摘要：热工控制系统是火电厂发电机组的重要组成部分，是保证机组正常稳定运行的基础。一旦热控系统设备安装质量出现问题，机组在运行过程中任一控制环节出现故障，都有可能导致机组跳闸、甚至损坏设备，引发较大经济损失。本文对通过对火电厂热工系统在安装及运行过程中出现的各类问题进行分析，提出了安装过程中需要采取的应对措施。
关键词：热工系统；仪表管；检测元件；电缆接线；调试；安装问题
1.引言
随着我国电力事业的发展，大量的高参数、大容量的火力发电机组被电厂引进，对电厂自动化水平的要求也越来越高，热工控制系统已成为决定机组安全运行及经济指标的主导系统之一。先进的 DCS 等控制系统得以普遍应用，信号测量与反馈的准确性，控制设备和控制回路的可靠性，组态与逻辑的正确性，是火力发电机组热工控制系统保证机组安全稳定运行的关键因素。
本文以通过对目前火电厂热工控制系统安装及运行中出现的各类常见问题进行分析，剖析引发问题或故障的重要因素。从仪表管、检测元件、测量仪表、电缆接线、调试等几个方面阐述了在施工及试运过程中需要采取的相应措施及注意事项，避免同类问题再度发生。
2.热工仪表管安装问题及处理方法
正确敷设热工仪表管线是电厂热工仪表功能得以实现的关键，是保证电厂热工仪表安全运行的最基本条件，在仪表管安装工程中，最常见的问题如下：
2.1 仪表管的制造缺陷
电厂仪表的测量管路一般采用规格为φ12、φ14、φ16无缝钢管或不锈钢管，气源管路一般采用规格为φ6、φ8、φ10紫铜管或不锈钢管。根据规范要求，在仪表管进入现场后，要对外观缺陷进行检查，检查直径、壁厚、椭圆度是否符合要求，检查管材有无明显裂纹、砂眼和凹陷等现象，对于不锈钢和合金钢仪表管，还需要进行光谱复查，对管材的金属元素含量进行检测。通过以上检查及检测，能够检查出大部分制造缺陷，但是对于仪表管的隐形裂纹不能有效的检测，特别是高温高压部位的仪表管，有着很大的安全隐患。虽然仪表管在系统投入前均要求进行严密性试验，可以检测潜在的隐患，但此时系统已经全部完善，再返工整改投入的成本及工期的浪费是巨大的。
某现场在仪表管冷弯过程中发现管材裂纹后扩大对同类型规格管材的检查，进行涡流检测将近70%不合格，且裂纹最深达 1mm，导致已完工部分整体返修；某工程在试运过程中出现大面的卡套接口渗漏的现象，因仪表管口椭圆度超标，在与二次门连接（卡套连接方式）后接口密封性不严密；在某现场整套启动试运期间高压仪表管管道出现裂纹、蒸汽出现泄漏，造成试运中断，对整个高温高压仪表管整体排查及返工整改后方重新进入整套试运，浪费了大量的时间、人力和物力。
因此，材料到现场后的验收是非常重要的，物资管理、技术人员依据管材采购标准及设计规格，采用合格的计量器具测量管材几何尺寸并真实反映偏差是否满足规范要求，不合格禁止使用。对于高温高压系统的仪表管要作为重中之重进行管理，对别是对管材隐性裂纹等，可采取着色和涡流两种检验法进行一定比例抽检，确定管材无质量问题后投入使用，避免在安装过程中出现不合格再行采购导致材料的浪费与损失，如果现场不具备涡流试验条件，在采购招标时可要求厂家在仪表管出厂前进行涡流试验，并安排专人监督管理。
2.2 仪表管安装缺陷
仪表管主要用于传递压力、流量、液位等的机械量。设计院一般不设计具体的仪表管布置及安装的施工图纸，需要施工单位现场二次设计。现场往往在没有设计图的情况下进行安装，出现的问题有膨胀弯过大浪费材料或膨胀量不够而拉裂；不同坡度要求的仪表管并行安装、部分转弯处间隔小，导致检测数据偏差过大；仪表管堵塞，导致变送器误发信号使系统停机等。
为防止以上问题的发生，在现场安装时，流量与液位的取源部件与二次仪表间的仪表管坡度应大于 1：12，其它管路应大于1：100的坡度要求。支吊架间距及型式（固定或可移动）应按管道或相关行业的施工、设计规范设计后再安装。仪表管正式安装前应采用压缩空气吹扫等手段进行内壁清理，并在系统连通后、严密性试验前进行系统性吹扫或冲洗，确保清洁、严密性试验合格后与二次仪表连接。
3.热工检测元件与仪表安装问题及解决办法
3.1 流量检测问题
流量检测装置安装反向是现场流量安装的常发问题。其主要原因是机务与热工两专业在安装过程中的配合不够，未在安装前核实孔板方向与介质流向。
现阶段，火电厂流量检测取源部件主要为节流孔板，在配置孔板的过程中，必须要保证孔板与管道内介质相匹配。另外，不同结构的流量计在管内的安装位置不同，在安装时，应通过产品的技术说明书研究其具体结构，在计算管道实际内径后确定流量计插入管内的长度，保证安装位置准确，减少测量误差。静压引出管安装位置应与管内介质流向同向。
所以在流量检测装置安装前，机务与热工两专业应当进行联合图纸会审，并结合现场确认介质流向，技术人员核实完全后方可进行安装，避免返工。
3.2 温度检测问题
目前，火电厂温度检测元件主要以热电偶和热电阻两种温度计为主。现场施工主要出现的安装问题为在管道上安装温度检测元件时插入深度不符合规范要求，安装位置出现偏差、温度测量不准。主要原因是安装过程中未计算管道壁厚的影响、未考虑管内介质的最大热影响区、未考虑介质流速的影响等。
在温度检测元件的安装过程中，重点对以下几方面进行控制：测量位置应选择最能代表被测参数的管道直线段上，避开三通、阀门、弯头、手孔、人孔、大小头等对介质流速有影响或者会造成泄露的地方，测温元件尽量使其末端感温点位于管道的中心部位，同时将要求插入深度与管壁厚的和作为安装插入深度。
3.3 测点取样安装不规范
某现场在整套试运期间，火检冷却风机与炉膛负压差压开关盒内膜片质量差，被击穿，造成火检冷却风泄漏，火检冷却风差压 1、2、3点低信号同时发出（低于3.2kPa 动作），冷却风压未报异常；锅炉 MFT、OFT动作，锅炉灭火，所有一次风机、磨煤机、给煤机跳闸。
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分析原因发现以下问题：1）在取样管安装时，三个差压开关负压侧取样管并接成一路进入炉膛，当差压开关被击穿后，正压侧风窜入负压侧，三个差压开关负压侧风压同时升高，三个差压开关同时动作，造成 MFT 条件“火检冷却风失去”误发，引起 MFT 动作。2）项目技术人员未对厂家图纸与设计院图纸进行会检，未发现图纸的不一致（锅炉厂图纸设计为炉膛上一点取样，相应的在 28 米层留有一个取样孔；设计院设计了三个取样点，相应的设计了三根炉膛负压取样管，三根电缆，在 DCS 柜中设计了三个负压板卡），导致按照厂家设计要求施工后，三根炉膛负压取样管到炉膛边并接成一根取样，相当于单点保护，使负压保护要求的“三取二”原则失去实际意义。
预防措施：1）施工前要认真组织图纸会检，对于厂家图纸与设计院图纸要求不一致、设计图纸与规范不符的问题要以书面形式提出，请甲方及设计院确认
并给出解决方案。2）加强施工过程控制，发现火检冷却风与炉膛负压、凝汽器真空、润滑油压、抗燃油压、发电机冷却水流量、汽轮机转速等保护信号的图纸设计不满足“三取二”原则或不符合规范要求，应立即停止施工，并将问题以书面形式提出，请监理、甲方确认并给出解决方案。
4.热控电缆敷设及接线问题
4.1 动力与控制电缆混放
动力电缆干扰主要是动力设备启动时，瞬间电流非常大，会产生大电流冲击的暂态干扰。在正常运行条件下，也可能对较近的信号或控制系统造成干扰，使信号发生波动，使系统无法正常工作。
所以在电缆敷设过程中，走同一电缆通道的电缆托架上下层间要保证足够的距离，严格按照电缆敷设分层的要求，保证电力、控制、信号电缆在不同的电缆托架层上，必须保证按动力、控制、信号电缆从上至下布置，如果有同层布置动力和控制电缆的，必须加装隔板进行隔离。
4.2 电缆型号使用不当
某电厂 6 号机组中压缸排汽蝶阀开度运行中摆动大（DCS 显示幅度 88.9%-105%），造成汽机跳闸，首显“DEH” 停机，发电机解列。检查发现控制柜至中压缸排汽蝶阀阀体反馈电缆中间部位绝缘层及屏蔽层烧坏，所以造成汽机跳闸。
分析问题产生的原因为：控制柜至阀体的反馈电缆使用的是普通屏蔽电缆，未使用耐高温电缆。同时电缆保护管距离缸体近，长时间受热辐射影响，造成反馈电缆内部管束线和外部屏蔽线绝缘损坏短路。
预防措施为：在热源区域应敷设耐高温电缆，如图纸设计为普通电缆，在图纸会检时应提出，建议将普通电缆更换为耐高温电缆，经变更设计后实施。施工前做好策划，电缆保护管布置时应尽量远离热源，避免高温辐射。
4.2 接线松动，造成信号误发
接线松动会造成控制、保护系统误动、拒动、阀门反馈出现摆动等现象，这是发电机组实现自动运行最大的危害。
某电厂发电机氢冷器出口冷氢温度元件接线柱上三个紧固螺丝未安装，运行后机组振动造成三根线芯从接线柱上脱落，此温度保护为三取二，大于53℃时保护动作，线芯脱落后导致温度异常，汽机跳闸。
解决此类问题的措施为：1）热控仪表校验后安装时应检查仪表外观是否完好，绝缘是否合格，零部件是否齐全。2）就地仪表接线时，保证接线正确牢固，芯线与端子接触良好，线号标志正确。3）机组试运前带有连锁保护的仪表打印出清单，主控和就地接线重新紧固一遍，屏蔽接地重新检查一遍，避免由于机组震动造成接线松动或信号干扰，引起误动和非停。
5.接地系统干扰及应对措施
在系统分部试运过程中，因控制系统接地干扰导致系统误发信号，从而导致保护系统误动的问题发生的比较多。
为了避免接地干扰，施工前技术人员要对设备或仪表厂家的技术说明书仔细阅读，重点关注对接地有无特殊要求，然后对照设计图纸进行审核，充分理解设计意图，严格按设计要求施工。在安装结束后，要对以下重点内容进行检查：1）电缆的屏蔽层接地是否符合要求，同一信号回路或同一线路的屏蔽层接地点是否只有一个，是否靠近信号源侧等；2）信号输入与输出使用的线缆是否符合要求；3）地线连接的牢固、可靠性；4）接地阻值是否满足要求。
6.影响阀门调试的主要因素及解决方案
阀门执行器单体调试中，一般都是对执行器的零点误差、行程\回程误差、延时时间等进行调试，以 0～25%～50%～75%～100%的整定值，通过反馈信号确定阀门的动作是否满足要求，在调试过程中常出现的问题主要有阀门实际关闭不严密或过力拒损坏，发生此问题的主要原因是对阀门机械部分的结构设计、内部动作状态、阀门在冷态及热态下的开关状态没有进行细致的确认。
所以在进行阀门单体调试前，技术及调试人员应当对阀门机械部分的结构及特性进行研究，在考虑金属受热膨胀等方面因素后，确定好阀门整定行程及延时时间试验参数，再进行调试。
7.结论
本文通过对以上火电机组热控系统设备在安装及运行过程中出现的各类问题及故障进行分析，对出现问题的原因进行了剖析，并提出了问题的解决及预防措施。在热控系统设备安装前做好图纸会审、方案编制，做好对原材及设备安装前的检查验收是保证设备安装质量的基础，在安装过程中严格遵守施工规范及标准，做好过程技术管理及施工质量控制是有效减少安装问题发生的关键。
通过对以上问题的总结，为后续火电厂热工系统设备的安装提供了一定的施工经验，只有热工系统安装质量得到保证，才能使热工控制系统在试运及运行过程中不发生影响机组稳定运行的故障，才能保证火电机组安全、稳定长周期的运行。
参考文献：
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论文作者:易翔
论文发表刊物:《电力设备》2018年第36期
论文发表时间:2019/6/4
标签：仪表论文; 电缆论文; 热工论文; 机组论文; 图纸论文; 过程中论文; 系统论文; 《电力设备》2018年第36期论文;