2009年浙江火電機組熱工保護系統可靠性改進

朱北恒，孫長生，丁俊宏

（浙江省電力試驗研究院，杭州 310014）

浙江電網設備評估與運行分析

2009年浙江火電機組熱工保護系統可靠性改進

朱北恒，孫長生，丁俊宏

（浙江省電力試驗研究院，杭州 310014）

介紹了 《提高TSI裝置運行可靠性的技術要求》和 《提高熱工自動化系統可靠性的重點技術措施》在熱工保護系統可靠性改進方面的相關內容，以及2009年浙江省各火電廠熱工保護系統可靠性改進的開展情況。單點保護改進的根本途徑是通過增加測點實現保護信號全程獨立取樣，由于采用同一取樣管導致保護系統降級為單點保護的問題還普遍存在，ETS系統和DCS電源在設計上也還存在缺陷，應該引起相當的重視。

熱控系統；單點保護；TSI；可靠性

浙江省電力學會熱控專委會和汽機專委會在2007年TSI（汽機監視儀表）研討會后發布了《提高TSI裝置運行可靠性的技術要求》，浙江省能源集團將該文件作為反事故措施在電廠中推行，2年來取得了明顯的效果。

浙江電力試驗研究院在2008年開展的“熱控系統狀態評估及可靠性控制措施的研究”中，提出了《提高熱工自動化系統可靠性的重點技術措施》（以下簡稱 《可靠性措施》），并通過熱工監督系統在浙江省火電廠進行廣泛宣傳和推行，至今已得到了電廠的普遍認可。電力行業熱工自動化技術委員會2010年最新發布的《火電廠熱控系統可靠性配置與事故預控》[1]，就是以上述2個文件為基礎編制的。

本文重點介紹2009年浙江省各火電廠開展熱工保護系統可靠性改進的情況。

1 熱工單點保護改進

1.1 熱工單點保護改進的根本途徑

熱工單點保護是指由1個輸入信號就可以觸發熱工保護動作的控制回路。熱工單點保護容易產生保護系統的誤動和拒動，是熱工控制系統的隱患[2]。

熱工單點保護改進的根本途徑是通過增加位置開關、測點等辦法來提高保護系統的可靠性。如蘭溪電廠原小汽機排汽真空保護的3個壓力開關均取自同一個取壓點，1號機組小汽機A曾發生過一次閥后管路斷裂，造成排汽真空保護誤動。之后電廠在技改中給每臺小汽機增加了3個取壓點和3個壓力開關，從源頭實現了保護信號的冗余。

大唐烏沙山電廠于2009年全面開展熱工單點保護治理，全年共完成29項保護改進。該廠將循泵出口液控蝶閥關閉、小汽機速關油壓低、汽泵前置泵入口流量、精處理過濾器母管入口溫度、過濾器母管入口壓力、系統壓差等保護信號均改為“三取二”表決方式。

2009年，浙能嘉興發電廠將5號、6號機組“除氧器水位高”單點保護信號修改為“三取二”表決方式。浙能樂清電廠改進了“1號爐磨煤機一次風量低”跳閘條件，每臺磨煤機增加2個“一次風量低”開關量信號，與原來的模擬量信號進行“三取二”判別，在FSSS中還增加了“一次風量壞值”屏蔽保護。

1.2 取樣管取樣方式的改進

“主機潤滑油壓力低”、“EH油壓力低”和“真空低”保護通常采用3～4個變送器采集信號，邏輯運算采用“三取二”或“兩串兩并”的表決方式，但由于所有變送器共用同一取樣母管，接頭處又存在泄漏的隱患，使得整個保護系統實際上已降級為單點保護。造成這種情況的原因是：隨主機設備供貨的油壓測量柜多數采用了上述有缺陷的取樣連接方式，安裝過程中又未進行更正。對這類情況采取的改造措施是：增加壓力取樣管路，使測量信號回路真正獨立；取樣管路的連接采用焊接方式。2009年烏沙山電廠對2號、4號機組小汽機的真空保護開關共用取樣儀表管的情況進行了改造。

2009年2月，某電廠2號燃機發生排汽壓力高跳閘，檢查和分析表明是屬于熱工單點保護誤動。雖然排汽壓力保護設置了3個冗余變送器，邏輯運算也采用了“三取二”表決方式，但所有變送器信號均來自于同一取樣管和同一測點，測點的代表性不夠，取樣管在安裝上也存在問題。電廠按電試院提出的改進意見對取樣系統進行了改造，增加了冗余測點，變送器信號全程獨立取樣，取樣系統還設置了排污和防堵功能，使保護系統的可靠性得到明顯提高。

由于采用同一取樣管，導致保護系統降級為單點保護的問題，目前在浙江省甚至在全國火電機組中都普遍存在，應該引起相當的重視。浙江省電廠熱工監督在2009年年終對口檢查中就發現了以下問題：某廠小汽機排汽壓力的所有開關量信號都來自同一取樣管；某廠小汽機ETS（E-mergency Trip System，汽機危機跳閘系統）系統潤滑油壓的所有開關量信號采自同一取樣管；某廠用于機組跳閘保護的3只“EH油壓低低”壓力開關和“油壓低”壓力開關報警信號以及油壓變送器共用同一取樣管，等等。而發電機定子冷卻水流量的開關量和模擬量信號取自同一取樣管則是各廠普遍存在的問題。

1.3 發電機定子冷卻水流量低保護的改進

針對發電機定子冷卻水流量低單點保護的問題，2009年浙能嘉興電廠在4號機組B修時更換了發電機定子冷卻水流量孔板，將1個取樣孔改為3個，使定子冷卻水流量取樣實現了冗余。烏沙山電廠將1號機組定子冷卻水流量孔板更換為有3對差壓孔的流量孔板，并增加2臺流量變送器，將“定子冷卻水流量低”保護由3個差壓開關改為3個流量變送器，實現“三取二”保護。采用模擬量信號用于保護，能更及時地發現并分析定子冷卻水流量的異常變化。

1.4 單點溫度保護的改進

在《提高熱工自動化系統可靠性的重點技術措施》中，對單點溫度保護提出以下改進建議：

（1）增加測點，改為三取二邏輯。這類保護有：高壓缸排汽溫度、汽機軸承回油溫度、磨煤機出口溫度等。

（2）引入證實信號，設置變化速率保護。這類保護有：凝泵軸承溫度、六大風機電機軸承溫度、循泵電機高低端導向軸承溫度、電泵汽泵前后軸承溫度、電泵推力內外側軸承溫度等。

（3）取消保護，改為報警。這類保護有：發電機線圈溫度、電泵汽泵前置泵軸承溫度、電泵液偶軸瓦溫度、空預器軸承溫度、磨煤機軸承溫度等。

省內有些電廠已在2009年通過增加溫度測點來消除單點保護。如蘭溪電廠將1號機組 “小汽機排汽溫度高”單點保護改為“三取二”表決方式，并增加2 s延時以消除干擾信號的影響。

有些電廠在溫度信號保護回路中增加了速率判斷邏輯。嘉興電廠對二期機組脫硫循環泵電機軸承溫度、循環泵軸承溫度單點保護信號進行了優化改進。長興電廠對原單點發訊的5號機軸承回油溫度保護進行了熱電阻“三取二”改造，改造后軸承回油溫度保護的可靠性得到了大大的提高，消除了信號單點斷線拒動的隱患。

1.5 冗余保護信號分模件處理

冗余的保護信號應進行分模件處理，以提高保護系統的可靠性。電力行業標準DL 5000-2000《火力發電廠設計技術規程》[3]要求，熱工保護系統應遵守獨立性原則，冗余的I/O信號應通過不同的I/O模件引入。但許多新建電廠的熱工保護系統并沒有嚴格按此要求設計，需要在移交生產后進行技術改造。2009年浙能嘉興電廠對主機TSI系統軸相位移信號設計在同一塊模件的問題進行了分模件處理，大唐烏沙山電廠對除氧器水位低保護信號設計在同一塊模件的問題也進行了分模件處理。

2 TSI和ETS系統的可靠性完善

《提高TSI裝置運行可靠性的技術要求》對電源冗余和切換時間、單點保護的改進、輸入回路的故障診斷、安裝和調試、運行維護管理等提出了要求，并提出了跳機信號宜采用二路常開輸出、采用相對振動信號作保護、報警定值的修改、振動信號設置偏差報警等具體建議。根據上述要求，各電廠對TSI系統進行了全面檢查，對不符合要求的陸續進行了技術改造。浙能錢清電廠2008年對2號機組Bently-3500系統增加了電源冗余模件，對2臺機組TSI的差脹保護回路增加了10 s延時。2009年又對Bently-3300的供電回路做了進一步改進，各增加一路220 V電源，加裝了電源切換裝置，實現了雙路供電和自動切換。

2009年浙能蕭山電廠2號機組TSI系統由Bently-3300系統升級到3500系統，實現了TSI主機電源的冗余配備，電源A取自UPS電源，電源B取自工頻電源。對軸承振動信號（絕對振動）進行了修改，目前2號機組軸振和瓦振分別獨立顯示，跳機值與相應的開關量輸出全部取自軸振，并按要求修改了相應的定值。

浙江省電力試驗研究院在2009年熱控設備評估中，對ETS系統進行了專題分析，發現部分機組的“軸向位移大”、“軸承振動大”、“差脹大”等仍然存在單點保護的情況，建議按照《提高TSI裝置運行可靠性的技術要求》提出的技術措施進行改進。“軸向位移大保護”為“二取一”方式的，有條件時還應增加一個軸向位移探頭，實現 “三取二”。“差脹大”為熱工單點保護的則可以適當 增加延時，提高保護的可靠性。另外，TSI系統輸出的同一類保護信號如軸向位移等應布置在不同的模件上，確保TSI系統失電后再上電時保護接點不會動作。

2009年年終熱控專業對口檢查中發現的主要問題有：軸向位移信號未分模件布置；Bently-3300系統老化，需要升級；TSI信號電纜不符合要求等。由于TSI系統中存在的缺陷，2009年4月還發生了因電纜屏蔽問題造成的故障。

機爐電大聯鎖保護邏輯是通過硬接線方式與鍋爐FSSS系統以及電氣保護裝置聯接構成的重要保護，進入ETS系統的保護有MFT聯跳汽機信號和電氣保護動作聯跳汽機信號。有的機組采用單回路常開接點接入，若接點發生故障或接線松動都有可能導致保護拒動，因此建議增加一路硬接線保護。

3 電源的可靠性改進

3.1 DCS電源

國華寧海A廠西門子DCS控制系統電源存在隱患，4號機組曾經發生過DCS電源冗余切換不成功而觸發鍋爐MFT動作。2009年該廠在檢修中完成了4臺機組的電源回路改造，對MFT電源回路加裝了無擾切換裝置，并加裝了電源監視回路。

ABB系統機柜電源的設計實際上并沒有做到真正全冗余，例如送I/O端子柜的電源設計為一路，然后通過端子排擴展，如果這一路發生松動將直接影響該機柜所有模擬量及開關量的正常工作。端子柜零電位單獨接入信號地母排，但由于多個端子板零電位接在一起，如果發生該接線螺絲松動將引起部分端子板工作不正常。

華電半山電廠由于4號機組熱工電源柜空氣開關跳線和電源進線方式不合理，2009年曾發生因部份熱工電源消失導致機組降負荷運行。該廠在機組臨修時對4號機組所有熱工電源柜空氣開關進行了雙回路電源進線改造，并將緊固機柜熱工電源進線列為標準檢修項目，以防運行中接線松脫和類似事件的發生。該廠2號燃機MARK VI的ATS電源切換裝置采用單路電源供電，存在一定的安全隱患，已列入2010年的重點技改項目。

3.2 ETS系統電源

上汽機組的ETS系統電源原設計存在缺陷，雖然考慮了24 V DC電源雙路備用，但在出線側進行了并接，當模件側發生短路或過載故障時會使雙路電源同時發生異常，導致雙路電源都無法正常工作。此缺陷曾導致某電廠3號機組跳閘，該廠采取的措施是增加2套電源裝置，并將其出線分為2路，使常閉信號的2個通道分模件、分電源布置。

3.3 就地設備電源

浙江省電力試驗研究院在2009年熱控設備評估中，發現部分機組抽汽逆止門、燃油跳閘閥等設備采用雙線圈控制電磁閥，一旦系統失電將無法回到安全狀態，存在汽機超速、鍋爐不能完全切除燃料的危險。對循泵控制蝶閥等重要就地設備，其控制電源應設計2路供電，以保證任一路電源失去不會導致蝶閥動作。

4 基建工程的熱控系統可靠性控制

國電北侖電廠三期（2×1 000 MW）和國華寧海電廠二期（2×1 000 MW）工程通過基建全過程監督的平臺開展了熱控系統的可靠性控制。2009年在國電北侖三期基建工程中發現問題15項，國華寧海二期基建工程中發現問題20項。

在國電北侖電廠三期基建工程中，發現ETS的6個轉速測量信號，每2個采用1根電纜，不符合冗余信號全程獨立配置的原則，有可能因干擾引起信號誤動。6號、7號機組小汽機3個軸向位移信號共用1塊模件，不符合冗余配置原則，模件故障時將引起保護誤動。

在國華寧海二期基建工程中，及時發現了汽泵振動信號屏蔽不合格和脫硫信號取樣布置錯誤等問題，消除了設備隱患。現場檢查中，發現真空泵進口壓力開關儀表取樣管路存在明顯的U型布置，容易積水引起開關拒動。發現脫硫系統吸收塔入口壓力、增壓風機密封風差壓等測量系統存在問題，測點取樣管布置在風道頂部或側面，但變送器布置在測點下方，取樣管道內部容易因凝結造成積水，影響測量的可靠性。針對上述問題，安裝單位已按照風壓測量取樣的規范要求，及時將變送器移到了取樣口上部。

5 結語

2009年浙江省各火電廠全面開展了熱工保護系統的治理，相互交流、互相借鑒，有效提高了熱工保護系統的可靠性。

但要徹底治理熱工單點保護，進一步提高熱工保護系統的可靠性，任務依然艱巨。2009年全省電廠技術監督網所屬的火電機組中，因熱工原因引起的一類障礙有8次，其中有2次為熱工單點保護故障導致的熱工誤動。2010年4月，又有1臺300 MW機組由于熱工單點保護故障導致機組跳閘。

由此看來，熱工單點保護的危害性是不容質疑的。逐步徹底地消除熱工單點保護，是今后熱工保護系統可靠性改造的技術方向。

[1]電力行業熱工自動化技術委員會，火電廠熱控系統可靠性配置事故預控[M].北京：中國電力出版社，2010.

[2]朱北恒，尹峰，孫耘，等．火電廠熱控系統的容錯設計[J].浙江電力,2007，26（5）:1-5.

[3]DL 5000-2000火力發電廠設計技術規程[S].北京：中國電力出版社，2000.

（本文編輯：龔 皓）

Reliability Improvement of Thermal Protection System for Zhejiang Thermal Power Units in 2009

ZHU Bei-heng，SUN Chang-shen，DING Jun-hong

（Zhejiang Electric Power Test and Research Institute，Hangzhou 310014，China）

This paper describes the improvement of thermal protection system in Technical Requirements for Reliability Improvementof TSI Operation and Key Technical Measures for Reliability Improvement of Thermal Automation System and the reliability improvement of thermal protection system in thermal power plants in Zhejiang in 2009.The basic approach to improve the single-point signal protection is to increase test points to achieve overall independent sampling of signal protection.And the problem still exists that the redundant system is degraded into thermal single-point signal protection due to the use of the same sampling tube.In addition,there are still defects in the design of ETS System and DCS power supply.These problems should be attached greatimportance.

thermal controlsystem；single-pointsignalprotection；TSI；reliability

TK39

：B

：1007-1881（2010）08-0053-04

2010-04-14

朱北恒（1956-），男，四川蓬溪人，教授級高級工程師，從事發電廠熱工自動化應用和研究。