火力发电厂热工保护可靠性分析及应对策略.pdf

2 0 0 6年第 2 4卷第 5期 内 蒙古电力技术 I NNER M0NG0U A EL ECTRI C POW ER 5 火力发电厂热工保 护可靠性分析及应对策略 Re l i a b i l i t y S t u d y a n d i t s Eme r g e n c y S t r a t e g y t o T h e r ma l I n s t r u me n t a t i o n P r o t e c t i o n o f Th e r ma l P o we r P 1 a n t 侯 云浩 ， 张林 ， 张国斌 。 1 ． 北方联合 电力公司 ， 内蒙古 呼和浩特0 1 0 0 2 0 ； 2 ． 内蒙古康远工程建设监理有限责任公 司， 内蒙古 呼和浩特0 1 0 0 2 0 ； 3 ． 内蒙古电力科 学研究院 ， 内蒙古 呼和浩特0 1 0 0 2 0 『 摘 要1通过 对 北方 电力公 司 火 电机 组 热 工 保 护动作情况的分析 ，结合 目前 国内热工保护的典型 配置情况和反措要求 ，从热工保护的配置、逻辑设 计、电厂维护管理几方面，提 出提高机组保护可靠 性、 避免保护误动和拒动的有效措施。 [ 关键词】热工保护 ； 逻辑设计 ； 维护 管理 [ 中图分 类号】T M7 6 2 『 文 献标识 码1 B [ 文章编号】 1 0 0 8 6 2 1 8 2 0 0 6 0 5 0 0 0 5 0 3 火电机组的热工保护涉及锅炉主保护，汽机主 保护 ， 辅助设备保护及机、 炉、 电大联锁保护。 随着热 工技术水平的进步和设备质量的提高，虽然火 电机 组的热工保护可靠性比以前有了很大的提高 ，但从 近三年热工保护情况统计来看 ，由于热工保护误动 引起机组跳闸、 造成非计划停运的比例仍较高 ， 其主 要是由于在保护系统工程设计、制造及设备等方面 存在问题 ， 造成保护不正确动作。 本文从保护系统的 信号取样、 硬件配置以及软件逻辑设计等环节人手 ， 分析了拒动误动的原因 ，并采取应对措施提高机组 保护的可靠性。 l 热工保护拒动误动原 因分析 从 目前运行机组保护实际情况来看 ，由于各厂 均有典型设计 的机、 炉 、 电大联锁保护及设备 包括 辅机 的相关热工保护 ， 发生保护拒动现象很少 ， 但 危害很大。保护装置故障、保护信号不准确或被强 制、 保护条件不合理、 定值不准确等因素都会造成保 护拒动 ， 只是出现保护动作所需 的工况较少 ， 所 以发 生拒动的事件很少 ， 但要引起高度重视。 下面重点分 析误动的原 因。 1 ． 1 控制系统本身造成的保护误动 控制 系统包括计算机 处理 系统 C P U 、 输入输 出模件及配套输出继电器、 系统 电源等， 常见的故障 有 C P U死 机 、通信等 原 因造成 主控 C P U与备用 C P U切换失败 ， 控制 系统卡件老化故障 ， 控制 系统 电源卡故障等。 它们是引起保护误动的主要原因。 如 某 电厂 2号机 组 ，负荷 1 7 7 MW， 0 1 2 5 ，突发炉 MF T， A、 B一次风机 ， A、 C制粉 系统及运行的给粉机 联跳 ，机组跳闸， “ 左右高 中压主汽 门” 、 “ 油开关跳 闸” 、 F S S S画面“ 双 C P U异常” 显示变红。经检查发 现 ． F S S S的主机左 C P U处于主控状态 ． 但其面板上 的“ Me m o r y E r r o r 内存错误 ” 指示灯亮 ， 右 C P U处 于“ 编程” 状态 ， 没有 自动取得系统的控制权 。 通过对 S O E和 F S S S故障记录的数据分析 ， 确认 F S S S C P U 故障是引起本次锅炉灭火的首要原因。 1 ． 2外 围设备 造成 的保 护误 动 热控外 围设备包括温度、 压力、 流量、 液位开关 和变送器 、 阀门 、 挡板 、 执行机构 、 行程开关及 电缆 等 。 由于设备质量、 安装工艺或现场环境等因素的影 响 ， 造成其本身故障， 从 而引起机组主、 辅设备热控 保护系统动作。 如某 电厂 1台 2 0 0 MW 机组 ， B吸风 机入 E l 挡板连杆脱开 ， 引风机出口挡板突然关闭， 造 成锅炉炉膛压力在十几秒 内升至 1 9 0 0 P a ，锅炉炉 膛压力高 ， 保护动作 ， MF I “ 动作 ， 造成停炉。又如电 厂 1台 3 0 0 MW 机组因主机 6瓦一温度测点故障 ， 误发超温保护信号 ， 汽机保护动作 ， 机组跳闸。 1 ． 3 逻辑设计及软件造成的保护误动 逻辑设计及软件 的故障涉及电厂保护、自动两 大系统 。由于逻辑设计不合理 、 保护系统配制不当、 定值不准确 、 自动调节 P I D参数不合适等因素的影 响， 从而造成机组保护误动。 如某 电厂 1台 3 0 0 MW 机组一次风机反馈与指令偏差大 ，因 2台一次风机 【 收稿 日期] 2 0 0 6 0 9 1 4 【 作者简介]侯云浩 1 9 6 4 一 ， 男， 山东省人 ， 毕业于华北电力大学 ， 硕士学位 ， 高级工程师 ， 现从事生产管理工作。 维普资讯 6 内蒙古电力技术 2 0 0 6年第 2 4卷第 5期 调节控制由同一模件驱动 。在切换控制一次风机静 叶调节挡板 的主辅模件时 。主模件 1 0 0 s 后才正常 工作 ， 模件未正常工作 时， 挡板指令变为 0 ， 导致 2 台风机挡板关回， 失去一次风 ， 炉膛压力低 ， 保护动 作 ， 锅炉灭火 。 1 ． 4 人为造成的保护误动 人为原因涉及面很广， 有维护人员操作错误、 专 业水平不够 、 监护不到位 、 管理有漏洞等原因。如 由 于清扫卫生人员误碰 1 0 m就地闸门盘主给水 电动 门开关按钮 ， 使主给水电动门关闭， 汽包水位低保护 动作 ；热工人员在锅炉主保护故障后恢复时操作不 当造成保护误动 ， 炉灭火。 1 ． 5 保护系统配置不当造成的保护误动 一 些保护测点没有从取样开始做 到 3取 2 ， 重 要信号没有分配在不同的 F O卡件上 ， 电源 、 控制器 没有冗余配置，一些重要保护信号通信方式不合理 配置等导致保护异常。 2 热工保护故障的应对策略 2 ． 1 优化保护系统配置 大部分 1 0 0 MW 及以上燃煤火电机组的炉膛安 全监控系统 V S S S 和辅机保护均由 D C S实现， 优化 D C S配置是提高热工保护系统可靠性的重要途径。 1 D C S系统控制器均应采用冗余配置。系统 若采用集中式服务器 ， 应采用 2 2 冗余配置。 2 对 于分 A、 B侧 的工艺 系统 ， 如 A、 B侧 风 机 ， A、 B空预器等， 应将各分系统的监控测点布置在 不同控制器及模件上， 厂用 A、 B段电源控制应分配 在不 同的控制器 中。过去很 多电厂按 D A S 、 S C S 、 MC S等子系统分配机炉测点 ，只考虑 了负荷率 ， 分 散性不够， 在条件允许时应对其进行改造 。 3 重要的辅 机 如给水泵 和重要 的分 系统 如锅炉燃烧系统 ，应将其监控测点分别布置在不 同的控制器及模件上，保证单台设备的故障或单个 控制器及模件的故障不对其他设备产生影响，保证 机组 的安 全 。 4 目前汽机主保护 E T S系统有的纳入到 D C S 中，有的仍采用独立的控制系统。不管采用何种方 式 ， 都必须采用热备用 、 双冗余 P L C可编程控制器 实现或快速板卡， 保证 E T S对故障的快速响应和可 靠动作 ， 从而保证汽轮机的安全。 2 ． 2 强化保护信号管理 保护信号是保护系统的重要环节，其可靠性对 整个保护系统尤为重要。可采取以下措施提高保护 信号的可靠性。 1 冗余 I ／ O点必须配置在不同的 F O模件上 ； 重要开关量信号应采用双 向 切换 接点 ， 防止信号 抖动 、 断线等原 因造成保护误动 用 于动作 MF T r的 重要辅机状态信号应直接取 自断路器 的辅助接点 ； 应对进入 D C S系统的电气信号采取信号隔离措施 。 2 汽包水位 、 炉膛负压、 一次风压 、 润滑油压、 真空、转速等重要的保护信号应从取样装置开始采 取 3取 2冗余配置 ， 不具备条件的信号 ， 应采取其他 相关信号进行逻辑判断， 提高信号可靠性。 3 D C S系统 包括保护系统 电源中断恢复 后 。 控制器输出应处于安全状态。 4 主燃料跳闸 MF T r中的“ 黑炉膛” 保护 、 油系 统“ 点火失败” 和“ 层灭火” 等重要保护逻辑都是以火 检信号为判据 ， 加强火检信号 的维护 、 防止火检“ 偷 看” 和“ 漏看” ， 将能有效地避免锅炉保护“ 拒动” 、 制 粉系统跳闸以及锅炉灭火保护“ 误动” 事故 的发生。 2 ． 3 优化逻辑设计 逻辑软件是保护系统中“ 软” 的部分 ， 但却相 当 于整个保护系统的“ 灵魂” ， 准确的逻辑设计将极大 地提高热工保护的可靠性。在逻辑设计上注意以下 几 点 1 所有重要的模拟量应设计下列功能采用 量限、 变化速率等方法对信号准确性进行判断； 当其 中 1 台变送器故障时 ，三选中逻辑 自动降为二选一 或解列 自动 ； 当系统故障时切为手动 ， 并发出声光等 报警。 2 必须设计设备检修安全挂牌逻辑 ， 防止误 操作 ； 保护定值的设定必须科学准确 ， 如锅炉汽包水 位保护定值的设定 ，要根据锅炉厂提供的数据参考 水位测量手段和安装工艺的不同测算确定 3 必须在自动控制中嵌入保护超驰逻辑 如 引风控制 ， 防止在保护动作后人员处置疏忽引发其 他事故； 优化 自动控制 P I D参数 ， 提高调节品质 ， 尽 可能防止在负荷扰动等工况下，被调量超限引起保 护误动 ， 在扰动过大 超过 R B范围 或被控的设备 失控工况下 ， 应设计将 自动切为手动， 由运行人员参 与调节。 4 参 与电网的一、 二次调频的单元机组 ， 应通 过实际试验确定调频范围，达到既维护电网稳定又 保证机组安全稳定运行 的目的。 2 ． 4加强维护管理 1 对 D C S卡件投运情况进行分析统计 ， 对长 维普资讯 2 0 0 6年第 2 4卷第 5期 内蒙古电力技术 7 周期运行的卡件适时轮换 ，有效防止由于卡件故障 造成的保护误动；做好热工保护检测元件的检定工 作和回路的端子定期紧固工作 ，紧固接线端子时要 做好相应的防范措施 ， 防止系统误动。 2 维护人员应定期检查 D C S工程师站、 历史 站 、 控制站 、 网络交换机、 时钟收发器 、 电源的工作情 况及工作环境的温度 、 湿度等 ， 保证设备正常工作 ； 定期进行保护定值 包括现场元件的整定值 的核实 检查和保护动作试验。 3 机组运行人员应熟悉热工保护系统 ， 运行 过程中要经常切换计算机画面，了解机组各个系统 的运行情况 ， 及时调整工况 ， 特别是在投入 自动系统 后 ， 更要重视画面巡检工作 ， 做好定期对备用设备 的 倒换试验， 运行人员在接班检查时， 应逐 台检查核对 保护及备用辅机联锁 备用 是否投人。 4 未按照相关管理规定办理手续 的， 禁止投 退保护和在 D C S中对参与保护的信号点进行强制 若发生热工保护装置 系统 、 包括一次检测设备 故 障， 必须开具工作票经总工程师批准后迅速处理 ， 锅 炉炉膛压力、 全炉膛灭火 、 汽包水位和汽轮机超速、 轴向位移 、 振动、 低油压等重要保护装置在机组运行 中严禁随意退出；大量修改组态应在机组停运期间 进行， 并应对修改结果及相关系统进行模拟试验， 确 认修改达到设计要求后才能投入正常运行 。 5 加强设备管理和现场管理 ． 防止无关人员 误操作引起保护 的误动 ， 重视 事故分 析 ， 利用 S O E 及历史数据库功能对每一次事故 故障 原因进行认 真检查 ， 并制定相应 的措施。 6 充分利用历史站等在线监测及追忆手段 ， 对硬件设备的工作特性进行每 日检查。D C S设备都 提供了很好的参数历史追忆手段和实时监测手段 ， 可以利用这些手段对检测元件及卡件 、端子板等通 道工作特性进行历史查询和实时观察 ，及时发现工 作特性不好的硬件设备 ， 并进行相应的处理。 7 控制系统设备周围的温度 、 湿度 、 防震、 防 尘 、 防电磁辐射等应达到要求。某电厂 曾因 D C S电 子间防尘 、 湿度不符合要求 ， 出现多次故障。所以改 善设备的周围环境 ， 对提高控制系统的可靠性 、 延长 使用寿命非常重要 。同时也要求 D C S应达到 E MC Ⅱ级电磁兼容要求。 3 结语 从可能引起保护误动、 拒动的各个环节人手， 有 针对性地采取具体对策 ，就能有效地提高热工保护 的可靠性 ， 最大限度地防止保护误动 、 拒动的发生 ， 使其真正做到“ 该动时则动， 不该动就不动” ， 这对于 保证企业的经济效益 、维护电网稳定运行具有重要 意 义。 [ 参考文献】 ⋯ 1 杨 向东 ， 陈鹏 ． 分散控制系统 中通信方式 问题 探讨【 J J ． 中国 电力 ， 2 0 0 4 ， 8 1 3 ． [ 2 】高天云． 热控 系统插件故 障原 因分 析及对策[ J 】 ． 中国电力 ， 2 0 0 4， 7 3 5 ． 【 3 】赵燕平 ， 赵岩 ． 火 电厂 热工技术监督工作手册[ M I ． 北 京 中 国电力出版社 ， 2 0 0 5 ． 编辑 王金 丽 中华人民共和国著作权法 第二章著作权 第一节著作权人及其权利 节选 第十条著作权包括下列人身权和财产权 一 发表权 ， 即决定作 品是否公之于众的权利； 二 署名权 ， 即表明作者身份 ， 在作 品上署名 的权利 三 修改权， 即修改或者授权他人修改作品的权利； 四 保护作品完整权， 即保护作品不受歪曲、 篡改的权利； 五 复制权 ， 即以印刷 、 复印 、 拓印 、 录音 、 录像 、 翻录 、 翻拍等方式将作品制作一 份或 者多份 的权利 ； 六 发行权， 即以出售或者赠与方式向公众提供作品的原件或者复制件的权利； 七 出租权 ， 即有偿许可他人临时使用电影作 品和 以类似摄制电影的方法创作 的作 品、 计算 机软件 的权利 ， 计算机软件不 是出租的主要标 的的除外 八 展览权 ， 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