電廠熱控保護系統可靠性分析

閆冠宇

摘 要：近年來，隨著我國經濟和社會的快速發展，使得我國對能源的需求量日益增加，然而，電力又是我國經濟發展所不可缺少的能源之一，勢必會面臨巨大的挑戰與發展機遇。受此情況的影響，國家對電力的發展也提出了更高的要求，與此同時，我國的發電設備正向智能化、自動化的方向快速發展，所以，關于電力操作系統運行的安全性以及可靠性都有了一個更新的認識。火力發電廠發電設備由于煤種變化、設備故障及運行人員操作不當等各種不確定因素的影響，造成運行參數超過規定的限值，甚至危急設備及人身安全。因此切實提高熱工保護系統的安全性與可靠性是當前所要解決的首要問題。本文主要對當前我國火電廠熱工保護系統中存在的諸多問題進行探討和分析，并且提出了一些切實提高火電廠熱工保護系統可靠性的有效對策。

關鍵詞：熱控；保護系統；可靠性

熱工自動化系統已成為了火電廠的重要樞紐部分，電廠的大部分設備都是由它控制著，汽包水位、過熱蒸汽溫度、鍋爐燃料量、機爐協調控制、再熱蒸汽溫度等是其主要組成部分。其次一些比較先進的系統還包括了引風控制、送風控制等調節系統。熱工自動化系統的系統構成比較復雜，其可靠性不僅需要熱工人員有牢固的專業知識，對系統的工作原理熟悉清楚，還要可以正確的操作。特別是在主要設備或者輔助設備出現較為嚴重的故障時，正常手工技術人員必須及時對熱工保護系統采取有效措施，只有這樣，才能夠有效避免故障的繼續擴大減少設備以及對人員的傷害。所以確保火電廠能夠安全穩定的運行，熱工保護系統必須有較高的安全性及可靠性。換而言之，熱工保護系統的可靠性是設備安全運行的首要條件。

一、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。

二、熱工保護系統可靠性出現問題的原因

1. 系統設計及安裝存在漏洞

熱控設備安裝是火電廠基建工作內容的一部分，在安裝過程中，由于對系統的認識不足或者安裝使用的側重點不同，就會留下可靠性的隱患。當前，大多數火電廠在系統的設計及安裝過程，更多的是從使用的角度進行考慮，例如更好的提高設備的運行狀態，更大限度的提高熱控效率，但是，在提高系統的可靠性層面投入的較少。這種設計以及安裝的思路，會導致很多大型機組在投產運行的初期，出現大量的非計劃停運，從而極大的降低了整體機組的工作效率。由此可以看出，系統設計以及安裝過程中存在的客觀漏洞使得控制設備的可靠性較低，無法滿足實際大型機組的工作需求。

2. DCS系統軟、硬件故障

隨著熱工保護系統的發展，為了保證發電機組的安全和可靠性，一般在機組的熱工保護過程中會加入一些過程控制站，以便熱工保護系統的 CPU 出現故障時均能停機保護，但是，由于熱工保護系統的軟，硬件故障也時常有發生，會引起熱工保護的誤動，信號處理卡，輸出模塊，設定值模塊出現問題時也會引起軟，硬件故障。

3. 控制電源故障

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。控制電源故障主要原因一是電源線路接觸不良、接線松動或開關質量不好，致使控制電源斷路或短路，從而引起保護誤動。二是在電源系統設計過程中控制電源回路的元器件容量選擇錯誤或電壓等級不匹配及控制電源未考慮冗余等因素造成事故。因此，在設計過程中控制電源的可靠性不容忽視。

4. 管理水平、模式滯后

熱控設備管理目前仍停留在傳統的管理模式上，所有設備的檢修，不管運行狀況如何，基本都采用定期檢修與校驗方式。例如儀表調前合格率統計達98%甚至更高，仍按規定的周期全部進行檢測校驗。一些單位設備采購時，因對設備質量好壞不了解和無設備選型參考依據，購入一些質量不好的產品，影響甚至威脅到機組的安全運行。因此，如何通過對在線運行設備進行可靠性分類，制定合理的儀表校驗周期，是火電廠管理工作中迫切需要解決的問題。

三、熱工保護系統的可靠性策略

1. 采用冗余設計

當前，發電機組的熱工保護系統中，比較普遍的是過程控制站的電源和 CPU冗余設計，為了提高熱工保護的效率，對一些執行保護的設備，如跳閘電磁閥等設備的動作也應該要監控起來，對熱工保護系統中的一些比較重要的熱工信號也要進行冗余設置，并且要對來自同一個樣本的測點信號進行記錄和有效地判斷，對重要的測點進行測量，應該要將卡件分布在不同的地方，以提高系統的可靠性，對重要的測量點進行取樣要對多個點進行取樣，并且各個點之間要保持相對的獨立，也是保證可靠性的一個重要措施，當前的取樣方式多是多點并列取樣的，這種方法還有待改進，熱工系統的冗余設計對于查找故障并且對故障進行軟化和排除都十分方便。

2. 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”。

3. 現場人員要有事故預想

針對不同情況、案例，制定合理的防范措施。重點對控制邏輯的條件合理性和系統完善性、保護信號的取信方式和配置、保護聯鎖信號定值和延時時間設置、系統的安裝調試和檢修維護質量、熱控技術監督力度和管理水平等方面進行評估。通過對設備微觀變化的分析，掌握設備狀況的變化趨勢，以此判斷安全程度，采取預防措施，防患于未然。通過評估工作的開展，促進熱控系統全過程監督的科學化、規范化、精細化管理，提高監督工作的實效性和機組運行的可靠性。

4. 其它措施

（1）熱工控制柜和DCS系統電源一路采用不停電電源（UPS），另一路來自事故保安電源（無保安電源時采用廠用電）。并均設置電源自動切投裝置，工作電源故障時及時切換至另一路電源。

（2）為避免弱電信號受現場電磁干擾，確保測量信號的準確性，可以將測量信號電纜與控制電纜和動力電纜分層敷設，提高系統的可靠性。

（3）建立科學的評價體系及專業人員培訓。

四、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。