（福建大唐国际宁德发电有限责任公司 福建宁德 355006）
摘要：本文对热工保护系统常见故障进行了分析和总结，并对热工保护和逻辑动作可靠性措施进行了探讨，包括DCS系统配置、施工和容错设计等方面，并提出改进意见，较大程度上提高了热工保护系统的可靠性。
关键词：DCS系统配置 逻辑优化 热工保护 可靠性措施
1 引言
对火电厂热工保护系统的可靠性研究，是当前热工专业技术发展的热点之一。热工保护系统是火力发电厂一个十分重要的、不可缺少的组成部分，对提高机组主辅设备的可靠性和安全性具有十分重要的作用。随着DCS控制系统的成熟发展，热工自动化程度越来越高，凭借其巨大的优越性，使机组的可靠性、安全性、经济性运行得到了很大的提高。但热工保护误动和拒动的情况还时有发生。如何防止DCS系统失灵和热工保护误动、拒动成为火力发电厂日益关注的焦点。
2 热工保护系统常见故障分类以及原因分析
2.1、DCS软、硬件故障以及原因分析：
随着DCS控制系统的发展，为了确保机组的安全、可靠，热工保护里加入了一些重要过程控制站（如：DEH、CCS、BMS等）两个CPU均故障时的停机保护，由此，因DCS软、硬件故障而引起的保护误动也时有发生。主要原因是信号处理卡、输出模块、设定值模块、网络通讯等故障引起。就在2008年4月份，我们厂就因为网络通讯故障（流量有断点，导致流量过载，而之前并没有设置流量限制保护，以致控制网络阻塞，设备无法控制），造成非停一次。
2.2、就地设备故障及原因分析：
因热工元件故障（包括温度、压力、液位、流量、阀门位置元件、电磁阀等）误发信号而造成的主机、辅机保护误动、拒动占的比例也比较大，有些电厂因热工元件故障引起热工保护误动、拒动甚至占到了一半。主要原因是元件老化和质量不可靠，单元件工作，无冗余设置和识别。
电缆接线断路、断路、虚接引起的保护误动主要原因是电缆敷设不合理（如在高温区敷设一般电缆）、老化绝缘破坏、接线柱进水、空气潮湿腐蚀等引起。
2.3、热控设备电源故障及原因分析：
随着热控系统自动化程度的提高，热工保护中加入了DCS系统一些过程控制站电源故障停机保护。因热控设备电源故障引起的热工保护误动、拒动的次数也有上升的趋势。主要原因是热控设备电源接插件接触不良、电源系统设计不可靠导致。
2.4、设计、安装、调试和维护存在缺陷及原因分析：
许多机组因热控设备系统设计、安装、调试存在质量缺陷导致机组热工保护误动或拒动。例如：1997年12月16日，秦皇岛电厂发生的锅炉严重缺水重大事故，虽然原因是多方面的，但其中汽包水位变送器环境温度（温度补偿设计定值50℃，实际130℃）的影响造成了测量误差，水位虚高108mm，使汽包低水位保护拒动；锅炉A炉水循环泵在测量系统故障的情况下，又未采取替代措施而失去了保护作用，由于采用三取三的保护逻辑，因而在炉水循环破坏的情况下，B、C炉水循环泵差压低跳泵，A泵只发差压低报警而未能跳泵，导致MFT未动作，最终造成水冷壁大面积爆破的重大事故。又如：上海锅炉厂曾将汽包汽水取样管引到一个连通容器（称此容器为平衡容器），再在此容器的中段引出差压水位表的汽水侧取样管，使得水位表的量程由1270mm减少到860mm。这种设计明显是错误的，因为它不仅影响了汽包水位的准确测量，而且还会影响低水位跳闸信号的可靠发出，使锅炉造成事故。由于这一原因造成的锅炉事故，已在一些电厂中发生过。这在《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》中明文规定禁止该方法的取样。一些电厂在基建安装中，炉膛负压取样管不按照设计安装，因取样管安装倾斜角度不够或水平向下安装，导致取样管被灰严重堵塞，而不能测量，导致炉膛负压保护拒动。
3 热工保护系统常见故障采取的措施及对策
由于热控设备覆盖着热力系统和热力设备的所有参数，各系统不仅相互联系，而且相互制约，因此，任何一个环节的故障都有可能通过热工保护系统发出跳机停炉信号，从而造成不必要的经济损失。因此，如何提高保护系统的可靠性是一项十分重要而又迫切的工作。
3.1 确保DCS系统合理配置
3.1.1尽可能地采用冗余设计。过程控制站的电源和DPU冗余设计已成为普遍。对一些保护执行设备（如跳闸电磁阀）的动作电源也应该监控起来。重要保护信号必须采取“三取二”的方式，拒绝单点参与保护，并且对来自同一取样的测点信号进行有效的监控和判断，重要测点的测量通道应布置在不同的卡件以分散危险，提高其可靠性。重要测点就地取样孔也应该尽量采用多点并相互独立的方法取样，以提高其可靠性，并方便故障处理。一个取样，多点并列的方法有待考虑改进。
3.1.2 提高DCS硬件质量和软件的自诊断能力。努力提高DCS系统软、硬件的质量和自诊断能力，对提前预防、软化故障有着十分重要的作用。
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3.2 确保就地设备可靠稳定
3.2.1 尽量采用技术成熟、可靠的热控元件。随着热控自动化程度的提高，对热控元件的可靠性要求也越来越高，所以，采用技术成熟、可靠的热控元件对提高DCS系统整体的可靠性有着十分重要的作用，根据热控自动化的要求，热控设备的投资也在不断地增加，切不可为了节省投资而“因小失大”。在合理投资的情况下，一定要选用品质、运行业绩较好的就地热控设备。以提高DCS系统的整体可靠性和保护系统的可靠性、安全性。
3.2.2保护信号大量采用硬接线的形式，而不是通过网络通讯的，保证了信号的可靠性。例如高低加水位高保护信号，就是从MCS系统机柜硬接线输出至SCS系统机柜；用于总燃料跳闸的风机跳闸信号、空预器跳闸信号、电泵跳闸信号、汽泵跳闸信号等都是通过硬接线接至FSSS系统机柜的。
3.2.3 严格控制电子间的环境条件。温度、湿度、灰尘及振动对热控电子设备有十分大的影响。严格控制电子间的环境条件，可以延长热控设备的使用寿命，并且可以提高系统工作的可靠性。特别是电子通讯设备一定禁止使用，防止误发信号。
3.2.4 提高和改善热控就地设备的工作环境条件。就地设备工作环境普遍十分恶劣，提高和改善就地设备的工作环境条件，对提高整个系统的可靠性有着十分重要的作用。如：就地设备接线盒尽量密封防雨、防潮、防腐蚀；就地设备尽量远离热源、辐射、干扰；就地设备（如：变送器、过程开关等）尽量安装在仪表柜内，必要时对取样管和柜内采取防冻伴热等措施。
3.3 确保DCS系统和重要设备电源设计安全可靠
3.3.1 DCS系统采用双路独立UPS供电，摒弃了以前一路UPS电源和一路保安电源的供电模式，使供电更加可靠。DCS系统中的每个DPU站、服务器、历史站、操作员站和交换机等均采用双路电源供电，并且在电源容量上予以保证。
3.4 优化设计精心调试认真维护提高保护系统的可靠性
3.4.1 对设计、施工、调试、检修质量严格把关。提高热控设备的设计、施工、调试、检修质量对提高热控保护的可靠性有着长远的重要意义。安排专业知识及工作经验都相当丰富的人员全程跟踪协调解决施工过程中间出现的任何问题，能够在确保质量的情况下不耽误进度。严格信号接地施工管理。DCS系统的接地是非常重要的，从单个信号的屏蔽层接地到整个DCS系统的单点接地，我们都严格要求，保证接地可靠、防腐蚀，接地电阻满足规范和DCS厂家要求。
3.4.2 严格执行定期维护制度。做好机组的大、小修设备检修管理，及时发现设备隐患，使设备处于良好的工作状态。做好日常维护和试验。停机时，对保护系统检修彻底检修、检查，并进行严格的保护试验。
3.4.3加强技术培训，提高热控人员的技术水平和故障处理能力。经常作事故预想， 对于DCS可能会碰见的局部故障应该做到心中有数，能够及时有效的处理，防止事故扩大造成停机事故，下面就例举几个DCS可能会出现的故障及其处理办法:
1） 控制器故障，根据控制器所控制的设备，做好事故预想。关掉故障控制器电源， 更换故障控制器，确认安装可靠，控制器送电，组态、数据库下装，确认两个控制器完全相同，切换试验，观察被控设备、实时数据状态，无异常变化，更换成功。
2） 电源故障，关掉电源模块开关，拔下电源模块组合插头，更换电源，完成后插上插头，合上电源模块开关，测量DC24V电源主辅，正常则更换完成。
3） I/O模件故障，视该模件所传输数据的重要性，综合考虑更换时间，条件许可,做好必要的措施，拔下更换即可，常规模件是通用的。
4） DCS轻度死机，DCS画面操作无响应，数据刷新正常：尝试关闭当前所有无响应的窗口，系统会弹出一个提示窗口，请选在“END NOW”，然后再打开一幅窗口画面（可通过顶部的快捷方式或者操作员薄膜键盘的WINDOW按钮），看是否能够正常操作。
如果依然无法恢复操作，并且系统其他的应用程序如点信息，历史趋势等也无法正常运行，请在工程师站将其重启。 如果是单画面无响应，将其关闭再打开一幅是能够恢复的；如果所有的相关应用程序都无法正常使用，最快捷的解决的办法就是将其重启。
4 结束语
随着电力事业和高新技术的快速发展，发电设备日趋高度自动化和智能化，系统的安全性、可靠性变得日益重要。但是，无论多么先进的设备，从可靠性角度看，绝对可靠（即不出故障）是绝对办不到的。因此，在一定意义上讲，“有故障”是绝对的。但是，故障与事故之间并不是必然的关系，对故障也不是不能防范，关键是如何尽早检测、发现故障，然后预防、软化、控制和排除故障，避免故障的进一步扩大。努力使热工保护的正确动作率达到100％，为热力设备的安全运行把好最后的一道关。这是我们设计、安装、调试、检修人员追求的最高目标。
参考文献
[1]《火力发电厂分散控制系统验收测试规程》DL/T 659-1998.
[2]《火力发电厂设计技术规程》DL/T 5000-2000.
论文作者:颜靖骅
论文发表刊物:《电力设备》2016年第2期
论文发表时间:2016/5/24
标签：系统论文; 故障论文; 可靠性论文; 设备论文; 热工论文; 电源论文; 信号论文; 《电力设备》2016年第2期论文;