胡劍波

摘要

隨著火力發電廠的自動化水平不斷提高，熱工自動化、熱工保護涉及的范圍越來越廣。熱控專業設備引起的故障占據了火力發電廠機組非停、出力受阻、各類障礙的一定比例，需要對熱控保護設備進行持續改進、改造。本文描述近幾年收集到的由熱控設備引起的典型缺陷進行統計、歸類分析后，對提高熱控保護設備的可靠性進行改進、改造的成功案例。

【關鍵詞】有缺陷必有改進 持續學習 持續改進

火力發電廠熱控保護系統設備必須不斷改進，主動采取措施避免發生各類障礙、出力受阻、甚至非停和設備損壞。原因有以下幾個。

各種行業標準、規定的更新。原有系統和設備不再符合新標準、新規定。

系統和設備投產后現場的工況發生改變，在生產設計時考慮的工況不再符合現場實際情況，必須進行現場改進。

任何設備都有使用年限，熱控設備投產超過使用年限之后必須改造。

由于電力生產的特殊性，地域分布和人員水平不同，任何的產品并不是百分之百適應每個電力生產現場，總有水土不服的現象，必須經過現場改進、改造，才能和現場設備、工況完美匹配。

自動化技術發展迅速，新技術、新產品解決了以前存在的問題。

下面詳細說明各改造項目。

1 主機和輔機保護三取二改造

1.1 改造原因和依據——新的《二十五項反措》要求

某電廠4臺300MW機組均為20世紀90年代投產，在機組運行過程中，發生過數次因為單一測點誤發信號造成的保護誤動、非停、降出力事件。例如：發電機斷水保護的單一壓力開關誤動作造成非停;送風機潤滑油壓力、喘振單一壓力開關誤動作造成送風機跳閘;一次風機油箱溫度單一測點誤動造成一次風機跳閘。

當時的《二十五項反措》中沒有關于主機、輔機保護必須采取“三取二原則”的規定，所以在投產時，許多保護是單點帶保護。2014年，國家能源局在新版《防止電力生產事故的二十五項重點要求》中‘第9.4.3條要求：“所有重要的主、輔機保護都應采用‘三取二的邏輯判斷方式，保護信號應遵循從取樣點到輸入模件全程相對獨立的原則，確因系統原因測點數量不夠，應有防保護誤動措施。”根據此條規定要求，所有主機、輔機保護均應采取三取二原則。

1.2 改造原理、方法

如圖1所示，3個測點從取樣點、信號電纜到DCS輸入卡件全程相對獨立。以送風機潤滑油壓力低保護為例說明。原有的潤滑油壓低跳閘壓力開關不變。新增2套壓力開關，組成潤滑油壓三取二保護系統。改造時，在潤滑油油泵出口濾網后至軸承處，增加2個取樣測點，保證3個測點獨立取樣。新敷設電纜2根，電纜從DCS端子排直接接到壓力開關內部端子（不再經過就地端子排接線，盡量減少中間環節，防止端子排問題造成的誤動和拒動）。新增的2個測點分別接入不同的DCS輸入卡件，保證3個測點在不同的輸入卡件。

類似原理方法的改造還有汽輪機‘中壓缸排氣壓力高保護、小汽機‘真空低保護、小汽機‘潤滑油壓力低保護、引風機‘喘振保護、引風機‘潤滑油壓力低保護等。

1.3 改造后的測點動作不一致監視

原有測點為單一測點不存在動作不一致的情況。新改造后3個測點存在動作不一致問題，壓力保護的測點多數為壓力開關數字量所帶。運行監視畫面沒有相關的測點顯示，發生問題后不容易發現。經過研究討論我們決定采取如下方案在主機監視報警光字牌中增加“重要測點信號不一致”光字牌。（見圖2，圖3）讓運行人員幫助監視，發現報警立即通知熱控人員檢查處理。

1.4 改造效果

三取二改造過的保護未再發生保護回路本身原因的保護誤動、拒動事件。2低缸脹差探頭安裝方式改造（本特利3300系列）

汽輪機轉子與汽缸的相對膨脹的差值，稱為脹差。習慣上規定轉子膨脹大于汽缸膨脹時的脹差值為正脹差，汽缸膨脹大于轉子膨脹時的脹差值為負脹差。根據汽缸分類又可分為高差、中差、低Ⅰ差、低Ⅱ差。脹差數值是很重要的運行參數，若脹差超限，則熱工保護動作使主機脫扣。

2.1 脹差探頭支架改造原因

某電廠300MW機組為哈爾濱汽輪機廠生產，在低壓缸與發電機之間測量低缸脹差，數值超限后汽輪機跳閘。在機組正常運行期間，發生過因為低缸脹差探頭安裝位置偏差大造成的失去監視事件。

某電廠300MW機組TSI系統采用的是本特利公司3300測量系統。低缸脹差監視儀表是3300/47補償式輸入差脹監視器，配備2個直徑25mm探頭，探頭間隙電壓為每毫米0.787VDC。由于脹差量程大于28mm，超過了單獨一個探頭的測量極限，所以使用互為補償的2個探頭，各負責一半量程。2個探頭的交接電壓為11.8±0.30VDC。原理如圖4所示。

低缸脹差汽機跳閘保護定值為“+16.4mm，-1.5mm”。如果距離小于交接范圍，低缸脹差數值顯示到7.5mm不再變化，失去監視和保護作用。如果距離超過交接范圍，數值會跳變到15mm，有保護誤動停機隱患。導致A、B探頭安裝距離超過交接范圍，造成儀表的2個探頭都失去作用。

深入分析，筆者發現：機組檢修探頭拆裝過程中，由于在拆裝過程中沒有精確的測量方法，只能依靠游標卡尺測量機械尺寸，加上拆除時和安裝時溫度不一致導致的實際尺寸誤差，安裝誤差遠大于1mm。再者，2個探頭分別安裝在機殼上，不能固定安裝距離。還有，探頭安裝完畢后無法對探頭和儀表同步進行聯動試驗。而且，此探頭屬于隱蔽工程，汽機軸承扣蓋后不能再調整。為了解決上述問題，我們決定改造低缸脹差探頭的安裝方式。

2.2 改造方法

設計一個可以固定2個探頭的支架，避免交接過程中再出問題。再增加滑軌和調節旋鈕，使探頭可以向正向和反向移動，裝上標尺同步測量數值。在安裝探頭完畢后，汽機檢修扣蓋前，可以進行探頭儀表同步試驗。如圖5所示。

2.3 改造效果

每次檢修安裝探頭時，同步進行探頭、前置器、儀表、DCS示值比對工作。保證在改造后的探頭沒有再發生測量回路原因的保護誤動拒動事件，沒有再發生運行過程中失去監視的事件。

3 爐膛壓力取樣裝置改造

3.1 取樣裝置改造原因

爐膛壓力是鍋爐的重要監視參數，既是引風機自動調整的被調量，還帶著FSSS系統的爐膛壓力高、低MFT保護。某電廠一單元和二、三單元均采用巴威公司生產的前后墻對噴型鍋爐。最初巴威公司設計爐膛壓力取樣裝置時，三單元取樣口設計為圓形，外直徑只有18mm（圖6），一、二單元取樣口設計為前端矩形后端圓柱形，約長50×寬18mm（圖7）。在實際運行過程中，由于設計煤種的關系，爐膛燃燒產生的煙塵濃度達到30000mg/Nm³，造成前端小圓口和矩形口處容易積灰堵塞。雖然配有連續吹掃裝置，但是由于吹掃流量只有2.5 至3m³/h，非常微小，吹掃防堵的作用不大。另外，一、二單元取樣管路是普通碳鋼材質，容易掉落鐵銹堵塞取樣管路。綜合以上幾個原因，造成運行中爐膛壓力測點取樣口經常堵塞，壓力測量不準確，引風機自調經常擺動，還有帶保護的爐膛壓力開關取樣口堵塞后，有爐壓保護拒動的重大隱患。

3.2 改造方案

更換取樣裝置，改變取樣口容易積灰的機械結構，擴大取樣口（見圖8）。水冷壁直管段改為增加彎頭繞過取樣裝置。更換新的連續吹掃裝置。使用直徑16×2mm不銹鋼管路重新配接取樣管路。爐膛壓力變送器模擬量測點和高2值開關量公用一個取樣裝置和管路，保證帶保護測點堵塞后及時發現。

3.3 安裝時注意事項

（1）風壓測量取樣管路中應盡量不要配備閥門，如果必須增加閥門，則必須采用球閥，不要使用針型閥等其他類型閥門，否則容易造成瓶頸，灰塵會集聚在瓶頸處.

（2）管路中接頭墊片必須保證完好，各接頭緊固，管路無滲漏。否則，極易造成取樣裝置和管路內壁積灰。

3.4 改造效果

解決了保護用取樣測點和管路堵塞重大隱患，未發生爐膛壓力保護誤動和拒動。

爐膛壓力測量穩定，自動調整效果良好。

4 ETS超速保護完善（增加轉速表上電閉鎖）

4.1 增加閉鎖原因

某電廠ETS系統超速保護使用4塊Philips飛利浦TRACK30型轉速表實現，該表在上電自檢期間所有開關量輸出繼電器會吸合

1.5 至2秒。2012年，#6機組因為UPS電源故障，UPS供電電壓瞬間低于150V，導致#1、#2轉速表失電重啟，ETS系統的2個通道均發出超速跳閘信號，機組跳閘。

4.2 改進方法

4塊轉速表，#1、2轉速表使用的是川'S電源，#3、4轉速表使用的是保安電源。利用原有電源監視繼電器的常閉接點，上電時閉鎖3秒鐘超速跳閘信號（圖9）。

4.3 改進后效果

未再發生上電時轉速儀表原因的ETS超速保護誤動。

5 汽輪機跳閘反饋信號改進

5.1 改進原因

某電廠FSSS系統“機跳爐”保護采用汽輪機A、B高壓主汽門均關閉信號相“與”，再“與”上并過網信號（圖10）。

曾經發生過汽機跳閘后，主汽門機械卡澀，實際無法關閉的故障，這樣的話主汽門行程開關關閉位信號無法返回FSSS系統，FSSS系統“機跳爐”保護拒不動作。為了防止發生機爐大聯鎖保護拒動的故障，必須進行改進。

5.2 改進方案

主汽門行程開關信號不可靠，必須找到相應的備用信號來替代。AST油壓，即“汽輪機危急遮斷油壓”可以很好的代表汽輪機跳閘信號。而且壓力開關動作可靠性比行程開關要高。所以增加AST油壓監視壓力開關3個，采用三取二的方法代表汽機已跳閘信號，和主汽門關閉信號相“或”。

5.3 改進效果

沒有再因為主汽門卡澀實際沒有關到位或者行程開關不到位，引起機爐大聯鎖保護拒動的故障。

6 鍋爐引、送、一次風機停止反饋信號改進

6.1 改造原因

改前狀態分析：以送風機為例說明。電氣提供狀態反饋點3個，一個運行信號，兩個停止信號。由于原來A公司DCS系統網絡點功能有缺陷，為了避免DCS控制器之間使用網絡點，所以3個反饋狀態點分別進入4個DCS子控制器。運行信號進入鍋爐 SCS控制柜，停止信號SOE進入鍋爐SCS的B側控制柜并聯接入MCS系統，另一個停止信號進入FSSS控制柜。

鍋爐SCS只有一個運行信號參與邏輯運算，實現鍋爐SCS的所有功能，例如停同側風機、聯鎖關閉出入口擋板等等。進入SOE的點只是SOE記錄，沒有其他功能。并接入MCS的停止信號實現RB功能和風機動葉控制功能。進入FSSS系統的點，只是實現風機全停MFT功能。

6.2 安全隱患

電氣送來3個點，但是沒有按照三取二原則使用，不符合《二十五項反措》的要求，容易造成聯鎖、保護誤動和拒動。曾經因為送風機單一運行信號消失，造成機組減負荷。電流信號是外部網絡通訊點，不可靠，不能參與邏輯運算。

6.3 改進方案

根據《二十五項反措》中，“9.4.11……觸發機組跳閘的保護信號的開關量儀表和變送器應單獨設置，當確有困難而需與其他系統合用時，其信號應首先進入保護系統。”信號流程采用機組跳閘保護系統優先使用的原則。原運行信號不變，進入鍋爐SCS系統。風機停止信號進行改進，原3-6DSOE卡上的停止SOE點進入FSSS控制柜SOE卡，作為SOE和邏輯運算使用。原來進入FSSS的停止信號不變。運行信號通過網絡點在FSSS系統參與三取二運算;在FSSS系統中三取二之后的停止信號替代原來邏輯內的運行取‘非運算出來的停止信號。通過網絡點和硬接線送至SCS、MCS等系統使用，防止誤動和拒動。

三取二邏輯在FSSS系統內制作，如圖12。并增加3個信號不匹配光字牌報警。

FSSS系統使用硬DO點和軟網絡點輸出到其他SCS、MCS系統。取用停止信號的SCS、MCS系統，使用軟點、硬回路點相“或”之后再使用，如圖13。

引、送、一次風機停止信號邏輯使用列表見表1。

6.4 改進效果

電氣至反饋信號動作正確，未再發生信號誤動造成的減負荷事件。

7 發電機斷水保護完善

7.1 改造原因

某公司#1、2機組在1991、1992年投產。當時設計的發電機斷水保護為單點帶保護，一個流量壓力開關帶跳閘。因為單一壓力開關損壞，發生過保護誤動機組跳閘事件。

7.2 改造方案

發動機定子冷卻水，正常工作壓力為0.6Mpa，斷水保護差壓開關定值為6KPa左右。測量管路壓力高、差壓小，之前使用的差壓開關不能適應此特點。必須尋找能夠適應此工況的差壓開關，最終選定某進口品牌。差壓開關數量定為3個，并決定增加3個水壓低壓力開關。原因是孔板只有一個，孔板損壞的話會造成保護誤動和拒動。另外，定子冷卻水泵運行狀態也應該作為保護條件之一。這樣可以防止壓力、流量測點損壞造成的保護誤動和拒動。

經過研究最終確定如下方案：如圖14。流量、壓力均低于保護定值時，或者2臺定子冷卻水泵均停，輸出發電機斷水保護信號至電氣跳閘發電機。至電氣跳閘信號、壓力低信號、流量低信號采用三取二方式實現，從取樣管路、電纜、板卡全程獨立。

7.3 改造效果

改造后，沒有再發生測點原因的保護誤動和拒動。

8 結束語

熱控設備種類繁多、數量龐大，但是也有優點，使我們學會了用多種不同的原理和技術來實現同一個目標，極大的增強了我們技術交叉融合的能力。我們只需要在各技術原理間取長補短、舉一反三，總會發現適宜的解決問題方案。

參考文獻

[1]《防止電力生產事故的二十五項重點要求》（國家能源局2014年版）.

[2]《火力發電廠熱工自動化系統檢修運行維護規程））（DL/T 774-2015）.

[3]《火力發電廠熱工控制系統設計技術規定》（DL/T 5175-2003）.