火力发电厂典型热工保护误动的原因分析与改进措施

2021年全国发电厂

热工自动化专业年会

技术交流报告焦宏波2021年7月27日11/9/20221报告题目：火力发电厂典型热工保护误动的原因分析与改进措施报告内容：从热工保护的冗余设计、配置、保护逻辑、设备因素、人为因素、系统影响等几个方面，对火力发电厂典型热工保护误动的的原因进行了分析并提出了改进措施，为确保发电厂平安、经济、稳定运行提供了根底。11/9/20222热工保护的稳定性对机组的平安、经济运行有着极其重要的意义。在大型火力发电厂每年的非方案停运、RB或其它影响机组运行的重大事件中，由于热控专业造成的事件约占20%左右，在这20%的事件中，热工保护误动的大约占到了90%以上。尤其是新投产的机组，由于在基建期未对保护的设计、配置进行很好的重视，热工保护误动的事件时有发生，甚至有一年误动7次以上的机组。11/9/20223根据近几年来热工保护误动的事件进行统计、分析，近几年来发生的局部事件列举如下：某电厂，因主汽温度故障，三取二判断信号好坏逻辑有误，误发“主、再热蒸汽温度10分钟突降50℃〞，发电机解列、锅炉MFT；11/9/20224根据近几年来热工保护误动的事件进行统计、分析，近几年来发生的局部事件列举如下：某电厂，发电机主开关只有一个“合闸〞的反响信号，因输入模件故障，“合闸〞信号丧失，触发MFT，汽机跳闸；11/9/20225根据近几年来热工保护误动的事件进行统计、分析，近几年来发生的局部事件列举如下：某电厂，在线生传代码时，热工工作人员未全面了解信号的来龙去脉，就将该信号的参数更改下传，导致汽泵保护触发，机组RB。11/9/20226根据近几年来热工保护误动的事件进行统计、分析，近几年来发生的局部事件列举如下：某电厂，由于ETS系统某一转速模件故障，而保护逻辑未设计为“三取二〞，导致保护误发，汽机跳闸，锅炉灭火；11/9/20227根据近几年来热工保护误动的事件进行统计、分析，近几年来发生的局部事件列举如下：某电厂，热工人员不了解西门子DEH系统设备的硬件特性，工作中误将系统所带的主汽压力测点的信号线接地，导致DEH系统故障；11/9/20228热工保护误动的原因分析与改进措施：冗余设计、配置不完善保护逻辑不完善设备因素人为因素系统影响11/9/20229DCS系统用于控制的CPU处理器，即AP、DPU、MPU等，或用于数据交换用的系统网络等不是冗余配置，当处理器或网络硬件故障时，由于没有备用而导致系统停运，引起事故。1.1

原因分析：1、冗余设计、配置不完善11/9/202210DCS系统用于控制的CPU处理器、网络设备配置，在新建机组中已经完全是冗余配置，但少局部的老机组没有实现，需要改进。需要着重指出的是，即使是双CPU的配置，很多电厂也出现了双CPU同时停运的事件，这种情况，一般是由于CPU负荷太高、程序代码错误较多、厂家设计原因造成的。所以，定期检查CPU负荷、联系设备制造商进行系统升级、打补钉、减少错误代码的生成是一项必须的、长期的工作。1、冗余设计、配置不完善1.1改进措施：11/9/202211DCS系统带保护的输入、输出信号为单通道、单模件或TSI的振动、转速、胀差为单一模件，一旦通道或模件坏掉，就会造成保护误动。1.2

原因分析：1、冗余设计、配置不完善11/9/202212测量和控制设备、通道、模件的故障可能是质量的问题、电子元器件寿命到了等原因造成的，是不可防范和预测的。所以，要从根本上保证保护不误动，就需要将DCS系统所有带保护的设备都设计为“三取二〞的型式，即每个带保护的信号，从取压口、取样管路、测量和控制设备、信号处理回路等，都应该是三个完全独立、功能相同的配置，然后分别送至三块相同功能的独立模件，在DCS系统内部进行逻辑上的“三取二〞。这样的配置，当其中一个信号或其通道、模件故障后，不会误发保护信号，是一个公认的、平安的、使用率很高的配置，非常值得借鉴和引用。1、冗余设计、配置不完善1.2改进措施：11/9/202213带保护用的CPU、机架、卡件或设备的电源单一，当这一电源失去时，会导致模件或设备停运，失去控制，造成保护误动或设备事故。1.3

原因分析：1、冗余设计、配置不完善用于热工保护的测量或控制设备为单一配置或虽然设备配置为“三取二〞，但是取样口、取样管路用于同一个地方，当这一取样口或管路出现泄漏时，不管这条管路上有多少个测量设备，如定冷水流量、润滑油压力、凝汽器真空等，都会同时由于泄漏的原因导致信号误发。11/9/202214带保护用的CPU、机架、卡件必须采用来自不同地方的两路电源，一般是指UPS、BMA，对于直流电源，这两路电源要通过二极管使用；对于交流电源，不能采用通过接触器切换的两路电源，因为这种切换的电源即使时间非常短，也不能保证在切换的瞬间不失电。而且，在电源设计和选型时，电源的容量、裕度选用要合理计算，不能过负荷，也不能容量过大。1.3改进措施：1、冗余设计、配置不完善11/9/202215DCS系统在设计初期未进行专项的保护逻辑讨论、完全抄袭同类型机组的设计，未完全理解保护的对象、系统的变化等因素。系统分步试运、整体试运时，未进行或不完全进行保护传动、试验并进行记录。2.1

原因分析：2、保护逻辑不完善11/9/202216在机组设计、基建期，应召集设计院、调试单位、设备制造商及本厂的热工人员进行专项的保护逻辑讨论，根据设备的特性、要求，从平安、冗余、可靠的角度，制订保护动作方案、设计。在后面的分步试运、整体试运中要对每一个保护信号进行真正的保护传动、记录、签字，如果出现保护误动的事件，一定要搞清楚是什么地方出了问题，搞不清楚不能进行下一步的工作。同时，在进行这些工作的同时，要建立有效的制度和长效的质量追究机制，从制度上、责任上对工作人员进行约束，以保证保护逻辑的严肃性、可靠性。2.1改进措施：2、保护逻辑不完善11/9/202217热工定值随意更改、保护投退无记录、机组运行期间经常性改动热工逻辑、下传代码。2.2

原因分析：2、保护逻辑不完善11/9/202218加强保护定值管理，根据?火力发电厂平安性评价?、热工技术监督的要求，每年第一季度进行设备定值的核查工作，完毕后要总工签字生效；定值的更改要有申请报告，说明原因；根据?防止电力生产重大事故的二十五项重点要求?等制度，严格执行热工保护的投退制度、程序。2.2改进措施：2、保护逻辑不完善11/9/202219对局部用于保护的信号未进行针对性的处理、完善，导致DCS系统不能够防范因设备特性带来的故障，如主要辅机的轴温、线圈温度保护经常由于接线松动、元件损坏导致RB或机组跳闸。2.3

原因分析：2、保护逻辑不完善11/9/202220主要辅机的轴温、线圈温度都是单独带保护，由于元件不可能安装多支，无法实际三取二，所以经常由于接线松动、元件损坏导致RB或机组跳闸。可以采取的措施为设置温度变速率，因为温度计断线或温度计损坏，都是数值突升突降的，所以采用变化率来判断，经验值为每秒钟10度，如果超过这个值，用RS触发器记住，闭锁保护误发，另外，对这些信号采用1~3秒的滤波，也可以防止干扰或信号抖动引起的误发。2.3改进措施：2、保护逻辑不完善11/9/202221另外，热电偶补偿温度信号也是非常重要的，一个补偿温度信号故障会引起一大片温度故障，某电厂就曾发生因为风机所在机柜的补偿温度断线故障将送、引、一次风机全跳，引起RB。这种温度可以采取改三取二，加限制值的方法来防范。2.3改进措施：2、保护逻辑不完善11/9/202222设备老化，稳定性差，性能不可靠。如温度测量元件几年后感温局部会被氧化，使测量值偏差在几十度；信号、数据线插头的排线经屡次插拨后接触不良；DCS系统的计算机元器件老化，运行不稳定。信号线松动、短路、接地、干扰等原因导致保护误动的事件时有发生。一般都是由于电缆老化、剥电缆时不小心使电缆受伤、电缆被水侵噬、长时间未检查线路导致线路松动、周围有强磁场等原因。

原因分析：3、设备因素11/9/202223加大技改力度，将需要改进、更换的设备更换为技术成熟、可靠的设备。随着工业自动化的开展，很多新的热工设备都具有更好的性能，热工专业不应为了节省投资而“因小失大〞，加大不可靠设备的技改力度，以提高整个热控系统的可靠性、平安性。严格执行定期检查制度和建立逢停必检的检修程序，只要有时机就对带保护的设备的接线端子进行检查、紧固、对电磁阀进行阻值测量、对开关进行校验、对设备卫生进行清扫，使设备方方面面的工作环境一直处于良好的状态。改进措施：3、设备因素11/9/202224注意力不集中、责任心不强。如在进行模拟开关量信号、模拟量参数输入时，“1〞和“0〞未分清楚或选择错误、模拟量参数输错数字或小数点位数输多或输少。

原因分析：4、人为因素11/9/202225靠经验办事，违返检修程序。如在试运设备时，在炉左进行短接信号正常后，经验性的认为右侧和左侧一样，不进行测量、分析就开始短接，结果因左、右侧接线不一致，强电窜入DCS系统，烧毁机架。

原因分析：4、人为因素11/9/202226技术水平差，不了解作业程序。如在进行带保护的温度信号的检查时，未事先退出保护，就用万用表测量，导致温度信号突升，误跳设备。

原因分析：4、人为因素11/9/202227人为因素包含了过多的不确定性，如人的思想、精神状态、性格形成等，这些因素可控性较差，但也是可控的，如班前会了解员工的状态、经常性和员工进行生活上的沟通、事先分析员工是否适合某项工作等，可以有效的让每名员工发挥其特长、主观能动性。加强专业技术的培训。一是要给员工创造时机，加强动手能力、逻辑分析能力；二是要让每名员工养成实事求事、严谨、认真的工作态度，一切工作以制度、检修程序为根底，杜绝以创造性的思维对待制度和检修程序。改进措施：4、人为因素11/9/202228系统影响是一个宏观的说法，它包含了如DCS系统CPU、总线通讯故障、测量信号的幅射干扰等，这种事件的几率很小，但后果可能非常恶劣，如两侧CPU同时停运、OM画面全部变黑、振动信号大幅波动等，遇到这些情况时一定要冷静，根据预案，制定好措施。某电厂曾经在全部上位机“死机〞后5个多小时才恢复，其间机组的设备完全保持正常运行，说明这种情况是可以处理的，但同时措施也是非常重要的。系统影响具有不确定性、复杂性、难以控制，但只要协调得力、措施正确，也是可以将故障、损失降到最低的。5、系统影响11/9/202229随着工业自动化的高速开展，发电厂的设备、控制系统的自动化程度也越来越高，只要根底工作做好、做实、关健部位把好关，通过科学化的管理，尽早的做好防范措施，将故障在萌芽状