淺談防止熱工保護誤動、拒動的技術對策

韓熠

摘 要：隨著DCS控制系統的成熟發展，熱工自動化程度越來越高，憑借其巨大的優越性，使機組的可靠性、安全性、經濟性運行得到了很大的提高。但熱工保護誤動和拒動的情況還有時發生。如何防止DCS系統失靈和熱工保護誤動、拒動成為電廠甚至大型旋轉機械設備控制的日益關注的焦點。

關鍵詞：熱工保護；誤動；拒動；技術

熱控保護系統是火力發電廠不可缺少的組成部分，它對提高機組主輔設備的可靠性和安全性具有十分重要的作用。熱工保護系統的功能是當機組主輔設備在運行過程中參數超出正常可控制的范圍時，自動緊急聯動相關的設備， 及時采取相應的措施加以保護，從而軟化機組或設備故障，避免出現重大設備損壞或其他嚴重的后果。主輔設備正常運行時，保護系統因自身故障而引起動作，造成主輔設備停運，稱為保護誤動；在主輔設備發生故障時，保護系統也發生故障而不動作，稱為保護拒動。隨著熱工技術水平的進步和設備的質量的提高，控制理論的快速發展與不斷完善，使得電廠熱工控制系統的控制品質和自動化水平都得到了極大的改善與提高。但從近幾年熱工保護情況統計來看，由于熱工保護誤動引起機組跳閘，造成非計劃停運的比例還是較大的。如何避免熱工保護誤動、拒動成為火力發電廠同益關注的問題。

1 熱工保護誤動、拒動原因分類

熱工保護誤動、拒動的原因大致可以概括為：DCS軟、硬件故障；熱控元件故障；中間環節和二次表故障；電纜接線短路、斷路、虛接；熱控設備電源故障；人為因素；設計、安裝、調試存在缺陷。

2 熱工保護誤動、拒動原因分析

2.1 DCS軟件、硬件故障。

隨著DCS控制系統的發展，為了確保機組的安全、可靠，熱工保護里加人了一些重要過程控制系統（如：DEH、CCS、BMS等），兩個控制器同時故障時停機保護，由此，因DCS軟、硬件故障而引起的保護誤動也時有發生。主要是控制器、輸出模塊、設定值模塊、網絡通訊等故障引起。

2.2 熱工一次元件故障

熱工一次元件作為熱工保護的信號采集部分，其安全可靠運行對熱工保護的可靠性至關重要，而因其故障（包括溫度、壓力、液位、流量、閥門位置元件、電磁閥等）誤發信號而造成的主輔機保護誤動、拒動占的比例也比較大，有些電廠因熱工元件故障引起熱工保護誤動、拒動甚至占到了一半。究其原因主要是元件老化和質量不可靠，該系統保護設計不合理，采用單點參與機組保護，從而增加了機組保護誤動的風險。

2.3 線纜接線斷路、短路、虛接

電纜接線斷路、短路、虛接引起的保護誤動主要原因是電纜老化絕緣破壞、熱工一次元件接線端子處進水、端子接線處松動或空氣潮濕腐蝕等引起。

2.4 設備電源故障

隨著熱控系統自動化程度的提高，熱工保護中加入了DCS系統，一些過程控制站電源故障停機保護。因熱控設備電源故障引起的熱工保護誤動、拒動的次數也有上升的趨勢。主要原因是熱控設備電源接插件接觸不良、電源系統設計不可靠。

2.5 人為因素

人為原因很多，大多數是由于熱工人員走錯間隔、看錯端子排接線、錯強制或漏強制信號、萬用表使用不當等誤操作等引起。人為因素引起保護拒動大多因熱工人員在檢修后忘記合儀表電源開關、檢修后儀表二次門忘記開啟等引起。還有一些是由于控制系統在設計、安裝、調試存在質量缺陷，這樣因熱控設備系統設計、安裝、調試存在質量缺陷導致機組熱工保護誤動或拒動的案例也在電廠中經常遇見。另外也有許多機組是由于邏輯設計不合理、保護系統配置不當、定值不準確、自動調節PID參數不合適等因素造成機組保護誤動。

3 防止熱工保護誤動、拒動應采取的措施

由于熱控設備覆蓋著整個電力生產過程中的所有參數，電力生產過程中的各系統不僅相互聯系，而且相互制約。因此，任何一個環節的故障都有可能通過熱工保護系統發出跳機停爐信號，從而造成不必要的經濟損失。因此要提高熱工保護的可靠性，減少熱工保護誤動或拒動現象的發生，首先必須在管理制度上采取有效措施。

（1）熱工保護的投退必須嚴格按照熱工監督的管理規定，確保在運機組保護的投入率為100%，在任何情況下不隨意解除保護，在機組啟動前，嚴格執行熱工聯鎖、保護的靜態試驗，確保保護的正常投入和可靠運行。

（2）嚴格履行保護投退手續，加強保護投退記錄和強制信號的登記記錄。對保護回路定期組織檢查，確保保護回路運行可靠。加強對參與保護設備的定期工作程序，通過定期工作來及時排查、發現治理熱控設備存在的各種隱患和缺陷。

（3）加強缺陷的處理。在熱控設備的缺陷處理過程中，應嚴格按照小缺陷不過班、大缺陷不過天、重大缺陷連軸轉的要求開展缺陷管理工作，通過強化消缺來不斷提高機組安全運行的系數。

（4）針對重要設備的檢修制定標準化作業程序，通過制定該程序來規范操作，提高人員的規范意識和安全行為。

（5）加強事故分析和培訓，針對每一次熱工保護動作組織進行徹底分析，系統地排查出問題的所在，并制定相應的反事故措施或相應的檢修應急預案，從而消除導致保護誤動的各種因素。

對異常的分析要嚴格按照“四不放過”的原則，認真分析原因、落實責任，總結經驗教訓，并舉一反三地制定各種防范措施，從根本上來提高熱工保護系統的可靠性。

4 防止熱工保護誤動、拒動的技術對策

（1）在熱控系統中，盡可能地采用冗余設計。過程控制站的電源和CPU冗余設計已成為普遍，對一些保護執行設備（如跳閘電磁閥）的動作電源也應該監控起來。對一些重要熱工信號也應進行冗余設置，并且對來自同一取樣的測點信號進行有效的監控和判斷，同一參數的多個重要測點的測量通道應布置在不同的卡件以分散由于某一卡件異常而發生危險，從而提高其可靠性。重要測點就地取樣孔也應該盡量采用多點并相互獨立的方法取樣，以提高其可靠性，并方便故障處理。一個取樣，多點并列的方法有待考慮改進。總之，冗余設計對故障查找、軟化和排除十分快捷和方便。

（2）盡量采用技術成熟、可靠的熱控元件。隨著熱控自動化程度的提高，對熱控元件的可靠性要求也越來越高，所以，采用技術成熟、可靠的熱控元件對提高DCS系統整體可靠性有著十分重要的作用。根據熱控自動化的要求，熱控設備的投資也在不斷地增加，切不可為了節省投資而“因小失大”。在合理投資的情況下，一定要選用品質好、運行業績佳的就地熱控設備，以提高DCS系統的整體可靠性和保護系統的安全性。

（3）對保護邏輯組態進行優化。在電廠中，溫度高保護是主輔機設備保護的必不可少的一項重要保護。由于溫度元件受產品質量、接線端子松動、現場環境等各種因素的影響，在運行一定周期后極其容易導致信號波動，從而引起保護誤動現象的發生。針對此，可在溫度保護中增加加速度限制（壞質量判斷），具體措施為：對溫度保護增加速率限制功能，當系統檢測到溫度以≥20℃/s的速率上升時，即閉鎖該溫度保護的動作，并且在DCS系統畫面上報警，同時通知檢修人員進行排查故障。這樣通過優化保護邏輯組態，對提高保護系統的可靠性、安全性，降低熱控保護系統的誤動、拒動率具有十分重要的意義。

（4）提高DCS硬件質量和軟件的自診斷能力。

（5）對設計、施工、調試、檢修質量嚴格把關。

（6）嚴格控制電子間的環境條件。

（7）提高和改善熱控就地設備的工作環境條件。

如：就地設備接線盒盡量密封防雨、防潮、防腐蝕；就地設備盡量遠離熱源、輻射、干擾；就地設備（如：變送器、過程開關等）盡量安裝在儀表柜內，必要時對取樣管和柜內采取防凍伴熱等措施。

（8）嚴格執行定期維護制度，對重要設備主動開展定期工作。做好機組的大、小修設備檢修管理，及時發現設備隱患，使設備處于良好的工作狀態。做好日常維護和試驗。停機時，對保護系統檢修徹底檢修、檢查，并進行嚴格的保護試驗。

5 結束語

隨著電力事業和高新技術的快速發展，發電設備日趨高度自動化和智能化，系統的安全性、可靠性變得日益重要。但是，無論多么先進的設備，絕對可靠是絕對辦不到的。所以應通過對電廠熱工保護控制系統出現的故障進行統計，并認真分析故障的產生原因，提出相應的解決方法，不斷完善電廠的各項管理制度，提高操作人員的技能水平。只有這樣才能有效的降低電廠熱工控制系統的誤動作次數與故障發生率，從而保證機組的安全性和經濟性。