摘要：随着大容量、超（超）临界发电机组的不断投运，热工自动化系统（简称为热控）的测量仪表与控制设备应用范围不断扩展，覆盖着发电厂的各个角落，其可靠性对机组安全经济运行和电网稳定性的影响愈来愈突出。尤其是热控保护系统的设备选型、控制逻辑设计、安装调试、运行维护、定期试验和隐患排查是确保发电机组长周期安全可靠运行的重要保障。本文主要分析了提高发电企业热控系统可靠性的技术要点分析和研究应用评估。
关键词：发电企业；热控系统可靠性；技术；应用评估
目前，火电机组容量越来越大，自动化水平也越来越高，对机组的安全稳定运行也提出更高的要求。但近几年，因热控方面原因引起机组非停问题成为火电企业的新的焦点，并呈现出了新的故障态势。加强热工技术监督，研究如何提高热控设备可靠性，防止保护误动。对火力发电厂热控系统硬件配置、软件功能、现场设备安装、系统防护、技术管理等方面进行系统的查评，是发现设备隐患及管理漏洞的有效手段；通过对评估发现问题的研究，优化控制策略，提升热工专业管理水平，提高热控系统可靠性。本着电力生产“安全第一，预防为主”的方针及效益优先的原则，灵州电厂立足自身实际，从提高热控系统的可靠性着手，开展了深入的技术研究与应用工作，取得了一定的成效。
一、常见问题分析
1.热控保护系统的误动现象。由于热控系统对火电厂发电的安全性具有重要影响，因此电厂的改革首先解决的是热控保护系统的性能和工作可靠性问题。随着设备参数的提高，其生产流程监控需求增加，监控范围得以扩大，并且随着DCS系统的成熟影响，生产辅助系统也逐步实现DCS控制化。与此同时，技术人员的技术更新慢，容易出现误动操作，从而出现机组跳闸现象，降低了系统的工作效率。目前，可预见的热控保护系统误动因素包括电缆及电源的外部环境影响和内部逻辑控制、安装失误以及维修人员的综合素质。误动是最常见的电厂热控操作，对系统效率和安全造成直接影响。误动多为人为因素，因此可控性高。
2.系统管理模式未同步更新调整。现阶段，我国发电厂主要以定期设备检修和维护为主要管理模式。这种模式对于小型企业来说具有重要意义。但对于大型企业来说，无法及时对设备运行状况进行诊断与维护。电力设备多为大型设备，一旦出现事故，其带来的后果不可预估，其维修费用同样巨大。因此，先进的模式应为对其运行实时监督，并能够提出一定的故障预警以及故障解决措施。但目前的电厂设备安全措施显然还未达到这一标准。并且随着技术监督工作的边缘化，热控系统的可靠性均无法保证。
3、特殊工况下确保热控系统可靠运行的管理策略缺失。通过近些年的统计分析发现，如潮湿或天气原因条件下热控控制系统严密性防护问题、DCS系统失灵下的应急处置问题、热控保护装置电源回路配置未考虑分散问题、系统或设备异动下的保护可靠性问题等等，目前呈现出的这一态势，既说明了热控系统可靠性治理取得了长足的进步，也说明了隐患治理工作仍然需要更深入的开展危险源辨识和风险评估。
二、发电企业热控系统可靠性的技术要点
热控系统的可靠性和稳定性直接涉及到火电厂的安全稳定、经济高效、人员劳动强度。通过现代化自控技术和防御手段来提升热控系统的可靠性至关重要也是当务之急。在现代的热电厂建设与运行中，可以用热控系统的可靠性和稳定性来反映和评价火电厂智能化、自动化水平，也是热电厂运行维护中时刻考虑和关注的问题。
1.硬件。加强管理机组的硬件是指在选择、设计热控系统的设备元件过程中，应重视并加强对所有系统设备的稳定性、功能质量及自动化程度的检测，既要对热控系统的所有元件的可靠性、质量、和适用环境进行检测，还要控制系统设备的设计成本，从而可以达到系统中的所有设备功能的互补，使系统不断优化，避免因设备功能不足而导致设备管理故障。设备在设计和选型过程中，应该重点控制设备的质量，详细考察设备的适用环境和性能，选择信誉度高的品牌，质量优良、适合所用环境的产品，才能保证其运行过程中的性能实现，保障设备安全运行。在验收时严格要求热控设备入厂质量、随主设备配套供应的热控设备质量，这些是机组投产运行中安全隐患。准确合理的保管和维护对热控设备至关重要，因为热控设备保管有温度、湿度、灰尘、电磁等具体要求，如果不进行精心保管，随便和主设备放置室外，则会导致热控设备损坏，甚至会缩短其使用寿命。格外重视火电厂机组的基建安装，如果在安装过程中不规范或达不到安全要求，不仅不便于后期检修，也会导致安全隐患并且可能存在后期无法整改的窘境。特别是电缆保护管的安装方向要特别注意、在电缆保护管安装中很容易发生电缆保护管从上向下进入设备，而使设备进水损坏。
2.软件。在热控系统在运行和应用过程中，软件安全是指系统运行中产生的自我故障修复、软件的设计、系统的强制保护。系统软件设计要求系统能够满足对所有故障的保障，能够准确检测到设备的安全稳定。通过系统可以诊断出强制的过保护，以防止由于人为疏忽而恢复保护项目以至危及设备安全。把电源监视系统安装在控制柜内的冗余电源上，可以让热控人员及时知道双电源的切换动作并及时进行处理和检查。控制柜内部的集散控制系统（DCS）DPU、通信模件、电源采用冗余设计可以提高热控系统的软件安全稳定性。也可以对一些重要的热控信号进行冗余设置，并对来自同一取样点的信号进行监测。
3.逻辑优化。优化热控系统的逻辑设计，可以有效减少设备的误动作或拒绝动作。在设计初期，就必须认真测试、修改完善重要辅机保护或主保护的逻辑设计。要对重要的设备保护测点做到三取二逻辑判断，并通过质量码判断每一测点的好坏。一旦发现测点发生故障，就立即退出保护功能，变更为二取二，避免设备出现误动作；测量信号可以起到调解作用，其被调量更适于采用三取中的方法，能够保证良好的调节品质。假设所有门的全关风机跳闸，所涉及的逻辑需要与上开信号失去联系；三大风机启动的任一油泵运行，不低中的压力应包括控润滑油压力和制油压力等。为了减少和避免事故发生，就要对逻辑进行优化管理和完善，从而提高发电机组运行的安全性和稳定性。
4.设备维护。定期的做好设备维护工作能有效的提高和保障发电机组运行的安全性和稳定性。做好热控系统设备的日常维护与检修工作，能够及时发现设备存在的安全隐患，及时进行排除，使设备保持良好的运行状态。定期对逻辑组态备份，加强对工作和实验的定期维护，对操作站的硬件磁盘进行定期清理。尽可能做到对鼠标、键盘的定期更换以避免因鼠标、键盘失灵或接触不良而引发设备机组的运行问题。对热控系统的仪表运行稳定性进行提高。要提升热控系统仪表运行的稳定性，要对仪表运行的情况进行调查，并不断总结运行的经验和教训。电厂要定时开展各种类型的专业会议和研讨会，对仪表运行的情况进行通报，并及时采取有效的技术措施。对仪表运行稳定性的控制的关键在于预防仪表运行事故。
5.对热控接地系统的抗干扰水平和稳定性进行提高。热控系统的接地系统很容易受到周围环境的干扰。一旦周围环境发生变化，很容易造成测量精确性下降、控制系统误发信号或者设备出现临时故障，往往造成整个发电机组的跳闸。因此，提升接地系统的稳定性是提升热控系统稳定性的关键。接地系统稳定性的提升可以对电缆屏蔽层和机组振动信号柜进行防范，避免出现接地连接。在进行整套机组启动时，往往由于振动信号发生跳变，保护动作定值低于振动信号导致风机跳闸和主燃料跳闸。接地异常会造成机组事故，影响机组运行的稳定。然而如何提高接地的抗干扰能力，仍然是一个技术性难题。在设计安装的过程中，要做好相应的抗干扰措施，例如强弱电分离、接地和屏蔽等措施。为了应对抗干扰检修困难的情况，要对热控系统的所处环境以及输入输出设备进行控制，对现场的具体情况进行排查，例如对干扰途径进行阻断、对干扰源进行排除等。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆对抗干扰技术要进行综合性利用，提高排除干扰源和干扰途径的能力，以此来提高热控系统接地的稳定性和可靠性。
6.优化热控系统的逻辑。优化热控系统的逻辑主要有以下三个方面：
（1）如某电厂 4 号机组冲管初期，突然送风机 B 跳闸，检查报警记录和历史曲线，发现风机轴承温度（共 3 点，三取二保护）同时大幅度跳变，超过 90 ℃后风机跳闸。经查原因是就地接线盒处电缆屏蔽层有毛刺，碰到金属电缆套管造成2点接地而引起。某机组原设计单点“低压旁路位置反馈信号大于 50%开度”跳机，因就地接线接触不良，该信号跳变至 60%开度，触发 ETS 保护动作。但如设计时将低压旁路全关的行程开关信号取“非”后和该信号相“与”，本次跳机故障可以避免。应采用容错逻辑设计方法，对运行中易出现故障的设备、部件和元件，从控制逻辑上进行优化和完善，通过预先设置的逻辑容错措施来降低或避免控制逻辑的误动作。运行机组应对热控保护连锁信号取样点的可靠性进行论证确认，对控制系统的硬件、逻辑条件、定值进行可靠性梳理和评估分析，对机组设备安全运行有严重影响的热控保护逻辑从提高可靠性角度进行优化。
（2）电厂要组织专门人员论证热控系统中的连锁信号取样点，对其稳定性进行论证，直至确定连锁信号取样点的可靠。电厂要采取专门措施，梳理并分析热控系统设备的定值、运行逻辑条件和设备硬件等关键因素的稳定性，对其稳定性做出评价。同时在机组检修期间，应对包括MFT、ETS、机炉电连锁保护在内的各个热控保护系统进行试验确认，尽可能采取实际传动试验方式。
（3）优化热控保护逻辑，对系统的稳定性进行升级。这就需要对热控系统的延时时间、变化速率保护等进行科学的设计。要做到坏值信号剔除功能的提升可以将量程减少，以此来发挥其对故障进行诊断的基本功能。为了减少或者避免热电阻、干扰信号和接线松动而引起的信号波动以及进一步导致的热控系统故障，可以设计相应的报警逻辑程序，或者切除保护联锁信号的坏值。
三、研究应用评估
1.评估关键因素。一是有关DCS 系统管理措施。（1）制定完善的控制系统网络、电源、控制单元控制器、操作员站、重要卡件等故障时的应急预案。（2）坚持定期切换制度，利用停机或检修机会对DCS 系统的DPU、冗余网络及交换机等进行切换试验。（3）机组检修时，对卡件、电源、保险等进行全面检查，确保
回路可靠，并根据使用时间及检查结果更换回路保险。（4）扩展热工技术监督主要指标，应将电子设备间温度、DCS控制站负荷率、热控系统传输数据等关键点位纳入日常监督范围，并开展逐月趋势分析，及时发现隐患苗头开展治理防范。（5）严格执行定期实际传动试验，验证热控系统可靠性。
2.项目工作目标。根据本厂建厂以来出现的各类热控异常事件进行数据统计分析，并根据收集的其他单位的故障案例开展学习和经验吸取，明确了“基于设备可靠性管控的热控系统技术指标提升计划目标”，以非计划停运和异常数量为基准开展研究。
3.主要工作方案。
一是全面排查管理漏洞，做到责任清晰、压力到位。对热控设备管理责任制进行梳理，根据执行过程中存在的问题制定针对性改进方案，并以制度形式明确。新增《热控设备异常、报警分析管理办法》、《防止热控系统盘柜进水、防尘技术措施》、《热控系统关键设备检修工艺纪律管理标准》等。
对热工技术监督管理进行完善，制定并执行热控技术监督月度总结报告标准模板。按照热控技术监督考核指标和管理指标进行分类，技术监督考核指标按照《发电厂热工仪表及控制系统技术监督导则》执行，管理指标根据本厂实际情况将电子设备间温度、湿度、DPU负荷率、DCS接地电阻、控制器处理周期、SOE分辨率、电源质量监测、电源切换时间、抗干扰能力测试等工作纳入监督范围。
二是强化设备基础管理。围绕“三票三制”、缺陷管理、异常分析、维护保养等方面强化管控能力，每周对三票三制进行抽查，定期发布检查通报，针对可能导致非停事件进行讲解培训；区分设备缺陷与非设备缺陷，按照不同的思路进行管理，突出抓好消缺率及及时率指标，严格进行考核。
三是定期组织开展隐患排查。对热控系统保护强制点或解除点进行统计与分析，查明原因，确有特殊原因的组织召开专题会议研究改进。从取源部件、测量系、传输电缆模块及接线、逻辑判断与输出、执行元件和可靠性等方面着手，逐项确定工作负责人和监督人，并考虑后备保护手段，开展深度隐患排查。同时针对特殊工况，如断气、断电、信号丢失等条件下的热控系统可靠性进行判断，优先采取系统自动判断、报警提示，尽可能减少监控盲点。
四是建立长效机制，持续开展控非停活动。随着设备的老化，暴露出的异常、缺陷、隐患将不断推陈出新，隐患的出现不需要恐惧，但是漠视、发现和治理工作执行不到位才是管理的“出血点”，因此建立控非停长效机制，并维持该机制的高效、有序运转才是管理工作的关键性任务。
五是开展生产现场防误标识，对交直流电源、压力开关、温度开关等设备进行重要性标识，用于主保护动作信号的设备挂红色标牌，用于连锁与报警信号的设备悬挂黄色标牌；为及时发现系统及参数异常，对现场压力表、位移传感器进行色标区域划分，进一步判别热控设备显示的准确性。
六是组织专业技术培训，对《国家能源局关于印发<防止电力生产事故的二十五项重点要求>的通知》、《火力发电厂热工保护系统设计规定》、《火力发电厂热工自动化系统可靠性评估技术导则》等内容进行培训，并结合电力行业出现的非停事件，剖析事件发生的原因，隐患排查不到位的根源所在，强化专题培训，扩展技术人员的思考纬度和深度。
4.取得的成效。在热控团队的共同努力下，灵州两台机组热控系统实现了连续六年无故障，未发生一期因热控保护原因导致的机组非计划停运或非计划降出力事件，为企业生产提供了坚强的设备保障。
尽快我们取得了一定的成绩，但是由于热控系统和部件已联系运转了十余年，因此设备方面的隐忧也将日益凸显；按照PDCA循环理论，我们的管理工作还有不足，部分短板也制约着专业技术管理的提升，因此包括热控系统可靠性的思考还有不断提高的空间，我们也将为之继续努力。
热控系统对整个发电机组的运行有着重要的影响作用，只有对热控系统的可靠性进行提高，才能够有效地提高整个火电厂的工作效率。尤其在火电厂设备的智能化和自动化程度越来越高的时代背景下，更要重视热控系统的可靠性，以免发生事故，这就需要从热控的设备控制、测量、逻辑稳定性等一系列环节入手，不断提高热控设备的安全性和可靠性。
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论文作者:张鑫
论文发表刊物:《电力设备》2018年第8期
论文发表时间:2018/8/13
标签：系统论文; 设备论文; 可靠性论文; 机组论文; 稳定性论文; 信号论文; 逻辑论文; 《电力设备》2018年第8期论文;