火电厂热工保护可靠性分析及对策

火电厂热工保护可靠性分析及对策孟尚虎【摘要】从热工管理现场实践出发，提出”全过程、全方位、全员”的管理思路.结合易被忽视的问题，提出”采取冗余”、”改善设备环境”、”量值传递与量值溯源”、”传动试验”、”重要设备定期更换”等措施，对提高热工保护可靠性有一定的借鉴意义.【期刊名称】《安徽电气工程职业技术学院学报》【年(卷)，期】2011(016)001【总页数】4页(P86-89)【关键词】保护;可靠性;拒动;误动;冗余;DCS【作者】孟尚虎【作者单位】阜阳华润电力有限公司，安徽岸阳,236158【正文语种】中文【中图分类】TM621.4随着我国电力工业的迅速发展，火电厂的装机容量和单机容量都日益增大，现在大量的超临界、超超临界机组投入运行。在日益严峻的环境形势下，火电厂脱硫系统已经成为标准配置，脱硝系统也在逐渐投入使用。相应的热工保护系统的规模也大幅度上升，对热工保护系统的控制方式、系统可靠性、运行水平的要求也越来越高。因此，热工保护控制系统的安全可靠性对保障机组的安全稳定运行十分重要。1提高热工保护可靠性总体思路热工保护系统的设置应遵循分层原则，根据保护对象实施不同的保护策略。对于汽轮机主保护(ETS)、锅炉主保护(MFT)等一旦拒动可能导致灾难性事故的保护，应将防止拒动放到首位，在保护设置时考虑通过〃四取三/三取二表决”、“负逻辑”、软硬双回路等措施提高系统的可靠性。对主要辅机(如磨煤机、引/送/一次风机、给水泵等)的热工保护，因其重要性略低于主保护，且一旦误动作可能引发机组跳闸等后续事件，应以防止误动作为主。对于有备用、价值较低等辅助配套设备，若其误动作后将引发主要辅机跳闸或损坏的，则应根据实际情况，尽量简化其保护逻辑，以设置报警为宜。提高热工保护系统可靠性应坚持〃全过程、全方位、全员”等思想。全过程指设计、设备选型、招标、安装、程序组态、调试、维护、检修、改造等全寿命周期各阶段。全方位指取样取源、信号变送、信号传输、信号转换、信号采集、逻辑处理、保护信号输出、执行机构动作、电源系统、气源系统等相关环节。全员指管理人员、运行人员、维护人员、检修人员、设计人员、供货人员、施工人员、监理人员等有关各方。2热工保护管理中几个易忽视的问题为了提高热工保护系统的可靠性，专业人员采取了大量有效的措施，形成了完整的经验，但在具体执行过程中易忽视以下几个问题。2.1DCS与就地装置的接口就地配套设备实现就地控制功能，如风机油站控制柜、电机油站控制柜、磨煤机油站控制柜、空预器就地控制柜等。为实现远方操作及保护，这些控制装置与DCS之间形成大量联系，由于设备厂家设计风格各异且均为定型产品，就会带来一些风险。如某厂风机油站控制柜，送DCS信号使用了公共线，而且部分信号采用常闭点，在现场维护作业时，因误碰公共线，导致油泵停止信号误发，引起风机跳闸。处理此类问题的对策：1）考虑将所有连锁保护功能全部进入DCS，保护信号不再通过就地控制装置转接。2）尽量采用常开点信号。3）尽量避免采用公共线。4）必须由就地装置提供的开关量信号尽量采用干接点。模拟量信号要充分考虑装置及DCS的接地要求，若两者都必须接地时应设置信号隔离器，割断两者的电气回路。2.2电缆选型及施工关于电缆选型及施工有明确的规程规范，严格执行可避免绝大多数因电缆导致的信号异常情况的发生。但在工程实践中，易发生以下问题:1）电缆敷设不规范，动缆与控缆未严格分层敷设，导致保护信号受动缆电磁干扰，引起信号误发。2）控制电缆屏蔽层接地不良，导致信号误发。如，雷雨大风天气中，某厂二次风量信号从正常值逐渐减小，经查，该区域部分信号电缆屏蔽层接地不良，在雷电造成的瞬间高电压无法快速释放，导致DCS输入通道防浪涌功能启动，引起信号减小。3）信号电缆的转接头将引起电缆整体绝缘降低，防潮、防水性能急剧下降，破坏屏蔽层的完整性等问题，导致保护信号误发。如某厂钢球磨跳闸，经检查，为信号电缆转接处在冲洗时进水导致信号误发。4）接触油脂的电缆耐油性能不良，汽轮机轴系监测信号中，大部分接触润滑油，电缆耐油性能不足的话，将导致电缆长期使用绝缘下降，信号误发。2.3主要辅机的辅助设备主要辅机的主要辅助设备，易被忽视，但发生问题后也可能导致较大的事故。如某厂发生磨煤机全部跳闸，导致锅炉灭火保护动作，机组解列。分析发现，磨煤机油站控制箱动力电源失电，导致油泵停止，且控制电源取自动力电源导致备用油泵未及时联启，油泵均停导致磨煤机跳闸。经完善该油站电源配置后，该隐患消除。2.4脱硫、除灰、化水等外围系统的热工保护在旧的维护分工模式中，热工维护的主要工作集中在主机区域，脱硫、除灰、化水等外围系统则相对薄弱。按照主机执行的标准检查上述外围系统的热工保护回路，往往能够发现大量问题，而此类问题一旦爆发，将会导致单元机组降低出力甚至停机，公用系统的缺陷甚至威胁到全厂的安全运行。需要从观念、人员配置、资金投入等方面加强，方可有效解决此类问题。2.5电源、气源等电源、气源等作为公用系统，一方面因其影响范围宽广而极其重要，另一方面因为涉及到电气与机务专业而易被忽视。电源系统易发生故障的部位包括双电源切换装置、控制装置使用的独立UPS等。气源系统易发生的问题包括压缩空气含水/含油超标、气源压力降低等，压缩空气含水、含油将导致气动执行机构定位器喷嘴堵塞，动作异常，冬季还可能因管道结冻导致失去气源。压缩空气压力降低将导致气动执行机构动作异常。2.6软逻辑与硬逻辑的配合为了确保保护连锁信号的可靠性，部分逻辑设计时，采用了软件与硬件双回路设计理念，但若配合不当，也可能发生不正确动作。如2007年O6月09日13:50，某电厂1号机组负荷600MW,1号机组A汽动给水泵因振动大跳汽泵，电动给水泵联锁启动成功，MCS系统发出给水泵联启RB信号，RB目标负荷是420MW，根据RB逻辑，F和E磨煤机相隔5s相继停运，以降低燃料量。14:36RB信号复归，与此同时D磨煤机突然跳闸，磨跳闸首出是“RB跳磨”，两路RB信号（通讯信号一路，硬接线一路）从MCS系统传送到FSSS系统存在不同步，信号竞争造成RB跳D磨。在逻辑中对给水泵联启RB信号增加延时模块，克服信号不同步后，保护逻辑正常动作。在信号传输的冗余设计中必须考虑到时序同步问题，保证逻辑的合理性及可靠性。[1]2.7解/投保护的安全性因消缺等原因需暂时解除保护时，若措施不当，易引起保护误动作。应在进行系统设计时统筹考虑，从根源上杜绝人为原因引起的误动。如在软件逻辑设计时增加软解投按钮，确保不会出现解错保护、投错保护的情况。并设计保护已动作闭锁，当保护解除后，若保护在动作状态，则闭锁保护投入，确保不出现一投就跳的现象，防止保护解投时出现人为原因的误动。[2]解/投保护应严格履行有关审批程序，做好记录，并执行监护制度。3提高热工保护可靠性的措施3.1采取冗余措施采取〃四取三’、“四取二”、〃三取二”、’二取一”等冗余措施，可有效提高热工保护系统的动作可靠度，降低误动及拒动的概率。[3,4]在实施过程中，要关注的是，信号的冗余要实现全过程冗余。包括取样要独立，信号电缆要分离，DCS/PLC通道要分散在不同的卡件，信号电源要分开，动作回路电源要分开等。如，某厂ETS系统中，原设计遮断电磁阀采用〃四取二”方式遮断汽轮机，遮断电磁阀由两路直流电源供电，但分配不合理，其中一路带3只电磁阀，存在直流接地后跳机的隐患。再如，某厂大联锁设计中，炉跳机信号传递过程中，经过同一块卡件送出DO信号，ETS通过DI卡件采集，一旦该卡件故障，将导致保护拒动或误动。3.2加强环境管理热工保护装置及相关的测量装置、执行机构等大量采用集成电路器件，对环境温度、湿度、粉尘、振动等环境因素比较敏感。每种设备均有其正常工作环境的要求，误发满足的话将导致装置可靠性降低，引起热工保护拒动或误动。在DCS、PLC等装置集中布置的电子设备间、工程师站等场所，应重点关注空调设备配置及运行情况。现场设备重点关注防雨措施。电缆夹层重点关注防火、防鼠措施。检修期间，应安排清扫热工装置积灰，清灰时要防止静电损伤设备，防止人为损坏设备。3.3量值传递应按照技术监督有关规定的要求，建立规范的热工计量管理体系。该体系包括必要的场所、合格的检定人员、必要的标准计量设备、有关规定及清晰的标准溯源体系。现场测量装置应按照检定周期的要求安排检定，电厂无法独立完成的特殊设备（如TSI测量装置）应送到有检定资质的单位检定合格后使用。3.4做好启动前传动试验每次机组启动前都要做好热工保护系统的传动试验。试验前，加强运行人员与热工人员沟通，运行人员应熟悉本项试验步骤，加强监护，及时发现并处理热工保护系统工作异常状况。对于具备条件的系统要进行系统运行工况模拟传动试验，并重点检查保护初始触发条件、出口指令、执行机构动作行为等环节的逻辑关系。启机前的传动试验，可以有效检测系统工作逻辑的异常情况，将事故消灭于萌芽状态。3.5硬件设备的定期更换热工保护系统重要的硬件设备，不仅要按照常规进行检测更换，而且要实行定期更换制度。在工作稳定期内将设备使用在热工保护系统上，当设备进入故障多发期时，热工保护系统应及时更换设备，防止设备误动。从热工保护系统更换下来的设备可以按照重要性逐级（如:热工保护系统-局部非重要联锁或自动-DAS监测系统）递减的次序进行更换使用，最后不能使用时淘汰。3.6加强日常管理制定《电子设备间管理规定》、《工程师站管理规定》、《保护投退管理规定》、《信号强制管理规定》、《设备异动管理规定》、《逻辑修改管理规定》等有关规定，并严格执行。逻辑修改、保护投退等作业应实行执行-复核程序，保证过程可控。涉及热工保护的所有工作应按规定做完整的记录。控制系统的上位机应采取有效的措施，防止从移动存储设备感染计算机病毒、木马等，在计算机控制系统与SIS、MIS的接口处，应使用满足相关规定要求的单向隔离设施（如网闸等）。通过制定巡检计划、巡检路线，细化巡检标准，设置巡检签到表，投放巡检检查卡等措施，提高巡检质量，及早发现设备缺陷，消除隐患。3.7做好培训及事故分析对于现场发生的或其他单位发生的热工保护误动及拒动事件，应及时组织分析，举一反三，盘查类似问题，彻底消除隐患。采用“比学传帮带”等手段，不断丰富培训形式，着力提高检修维护、运行人员的技能水平，以减少因人为因素导致的保护误动。3.8采用显著标识信号转接盘柜（箱）内的接线端子除了信号编码标识清晰之外，最好以不同的线芯标识管（或标识卡）标明信号的用途（自动、保护、联锁等）。信号转接盘柜（箱）内的接线端子排最好按照功能进行分段接转，不同功能段用不同的颜色加以区别。重要保护接线附近采用标牌等提示，减少因碰触引起的保护误动。4结束语提高热工保护系统的可靠性是一个长期的系统工程，随着认识的不断深入及新技术的不断应用，热工保护系统的可靠性也会越来越高。笔者结合同行的研究成果及多年从事热工技术管理工作中的心得，不揣浅陋，略作陈述，以期抛砖引玉。作为成熟技术的工程应用，较少艰深的理论，区别出各厂热工保护管理水平的最终仍然是现场管理水平，只要真正