火电厂热工保护可靠性分析及对策.pdf

第十六卷第一期 安徽电气 工程职业 技术学 院学报 2 0 1 1年 3月 V o 1 ． 1 6， N o ． 1 J OU R N A L OF A N H UI E L E C T R I C AL EN G I N E E R I N G P R O F E S S I O N A L T E C H NI Q U E C O L L E G E Ma r c h 2 0 1 1 火电厂热工保护可靠性分析及对策 孟 尚虎 阜阳华润 电力有 限公 司 ， 安徽阜 阳2 3 6 1 5 8 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。 关键词 保护； 可靠性 ； 拒动； 误动； 冗余 ； D C S 中图分 类号 T M6 2 1 ． 4 文 献标 识码 A 文章 编号 1 6 7 2 - 9 7 0 6 2 0 1 1 0 1 0 0 8 6 ． 0 4 t y St ud y a n d Co unt e r m e a s ur e s t o The r m a l I ns t r u me n t a t i o n Pr o t e c t i o n o f Th e r ma l Po we r Pl a n t MENG S h a n g h u C h i n a R e s o u r c e s P o w e r F u y a n g C o ． ， L t d ． ，F u y a n g 2 3 6 1 5 8 ， C h i n a Abs t r a c t I n t h i s pa p e r ，a c c o r d i n g t o t h e t he r ma l ma n a g e me n t o n s i t e pr a c t i c e， t h e e n t i r e p r o c e s s，a l l - r o u nd，f u l l ma n a g e me n t i d e a s h a v e b e e n p r o p o s e d．Co mbi ne d e a s i l y n e g l e c t e d p r o b l e ms， t o t a k e r e d un d a n c y ， f i m p r o v e t h e e q u i p m e n t e n v i r o n m e n t ， t r a n s f e r a n d t r a c e a b i l i t y o f m e a s u r e me n t ， c o n j u n c t i v e t es t ” ． ” e x e c u t i ng p e r i o di c r e p l a c e me n t i n s t i t ut i o n’ ’a n d o t h e r me a s u r e s h a v e s o me r e f e r e n p r o v e t h e r e l i a b i l i t y o f t he r ma l p r o t e c t i o n ． Ke y wo r d s p r o t e c t i o n； r e l i a b i l i t y； n o n o p e r a t i o n； ma l - o pe r a t i o n； r e d u n da n c y； DCS 0 引言 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 E T S 、 锅炉主保护 MF T 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、 7 1 ／ 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、 收稿 日期 2 0 1 0 ． 0 8 - 1 9 作者简介 孟尚虎 1 9 7 5 ， ， 男， 汉族， 山西大同人， 工程师， 主要从事发电厂生产技术管理工作。 8 6 孟 尚虎 火 电厂热工保护可靠性分析及对策 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 ． 1 D C S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 D C S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 D C S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 D C S ， 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 D C S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 D C S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 U P S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。 8 7 安徽 电气工程职业技术学院学报 第十六卷第一期 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 2 0 0 7年 O 6月 0 9日 1 3 5 0 ， 某 电厂 1 号机组负荷 6 0 0 MW， 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 ， MC S系统发出给水泵联启 R B信号 ， R B目标负荷是 4 2 0 MW， 根据 R B逻 辑 ， F和 E磨煤机相隔 5 S 相继停运 ， 以降低燃料量。1 4 3 6 R B信号复归 ， 与此同时 D磨煤机突然跳闸 ， 磨跳闸首出是“ R B跳磨” ， 两路 R B信号 通讯信号一路 ， 硬接线一路 从 MC S系统传送到 F S S S系统存 在不同步 ， 信号竞争造成 R B跳 D磨。在逻辑 中对给水泵联启 R B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 。 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 。 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 ， D C S ／ P L C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 E T S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 D O信号 ， E T S通过 D I 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 D C S 、 P L C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 T S I 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 。 8 8 孟 尚虎 火 电厂热工保护可靠性分析及对策 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 一局部非重要 联锁或 自动 一D A S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 一 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 一复核程序 ， 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 S I S 、 MI S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 ， 只要真正做到“ 全过程 、 全方位 、 全员” 管理 ， 一定会有理想的可靠性水平。 参 考 文献 [ 1 ]徐光宝． 浅谈提 高热工保护信号的可靠性[ J ] ． 华北电力技术 ， 2 0 0 8 ， 4 4 5 4 7 ， 5 4 ． [ 2 ]何修年． 山东邹县发 电厂提高热工保护系统可靠性的策略[ J ] ． 电力设备 ， 2 0 0 7 2 8 58 8 ． [ 3 ]王青． 提高机组热工保护正确动作率的措施[ J ] ． 华北电力技术， 2 0 0 3 7 4 7 4 8 ． [ 4 ]陈建 国． 液压跳 闸回路四取二 、 三取二 、 二取一的比较[ J ] ． 东方汽轮机 ， 2 0 0 4 2 1 6 2 1 ． [ 责任编辑 程蓓] 89