火电厂热工自动化安全技术配置指导思想探讨

火电厂热工自动化安全技术配置指火电厂热工自动化安全技术配置指 导思想探讨导思想探讨 国际上过程工业领域的安全问题引起了高度关注 以国际 电工委员会 iec 为首的国际标准化组织对此快速做出了反应 分别于 1998 年和 2003 年发布了国际标准 电气 电子 可编程 安全相关系统的功能安全 iec61508 和 过程工业领域安全仪 表系统的功能安全 iec61511 与此同时 安全仪表系统技术 和产品也飞速得到应用和发展 我国火电厂随着以 dcs 为中心的先进设备的应用 以及控 制和保护技术的完善 大型火电机组的安全状况有了很大的改 善 但是 应当看到 近年来 汽机超速 炉膛 烟道 爆炸 汽 包满缺水导致锅炉爆管和汽机带水 大轴弯曲 甚至造成人身 伤害的重大事故仍时有发生 热工自动化系统造成的机组 甚 至全厂非计划停运的事故也频频发生 因此 我们仍应对火电 厂的安全问题给予高度关注 目前 我国火电厂热工自动化安全技术虽有了长足的进步 也积累了较丰富的实践经验 但是 要使这些技术成为共识 形成规范需要我们从安全指导思想层面对它进行讨论 统一认 识 因此 本文重点不探讨具体的安全技术问题 而着重于探 讨热工自动化安全技术配置的指导思想问题 一 热工保护设计指导思想一 热工保护设计指导思想 如何处理 保人身 保电网 保设备 和 保发电 的关系 以 及如何对待事故处理中依靠人还是依靠热工保护 决定了火电 厂热工保护设计的指导思想 而不同的指导思想又决定了各个 历史阶段的具体热工保护系统的配置 纵观历史 我国火电厂 热工保护发展经历了不同指导思想的三个发展阶段 1 热工保护的低级阶段 上世纪八十年代 我国火电厂热工保护处于发展的低级阶 段 它的特征是 以报警为主 跳闸保护项目很少 事故处理 时强调人的作用 依靠运行人员处理 处理事故的原则是尽量 不跳机 保发电 这在当时热工自动化技术落后 可靠性低 机组容量小 参数变化慢 以及电网容量小 比较脆弱的情况 下 这种指导思想是完全正确的 2 热工保护适应大机组的发展阶段 上世纪九十年代 我国电力行业逐步进入大电网 大机组 的时期 热工自动化技术飞跃发展 这种背景下 产生了一种 全新的热工保护设计理念 主要体现在以下两个方面 坚持 保人身 保电网 保设备 第一的安全指导思想 在大电网条件下 决不可将不跳机 保发电等同于保电网 发挥人的能动性主要体现在精心设计和选型 精心调试 上 而在事故处理的紧急情况下 则应首先依靠热工保护 运 行人员则发挥辅助作用 根据新的保护指导思想 大机组热工跳闸保护项目相当完 善 事故处理时主要依靠保护 保护设计原则是保人身 保设 备的安全第一 宁愿误动 不应拒动 在新旧两种保护理念 更替中 引起了激烈的争论 有些问题至今仍争论不断 其中 最典型的问题表现在要不要坚持设置 停炉停机 保护问题的争 论 目前有一部分电厂没有按照设计规程执行 停炉不停机 理由是 停炉后不停机 运行人员可通过手动操作把负荷降下 来 利用锅炉蓄热 汽轮机带低负荷运行 一旦检查没有什么 大故障 便立即点炉启动 省去汽机启动并网过程 首先 这 种做法潜伏着重大人身伤害和设备损坏事故的危险 实践告诉 我们 锅炉 mft 和汽机快速降负荷需要运行人员监视大量信息 并执行一系列操作 稍有不慎 可能因操作不当而扩大事故 汽机降低负荷不及时 汽压急剧下降有可能导致蒸汽带水 管 道和汽轮机水冲击 此外 这种降负荷过程以及突降到低负荷 下运行将造成汽包和汽机极大的热应力和胀差 实践证明 这 类事故并不少见 至于带厂用电的好处 对于大电网和多机组 电厂来说 作用并不明显 而对于孤网运行 且由于系统解列 导致锅炉 mft 停运情况 带厂用电是有重要意义的 但是 目 前传统的 deh 和 avr 系统无法满足这方面要求 对于这类特殊 电厂需要做专门设计 谈到恢复快和电网考核 这属于经济方面的考虑了 大型 单元机组解列与否对恢复时间的差别并不是很大 此外 这种 考核方法也值得商讨 不正确的考核会产生错误的导向 对于 电网来说 如果机组带不上负荷 并网与否差别不大 仅差带无 功 电厂多台机组 恢复略慢所差负荷完全可有其它机组补上 为了经济上这点区区小利而冒如此大的风险 而将如此大的责 任压到运行人员身上 显然是不妥的 3 热工保护向进一步完善化的发展阶段 我国大机组热工保护理念及其配置从引进到现在的十多年 来 人身伤害和设备损坏等重大事故大幅减少 但是 保护误 动造成非计划停运的事故与初期相比虽有所减少 但仍然高达 平均每台机组 2 4 年发生一次 由此带来的经济损失仍然不可 忽视 因此 客观上要求热工保护进一步完善化 即在坚持 保 人身 保电网 保设备 的前提下尽可能减少误动 以获取机组 最好的发电经济效益 火力发电厂热工自动化安全技术指南 文献 1 中规定的一些保护逻辑修改正是反映了这一发展阶段的 部分成果 例如 四角喷燃锅炉的中速磨煤机跳闸条件应改为 a b c d e 层 相邻两角或三角火焰丧失 且相邻层火焰和该层点火能源都丧 失 对于汽机振动保护常误动 可靠性差以致该保护不能投 入的机组 允许汽机振动大跳机的逻辑修改为 一个轴承振动 达到事故值 且相邻轴承任一振动达到报警值 经一定延时后 应立即停机 逻辑修改后 当任一轴承振动达到事故值时 应 有明显的声光报警 此时 运行人员应及时进行判别 除非明 确断定是振动信号误发 否则运行人员应及时手动停机 二 分散控制系统及其后备监控设备配置指导思想二 分散控制系统及其后备监控设备配置指导思想 目前 dcs 不仅覆盖了热工自动化方面所有功能 还包括了 电气监控功能 后备监控设备也几乎全部取消 这在提高仪表 与控制 ic 水平的同时也使 dcs 对火电厂安全性的影响日益增大 dcs 故障导致机组安全隐患 机组非计划停运 甚至全厂 或两 台机组 停电事故的机率明显增加 为了进一步提高火电机组运 行的安全性 需要我们进一步发展 dcs 的安全技术 dcs 安全技术包括两个方面 1 提高 dcs 可靠性 从源头上减少 dcs 故障发生率 例如 提高 dcs 电磁兼容性 开发安全控制器等 2 合理配置 dcs 及其后备监控设备 减少 dcs 故障的影响 程度 这是本章要重点讨论的课题 根据当 dcs 故障时最大限度减小对机组安全运行的影响这 一指导思想 火力发电厂热工自动化安全技术指南 中提出 一系列新的 dcs 配置要求 例如 1 对于循环水泵 空冷机组的冷却水泵以及仪用空压机等 重要公用系统 或扩大单元系统 应按单元或分组纳入单元机组 dcs 中 以免因公用 dcs 故障而导致全厂或两台机组同时停止 运行 2 控制器宜按工艺系统功能区配置 重要的多台冗余或组 合的辅机 辅助设备 应按下列原则配置 以确保一对控制器故障 不会造成机组被迫停止运行 送风机 引风机 一次风机 凝结水泵和循环水泵等两 台冗余的重要辅机 以及 a b 段厂用电应分别配置在不同的控 制器中 但允许送风机和引风机等纵向组合在一个控制器中 给水泵 磨煤机和油燃烧器等多台冗余或组合的重要设 备应适当分组配置到几个控制器中 3 为了减少一对控制器故障对模拟量控制系统失灵造成的 影响 重要模拟量控制回路应适当分散配置 影响同一重要参 数的控制回路应尽量配置在不同控制器中 例如 主汽一级和 二级减温控制系统 再热汽摆动火嘴和喷水控制系统 送风和 引风控制系统等不宜配置在同一对控制器中 4 控制器 包括汽包水位 的配置必须严格遵循重要保护和控 制分开配置的独立性原则 5 deh 控制器应按失电或故障时自动停止机组运行的故障 安全原则配置 fss 和 ets 控制器在其继电器执行回路已按故障 安全原则配置时 其跳闸输出可按带电动作原则配置 6 除 deh 控制器外 当任何一对控制器故障时 为确保短 时恢复期间机组在稳定负荷能安全运行 除应按照要求配置硬 接线后备监控设备外 至少对下列重要安全参数 应在二对控 制器中同时予以配置 汽包水位 超临界压力机组除外 主蒸汽压力 主蒸汽温度 再热蒸汽温度 炉膛压力 至于 dcs 后备监控设备 我们也应根据下述问题对目前的 配置方案重新进行思考 1 在 dcs 局部故障时能否维持短时稳定负荷下运行 2 dcs 在发生全局性或重大故障而紧急停机过程中能否确保 机组真正安全 遗憾的是 系统分析和实践无法给我们以肯定 无误的回答 当 dcs 发生全局性或重大故障时 目前机组配置的后备操 作设备为我们提供了发出停机 停炉 启动交 流润滑油泵 打开真空破坏门等指令的手段 但是 停机 停炉是一个复杂 的过程 需要进行一系列操作 这将全部依赖独立于 dcs 的保 护和联锁回路去自动执行 任何一个熟悉运行的人都很清楚 其中有相当一部分操作如果没有被正确执行将不能保证停机过 程中机组的安全 例如 发出停炉指令后一台磨煤机没有停止 运行 给水阀门或减温水阀门没有关闭 发出停机指令后主汽 门或调速汽门没有关闭 抽汽逆止门没有关闭 润滑油泵不能 正常供油等这都将严重危及机组安全 事故调查也证明 保护 和联锁拒动的现象也不是完全罕见的 当 dcs 发生局部故障时 例如 一对冗余的给水控制器 汽温控制器或炉膛负压控制器故障 如果我们仍想维持短时运 行 那么目前的 dcs 控制器配置以及后备监控设备配置是否能 满足要求呢 答案也是否定的 根据上述配置指导思想 作者认为目前的后备监控仪表和 报警装置应按下列要求修改配置 1 后备监视仪表 锅炉汽包电接点水位表 必须选用经实践证明安全可靠 全程测量准确 锅炉炉膛火焰工业电视 凝汽器真空表 汽机转速表 发电机功率表 2 后备报警装置 根据前面论述 为了确保 dcs 故障时维持机组稳定负荷下 短时运行或紧急停机过程中安全 必须监视一些重要安全参数 是否在安全范围内 主要跳闸或联锁保护是否正确动作 但是 由于装设过多后备仪表和后备操作设备问题较多 因此 适当 增加后备报警装置 用较小代价换取机组的安全就是最好的选 择了 因此 我们建议单元机组必须按下列原则配置足够数量 的报警信号 主要安全参数达到 值和 值 主要电源和气源消失 机组跳闸和主要保护联锁动作 三 三 开放开放 思想 引进电控安全技术思想 引进电控安全技术 目前 dcs 不仅覆盖机组热工自动化功能 而且早已将机组 电控也纳入其中 甚至不久将出现在一个电厂内用同型 dcs 实 现电气网络监控功能 但是 由于 dcs 的开发和应用长期来一 直以热工自动化专业为主体 因此 为了推动 dcs 技术进步 开发和应用 dcs 的热工自动化公司和人员应当 开放 思想 跳 出狭隘的圈子 研究电控的需要 引进电控的技术 特别是安 全技术 使 dcs 的开发和应用全面吸收二个专业发展的技术成 果 并使 dcs 充分满足机组 或全厂 的 而不是某个专业用的 自动化系统 举例来说 在电气专业领域内 为了确保可靠性 规定继电保护装置 emc 试验 包括静电放电抗扰度 射频电磁场 辐射抗扰度 电快速瞬变脉冲群抗扰度 浪涌 冲击 抗扰度以及 磁性抗扰度等试验 各项指标应达到 gb t17626 iec61000 4 级 要求 测控单元应达到 级要求 但是 目前国内外 dcs 对 emc 等级均无明确要求 仅有个别 dcs 通过测试正式宣布达到 级有以上 这种现状很不适应 dcs 应用范围日益扩展和安全 性提高的要求 因此 我们应参考电气设备标准制订的 emc 要 求 考虑到目前实际情况 火力发电厂热工自动化安全技术 应用指南 建议 dcs 的 emc 等级应达到 gb t17626 级及以上 等级要求 其中个别项目暂时达到有困难时 最低也不允许 低于 级 但是应尽快改进以达到上述标准 四 结束语四 结束语 我国火电厂热工自动化安全技术飞速发展 并积累了丰富 的经验 为了统一认识正确总结经验需要我们有一个适应形势 发展的新的安全技术指导思想 但是 当这些安全技术还没有 成为行业规范或适当的行政指令时 一个设计单位或电力企业 往往是不敢应用的 例如 汽包水位测量和保护技术近七