射源，高緯度地區的機組還應注意現場設備的防凍，對取樣管和儀表柜應加裝伴熱系統。

（8）對重要保護配備硬手操。對于一些重要的保護回路，應合理配備硬手操，以防分散控制系統失靈的情況下對機組運行設備失控。此時通過人工操作，來直接作用于現場設備來達到保護設備的目的。例如MFT（主燃料跳閘）和ETS（汽輪機危急遮斷系統）的硬手操，可以實現在DCS（分散控制系統）失靈的時候對鍋爐和汽輪機的保護功能。

（9）增加DCS（分散控制系統）硬件的自診斷報警功能，嚴格控制電子設備間的溫度和濕度，保證電子設備的運行環境。

4 結語

綜上所述，熱工保護系統的可靠性與火電機組主輔設備的安全穩定運行息息相關，隨著發電設備日趨高度自動化，系統的安全性、穩定性也變得日益重要。同時也對保護系統提出了更高的要求。熱工保護系統可靠性的提高也將成為一個永久的課題。

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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.22.143

張寧（1981-），男，山東濟南人，現擔任檢修分場熱控班組技術員。