摘要：目前我国电力供给仍以火力发电厂为主，它为国家经济的快速发展提供了重要的能源保障。只有火力发电厂正常工作，各种社会活动才能够正常进行。火力发电厂正常工作与热控系统设备正常运行有非常重要的联系，所以，对火力发电厂热控保护的可靠性分析和应对策略的研究是很有必要的。
关键词：火力发电厂；热控系统；可靠性；气动设备
一、前言
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、制造及设备安装等方面存在问题，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入手，分析了热工保护拒动误动的原因，并采取应对措施提高机组保护的可靠性。
二、可靠性分析
（一）控制系统的可靠性分析。
控制系统是整个热控系统的核心。整个系统要想正常工作，预先设定的工作参数、工作方式和工作进程等内容都必须要科学、规范。设备的控制方式一定不能照搬书本，而是要综合考虑设备的应用场合、设备控制信号的类别等。一旦工作参数超过合理范围，设备便会警报，相关工作人员以最快的速度解决问题。对于气动设备来说，一定要选用动作灵敏的电磁阀和满足气流量的管路，同时，要合理优化整个控制程序。
（二）测量系统的可靠性分析。
测量系统是由相关测量元件构成的，主要有各种显示仪器、检测仪器等。对于温度测量元件，应该将其安装在感应温度最敏感的位置，还要考虑是否有别的外界因素会干扰设备的正常运行。例如，在承受较大压力或者温度的位置，可以考虑使用特制的保护装置来保护元器件。另外，一定要注意测量系统的电缆屏蔽和可靠接地。实践可知，火力发电厂经常会出现温度或者其他参数无法正常显示的情况。这类问题往往都是因为没有做好电缆屏蔽或者接地不规范引起的。在测量系统中，汽水系统也是非常重要的，对于它的可靠性分析应该从防冻这个方面来考虑，必须要采取有效的防冻措施防止仪表的相关管道被冻住，否则仪表的显示数据就会有误差，进而误导运行人员对机组设备的正常操作。风烟系统也是非常重要的，如果风烟系统因为管路堵塞不能正常工作，就会导致整个系统温度升高。所以，在含堵塞物质较多的气压测量管路，应该采取有效的防堵措施。另外，还应该在风烟系统最低点的位置设置脏污排出口，定期排污，以确保系统能够正常运行。
（三）系统所用元件的可靠性。
热控系统采用的元件应该在系统运行情况最差时仍然能够正常工作。该系统具有良好的耐高温、耐高压等特点，对元件的制造工艺和原材料有严格的要求。只有确保系统元件的可靠性，才能保证系统的正常运行。
三、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。下面重点分析热控保护误动的原因。
（一）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（DPU）、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DPU死机、通信等原因造成主控DPU与备用DPU切换失败，控制系统卡件老化故障，控制系统电源卡故障等。它们是引起控制系统保护误动的主要原因。如某电厂2号机组，负荷177MW，01：25，突发炉B引风机跳闸，经检查发现，B引风机跳闸瞬间其控制站发生主备DPU自动切换，通过对SOE和相关历史数据的分析，发现备用DPU中保护逻辑处于强制状态，与主站DPU数据不一致，备站未能实时跟踪主站组态数据是此次设备跳闸的直接原因。
（二）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。如电厂1台300MW机组因主机8瓦一轴承振动测点故障，误发轴振大保护信号，汽机保护动作，机组跳闸。
（三）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PID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300MW机组A引风机检修，锅炉单通道运行，B引风机动叶调节执行机构投入自动运行方式，因引风机动叶自动调节PID逻辑存在缺陷，跟踪两台引风机动调反馈，在A引风机修后进行动叶传动时，至DCS反馈发生变化，导致B引风机动叶调节指令误动作，炉膛压力高，锅炉MFT保护动作，锅炉灭火。
（四）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10m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，锅炉炉灭火。
（五）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I/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。
四、热工保护故障的应对策略
（一）优化保护系统配置。
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大部分100MW及以上燃煤火电机组的炉膛安全监控系统（FSSS）和辅机保护均由DCS实现，优化DCS配置是提高热工保护系统可靠性的重要途径。
（1）DCS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DAS、SCS、MCS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ETS系统有的纳入到DCS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PLC可编程控制器实现或快速板卡，保证ETS对故障的快速响应和可靠动作，从而保证汽轮机的安全。
（二）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I/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MFT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DCS系统的电气信号采取信号隔离措施。
（2）汽包水位、炉膛负压、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）DCS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。
（3）主燃料跳闸MFT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。
（三）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：采用限值报警、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PID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RB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。
（四）加强维护管理。
（1）对DCS卡件投运情况进行分析统计，对长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DCS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）是否投入。
（4）未按照相关管理规定办理手续的，禁止投退保护和在DCS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。
五、结束语
火力发电厂为经济的发展提供了能源保障，一旦发生故障，对社会各方面造成的影响将是难以估量的。本文主要从火力发电厂的热控系统入手，分析了其可靠性和相关应对策略。热控系统的每一部分都是非常关键的，一点小问题就有可能会引发大故障，所以，应该重视每一个细节。希望本文所述的内容能够对相关工作人员日后的工作有一定的指导意义。
参考文献：
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论文作者:李高强
论文发表刊物:《电力设备》2017年第12期
论文发表时间:2017/8/28
标签：系统论文; 机组论文; 信号论文; 故障论文; 设备论文; 火力发电厂论文; 热工论文; 《电力设备》2017年第12期论文;