火力發電廠熱控保護動作的可靠性分析

邢恒波

摘要：近年來很多電廠機組在保護上出現了拒動作和誤動作造成的很多非停事故，這些故障的發生會導致發電廠輕則跳機損壞機組設備造成經濟損失重則造成人身傷亡事故造成社會損失。這就要求熱控保護的可靠性要達到非常高的高度。

關鍵詞：分散控制系統（DCS）;冗余;獨立性;可靠性

前言：本文針對當前熱控系統的發展狀況來對熱控系統保護裝置中可靠性方面存在的問題進行分析，提出一些在提高保護可靠性方面的一些做法。保護的兩個重要原則防止誤動作以及拒動作，關于誤動和拒動的關系要認識清楚，這是一對矛盾，在加強防止誤動作方面可能會引起拒動作，在加強防止拒動作方面可能會引起誤動作。在主保護方面，如MFT和ETS的保護，拒動作引起的危害大于誤動作，所以主保護設計上以防止拒動作為第一考慮，而一般保護方面，可以加強防止誤動作的工作。

熱控保護的重要性

今天DCS已經成為電站控制的標準設備，目前大到1000MW的主力單元機組，小到幾十兆瓦的自備電廠機組，都有DCS保障其安全運行。DCS系統已經發展到了一個相當成熟的階段，它的廣泛應用除了其性價比的提高以外，還得益于其可靠性的不斷提高。隨著我國經濟的高速發展各種大型火力發電機組不斷投入運行，大容量、高參數的火力機組不但發電效率高而且在節能減排方面也有著很好的保證。從而對電廠控制的神經中樞系統---控制系統提出了更高的要求，而熱控保護是保證電廠設備正常運行的最關鍵的系統。

安全可靠性對于電力生產至關重要。熱控系統的可靠性、保護系統的獨立性原則都是從安全角度出發，以期最大限度地避免事故發生的可能性。

DCS系統在電廠的安全生產、減少機組跳閘次數、生產效率、經濟性提高、節能減排的方面也起到了相當大的作用。大部分熱控保護裝置的系統主要是通過DCS系統實現，也有少數關鍵性保護由硬接線組成的操作按鈕以供運行人員緊急情況下操作。

分析熱工保護的故障原因

DCS故障

在熱控保護裝置中，DCS系統也會出現一些故障，造成其發生故障的原因有很多，這里主要列舉三個方面，第1個方面是因為DCS硬件問題，包括控制器故障、卡件故障的問題，電子元器件是有壽命的，有的元器件長期運行性能下降。第2個方面是DCS通訊故障，通訊方面的故障，筆者所在的電廠就發生過由于通訊故障而造成跳機事件。第3個方面是保護設計存在不合理的情況，控制邏輯的完善性和合理性不夠，熱控技術人員沒有發現保護回路設計的隱患，比如有的保護設計把算法塊的壞點也作為保護的條件之一，設計人員為了保險還把條件做了三選二，這樣做法的確加強了防止拒動作，但是當DCS系統出現故障時可能算法塊都會出現壞點發生的情況，最終導致機組跳機。

人員專業技能存在缺失

隨著技術發展和新建機組增加，新老電廠都面臨人員技術素質跟不上需求局面。加強技術培訓、實現遠程或網上技術教育，提高專業人員技術素質是做好熱工監督工作的基礎。通過網絡定期發布技術水平測試卷，促進各單位技術培訓工作深入;開展行業技術操作比武競賽，調動熱工專業人員自覺學習和一專多能積極性。提高專業人員積極的工作責任性、科學嚴謹的工作態度、功底扎實的專業和管理技能。

技術管理方面

現場操作人員的工作失誤是威脅可靠性的一大隱患。失誤的原因多種多樣，如操作人員未按規程操作、操作失誤，沒有進行事故預想、管理有漏洞等原因。這樣對于熱控保護的管理要有一整套的制度配合，要用制度去規范人員的行為。

提高熱控保護裝置的可靠性措施。

保證DCS系統的可靠性

DCS廠家的硬件軟件一直都在升級，對于備件的采購一定跟蹤DCS廠商的信息，有的設備廠商不再生產，那么廠商更新的設備是否可以應用到老版本的系統上要確認。包括軟件的配套也要跟蹤確認，如果新舊軟硬件配合不好、造成控制器負荷率高和系統抗干擾性能差，如采用不同時期制造的硬件，硬件有了局部變化后相應的軟件未做更新、軟件版本不一致、軟硬件版本不協調、系統軟件與組態應用軟件的不協調。案例：某廠ETS發生誤動作，造成機組非停，其誤動作原因就是由于軟硬件版本不協調。該ETS系統硬件采用PLC實現，使用的網絡模塊硬件版本較新，在進行網絡編程規劃時使用了老版本軟件，造成了網絡模塊軟硬件版本沖突，雖然網絡能正常工作，切換試驗也正常，但是長時間運行后網絡出錯信息越來越多，系統抗干擾能力變差，最終造成網絡癱瘓。后來采用的新版本的軟件重新進行網絡配置及編程后，解決了版本沖突問題，此類問題系統正常運行時，不易發現，應引起重視。

堅持熱控系統可靠性的五大原則

分配控制任務應以一個部件故障時對系統功能影響最小為原則。而熱控系統“獨立性”原則也指明：

機、爐跳閘保護的控制器應單獨冗余設置;

保護系統應有獨立的I/O通道

冗余的I/O信號應在不同的支線上

觸發機組跳閘的保護信號的開關儀表應單獨設置，當確有困難而需要與其他系統合用時，其信號應首先進入保護系統

機組的跳閘命令不應通過通訊總線傳輸。

建立完善的管理制度

制定DCS保護退投、工程師站分級授權等管理制度;

主保護的退投操作避免對主保護信號直接進行點強制操作;

編寫事故處理預案，提高處理故障過程安全可靠性;

同行業技術交流，技術人員不但需要對本廠其發生故障的原因進行有效的分析，并采取措施來進行解決與制止，還需要參考行業內其他電廠的故障分析，看看本廠有沒有類似的隱患，如果有要盡快整改消除隱患。

提高職工的能力

人員素質—落實“安全第一，預防為主，綜合治理”方針關鍵，它決定了控制系統運行可靠性，故障的發生概率，機組防范措施的有效性，

人員的故障處理能力—決定控制系統故障后分析判斷的正確性、處理時的快速性，處理后的可靠性和故障機組停機時間的長短。

控制系統可靠性保證—控制系統本身，有效的管理制度 + 人員的嚴格執行 + 和諧的環境 + 技能專家以點帶面。

以人為本，本強業穩。重視人員安全意識、規程掌握與基礎技能培訓（包括外出學習交流，調研取經）

結束語：

熱工系統保護的可靠性對保證火電機組安全穩定經濟運行至關重要，特別是減少機組跳閘次數、機組靈活性提升、超低排放以及節能改造等關鍵技術直接影響機組的經濟效益。在當前發電運營模式與形勢下，如何提高熱控設備與系統可靠性、增強機組調峰能力、縮短機組啟停時間、提升機組爬坡速度，增強燃料靈活性、實現熱電解耦運行及解決新能源消納難題等方面，仍是熱控專業需要探討與研究的重要課題。

參考文獻：

【1】趙燕萍等編著 熱控連鎖保護系統配置優化技術. 北京：中國電力出版社，2016

【2】王常力 羅安 分布式控制系統（DCS）設計與應用實例 電子工業出版社 2014

【3】火力發電廠分散控制系統運行檢修導則