热工自动化系统故障分析处理与提高可靠性技术措施探讨

2025年1月8日火力发电厂

热工系统安全考核故障分析处理

与提高热工系统可靠性技术措施探讨浙江省电力试验研究院孙长生138571388152025年1月8日

交流内容一.热工安全考核故障原因分析与处理

二.热工自动化系统运行环境与形势

三.提高热工系统可靠性的技术探讨

四.测量仪表自动校验管理一体化研究2025年1月8日一.热工安全考核故障原因分析与处理

由于设计与设备选型、基建安装与调试、检修维护与技术管理方面等各种原因，使得热工自动化系统与设备的质量可靠性、控制逻辑的完善性和合理性，热工保护信号的取信方式和配置，热工保护联锁信号定值和延时时间的设置，热工技术管理和人员技能，都还存在着不尽人意处，由此引发热工保护系统不必要的误动时有发生。2025年1月8日1）测量模件故障

2）主控制器故障3）DAS系统异常4）软件故障5）电源系统故障6）SOE信号准确性7）控制系统接线8）单点信号可靠性9）电缆

10）接地问题11）设备环境12）热工信号13）原因不明故障案例分析14）热工与其它专业的关系

综合电厂的故障原因分析报告和本人参加现场事故原因分析查找过程的体会，归类热工自动化系统异常引起机组二类及以上故障的原因有:2025年1月8日

应分而未分模件配置的共用模件故障引起

冗余输入信号共用一模件故障引起

未冗余配置的输入/输出信号模件故障引起

一I/O模件损坏导致其它I/O模件及对应主模件故障1)测量模件故障

测量模件“异常”引起机组跳闸故障占比例较高，但相对来讲故障原因的分析查找和处理较容易。引起模件“异常”原因有硬性故障和软性故障二种，硬性故障只能通过更换模件，才能恢复该系统正常运行；而软性故障通过复位或初始化有问题模件，系统一般又能恢复正常工作。比较典型的这类故障案例有四种：值得提出的是，若模件配置合理，上述有些故障可以避免。2025年1月8日2)主控制器故障：

重要系统主控制器冗余配置，大大减少主控制器“异常”引发机组跳闸次数。主控制器“异常”多数为软故障，通过复位或初始化能恢复其正常工作，但也有少数引起机组跳闸，多发生在双机切换不成功时，如某机组发生给水操作站运行DPU死机，备用DPU不能自启动，导致汽包水位失控，运行手动MFT。因风烟系统I/O站运行DPU发生异常，自动向备份DPU切换不成功，引起在同一控制站的空预器甲、乙挡板突然关闭，炉膛压力高MFT；

2025年1月8日3)DAS系统异常：

DAS系统是构成自动和保护系统的基础，但由于受到自身及接地系统的可靠性、现场磁场干扰和安装调试质量的影响，DAS信号值瞬间较大幅度变化而导致保护系统误动，甚至机组误跳闸故障在我省也有多次发生，比较典型的这类故障有：

模拟量信号漂移

DCS故障诊断功能设置不全或未设置

DCS故障诊断功能设置错误2025年1月8日4）DCS软件故障

：

软件原因引起的故障，多数发生在投运不久的新系统上，老系统发生的概率相对较少。但此类故障一当发生，真正的原因查找较困难，需对控制系统软件有较全面了解和掌握，才能通过分析、试验，判断可能的故障原因，通常都需厂家人员到现场一起进行。这类故障有:

软件不成熟引起系统故障

通信阻塞引发故障

软件安装或操作不当引起

总线通讯故障

软件组态错误引起2025年1月8日

5）电源系统故障

DCS的电源系统，通常采用1:1冗余方式（一路由机组的大UPS供电，另一路由电厂的保安电源供电），任何一路电源的故障不会影响相应过程控制单元内模件及现场I/O模件的正常工作。但在实际运行中，子系统及过程控制单元柜内电源系统出现的故障仍为数不少，主要有：

电源模件故障

电源系统连接处接触不良后备UPS功能失效

电源开关质量引起

2025年1月8日

一旦机组发生MFT或跳机时，运行人员首先凭着SOE信号发生的先后顺序来进行设备故障的判断。因此SOE记录信号的准确性，对快速分析查找出机组设备故障原因有着较重要的作用。这方面曾碰到过的问题有：

6）SOE信号准确性：

SOE系统的信号分辨力无从了解

SOE报告内容凌乱

SOE报表上多个点的时间标志相同2025年1月8日7）控制系统接线

控制系统接线松动、错误引起机组故障的案例较多，有时此类故障原因很难查明。此类故障虽与控制系统本身质量无关，但直接影响机组的安全运行，故障现象有：

1）接线松动引起2）接线错误引起3）通讯或接插件的接头松动引起针对此类原因引起的故障，我省在基建监督检查和机组检修中，将手松拉接线以确认是否可靠的方法，列入质量验收内容，减少了因接线原因引起的机组误动。同时电厂制定了热工控设备通讯电缆随机组检修紧固制度。2025年1月8日

8）单点信号引发热工保护系统误动和停机

通过对2003年至2007年浙江省热工保护异常动作情况的分析，发现由单点信号故障导致机组跳闸的误动主要有以下几类：1）测温元件或测量系统故障。2）振动探头异常：3）位置开关故障：4）变送器故障：5）压力开关故障：6）检修维护不当。2025年1月8日9）电缆

1.冗余设备未分电缆测量与控制：某机组#1EH油泵跳泵后#2EH油泵不能自启，油压低保护动作跳机，重启过程中因运行处理不当，导致轴瓦烧损停机。其起因是两台EH油泵共用一根DCS柜至油泵就地柜的控制电缆短路接地，两台EH油泵的控制电源熔丝熔断引起。事故后两油泵分电缆控制，从本例事故可看到“同用途设备分模件、分电缆、分电源控制”的重要性。

2.电缆不符合环境要求，引起过热、绝缘损坏。3.电缆绝缘下降、接线不规范（松动、毛刺等）、信号线拆除后未及时恢复等，引起热工系统异常情况也有发生，此外随着机组运行时间的延伸，电缆原先紧固的接头和接线，可能会因气候、氧化等因素而引起松动，电缆绝缘可能会因老化而下降。2025年1月8日10）接地问题

电力、电子设备的接地，是保障操作人员安全和消除外界的各种干扰，保证设备的正常运行。但因接地原因引起热工系统异常也时有发生，如：某电厂运行中突然发生人晚上到第二天早上9点，风机轴承参数显示较大幅度波动。

某机组DCS使用OVATION系统改造，运行后不久，发现600个左右的热电偶信号中有大约200个信号白天在大幅跳跃，而到了晚上这些信号的跳跃幅度会小得很多。2025年1月8日

11）设备环境

有些DCS的模件对灰和静电比较敏感，如果模件上的积灰较多可能会造成该模件的部分通道不能正常工作甚至机组MFT，因此要做好电子室的孔洞封堵，保持空气的清洁度，停机检修时及时进行模件的清扫。但要注意，有些机组的DCS模件吹扫、清灰后，往往发生故障率升高现象（有电厂曾发生过内部电容爆炸事件），其原因可能与拨插模件及吹扫时的防静电措施、压缩空气的干燥度、吹扫后模件及插槽的清洁度等有关，因此进行模件工作时，要确保防静电措施可靠，吹扫的压缩空气应有过滤措施（最好采用氮气吹扫），吹扫后模件及插槽内清洁。2025年1月8日12）热工信号

机组的软报警点未分级或分级不完善，描述错误，报警值设置与设计或运行实际不符，由此导致操作画面上不断出现误报警信号，使运行人员疲倦于报警信号，从而无法及时发现设备异常，或通过软报警去发现、分析问题。

对软报警点组织专项核对清理，整理并修改数据库里软报警量程和上、下限报警值；通过数据库和在装软件逻辑的比较，矫正和修改错误描述，删除重复和没有必要的软报警点，对所有软报警重新进行分组、分级，采用不同的颜色并开通操作员站声音报警。使软报警在运行人员监盘中发挥作用。2025年1月8日13）原因不明故障案例分析

有些软件故障，出错的故障原因，通过分析判断，实际上有些查明，有些至今仍不明，原因不确定的保护系统动作，不排除外部电磁波干扰，引起保护信号误动而跳闸的可能性。在确认非硬件故障引起的前提下，建议松开屏蔽电缆的屏蔽线与地间的连接，测量屏蔽线与地间的绝缘是否符合要求（嘉兴转速跳机，台电转速晃）；另检查回路信号端子间及与信号端子临近端子间的绝缘，是否会有其它信号通过绝缘损坏的临近端子窜入的可能性（北发线圈温度晃动）。2025年1月8日14）控制系统可靠性与其它专业的关系

需要指出的是热工保护系统误动作的次数，与有关部门的配合、运行人员对事故的处理能力密切相关，类似的故障有的转危为安，有的导致机组停机。一些异常工况出现或辅机保护动作，若运行操作得当，本可以避免MFT动作。此外有关部门与热工良好的配合，可减少或加速一些误动隐患的消除；因此要减少机组跳闸次数，除热工需在提高设备可靠性和自身因素方面努力外，需要热工和机务的协调配合和有效工作，达到对热工自动化设备的全方位管理。需要运行人员做好事故预想，完善相关事故操作指导，提高监盘和事故处理能力。2025年1月8日二．热工自动化系统运行环境与形势

随着DCS覆盖机、电、炉运行参数的增加，监控功能和范围的不断扩大以及机组运行特点的改变，热控自动化设备由原先的配角地位转变为决定机组安全经济运行的主导因素，其任一环节出现问题，都有导致热控装置部分功能失效或引发系统故障。因此如何通过科学的基础管理，确保所监控的参数准确、系统运行可靠是热工安全生产工作中的首要任务。

综观目前热工自动化系统运行环境，我认为以下问题亟待研究解决：

2025年1月8日1）热控系统故障应急处理措施不完善

各电厂编写的《热控故障应急处理预案》（简称预案）内容参差不齐，有的内容不能满足故障时的处理需求，起不到指导作用，有的无预案，多数是凭着运行和检修人员的经验处理。结果发生了一些本可避免的机组跳闸。

有些机组跳闸，向上汇报是热工系统不好引起，实际上运行操作不当引起（台州）。有的机组出现异常，运行人员操作手忙脚乱，本可以不停机的停了机（北仑），本该停机的未停机（炉爆）。2025年1月8日2）控制系统的可靠性有待提高现状-------

目前大机组所采用的机组及辅机逻辑控制策略，同协调控制策略一样，基本上是随各机组的DCS控制系统从国外引进的技术，虽然各有其特点，但技术差异较大。2025年1月8日问题1-------

热工保护和辅机控制逻辑的正确与完善，是大机组安全运行的基础。热控系统误动，相当多的原因来自于辅机控制逻辑的不完善，尤其是新建机组，投产的前几年，热控专业一直在进行着辅机控制逻辑的改进和完善工作。但这种改进和完善，多是针对已经发生的故障或发现的某种故障隐患，因此这种改进单一且比较局限。2025年1月8日问题2-------

另一方面，热工控制逻辑仅根据被控设备的工艺要求设计，往往经不起实际运行考验。一台机组的控制逻辑往往会发生这样或那样的问题，除了设计单位套用典型设计，未很好总结改进前者设计控制逻辑的优劣外，还因为构成热工控制系统的测量部件、过程部件、执行部件和连接电缆等，由于产品质量、环境影响、运行时间延伸和管理维护等因素的变化，容易出现故障而引起。经统计不少故障，仅仅是因为某一个位置开关接触不良或某一个挡板卡涩而造成机组跳闸，如逻辑设计时考虑周全性本就可以避免。2025年1月8日

随着电力建设的快速发展，发电成本的提高，电力生产企业面临的安全考核风险将增加和市场竞争环境将加剧。因此，如何优化控制逻辑，减少热工控制系统的误动因素，提高机组设备运行的安全性、可靠性和经济性，是电厂热工工作中重中这重。2025年1月8日3）设备可靠性分类与仪表校验周期

热控设备的管理目前仍停留在传统的管理模式，要求按规程的周期进行定期检修与校验，其结果不仅浪费人力、物力，还有可能增加设备的异常。

一些单位设备采购时，因对设备质量好坏不了解和无设备选型参考依据，流入一些质量不好的产品，对机组的安全运行构成影响甚至威胁（口号）。如何通过对运行设备的质量进行分类，制定合理的仪表校验周期，是电厂管理工作中迫切需要解决的问题。

2025年1月8日4）过程质量与可靠性监督与评估

随着企业管理向集约化经营和管理结构扁平化趋势，为提高经济效益，基建加快建设时间、电厂在多发电和提高机组利用小时的同时，安装运行单位都通过减少人员的配备来提高劳动生产率。此外基建单位、发电企业密切与外包安装、检修企业之间的联系，安装单位和专业检修队伍取替本厂检修队伍的配置也将是发展趋势。

热工系统从设计、基建安装调试到运行维护检修的全过程质量，如何监督、评价、验收，热工缺少一个系统的、可付绪操作的评估标准2025年1月8日

综合上述电厂控制设备检修运行维修环境与形势，纵观电厂设备维护工作方面的各种制约因素；本着电力生产“安全第一，预防为主”的方针，以及效益优先原则，从提高热工自动化系统的可靠性着手，开展深入的技术研究工作，将会有益于提高机组的安全经济运行和热工的地位。2025年1月8日三．提高热工系统可靠性的技术研究

为保证热工系统的安全经济运行，可靠的设备与控制逻辑是先决条件，正常的检修和维护是基础，有效的技术管理是保证。对热工系统和设备的设计、安装、调试和检修、运行、维护进行全过程管理，对所有涉及热工系统安全的外部设备及设备的环境和条件进行全方位监督，并确保控制系统各种故障下的处理措施切实可行，才能保证热工自动化系统的安全稳定运行。2025年1月8日

中电联科技服务中心和全国发电机组技术协作会牵头，浙江电试院、浙江省能源集团有限公司和浙江省一些电厂，开展提高热工自动化系统可靠性的技术研究工作，旨在电力市场环境下，就如何提高热控设备运行的安全性、可靠性和经济性，如何通过科学的管理，提高对设备的更有效监督，确保监控参数准确、系统运行可靠开展一些工作，主要内容包括：2025年1月8日1）分散控制系统故障应急处理导则探讨2）热控设备可靠性分类与测量仪表合理

校验周期探讨3）热工系统与设备质量评估导则编制4）提高热控系统可靠性的重点措施研究2025年1月8日1)《热控系统故障应急处理导则》探讨

（1）电厂预案或多或少都有些，但不完整，不同集团公司的电厂之间缺乏交流；我们收集汇编各电厂预案，委托浙江省电力学会对各电厂预案进行评选和研讨，总结提炼我省开展《预案》工作经验、探讨完善方向。

（2）组织《热控系统故障应急处理导则》专题组，进行内容的探讨编写。

（3）组织反事故演习..\DCS预案组\兰溪电厂进行分散控制系统故障应急处理演习.doc

（4）通过DCS厂家、专家和运行人员指导，结合电厂反事故演习论证，进一步完善。2025年1月8日2）热控设备可靠性分类与仪表合理校验周期讨论

热控设备的可靠性区别很大，有的设备运行多年无异常，有的设备一投运问题就层出不尽，其原因除设计外，与设备选型也有很大关联。此外测量仪表，按要求均得按规定进行周期校验，但实际上现各电厂都自定校验周期。

通过对仪表调前合格率和设备故障损坏更换台帐的统计分析，结合设备使用场合、可靠性，我们进行《热控设备可靠性分类研究》，并以此作为电厂热控测量仪表校验周期制定的依据，实现电厂仪表校验周期的规范性，并供电厂设备选型参考。

2025年1月8日3）热工自动化系统质量与可靠性评估导则探讨

在贯彻落实热工自动化系统检修运行维护规程基础上，结合安全评价标准，收集、消化吸收我省和国内有关电厂技术管理经验，总结、提炼国内自动化设备运行检修和管理经验、事故教训，编制一个全过程、可付绪操作的《热工自动化系统与设备质量评估导则》，用于不同机组不同阶段（基建、生产），不同等级检修（A修、B修等）、运行维护（日巡检、运行过程等）的验收、监督质量评估及考核依据。2025年1月8日4）提高热工自动化系统可靠性技术措施探讨

对热工保护连锁信号取样点的可靠性进行论证确认，对控制系统的硬件、逻辑条件、定值进行可靠性梳理和评估分析，对机组设备安全运行有严重影响的热工保护逻辑从提高可靠性角度进行优化。对经常误跳又无法实现信号冗余的单点信号保护，且对安全运行影响不大或报警后通过运行人员的操作能确保设备安全的改为报警。2025年1月8日

在贯彻落实《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》和《热工自动化系统检修运行维护规