提高火力發(fā)電企業(yè)供電可靠性的幾項(xiàng)措施

張建志

(東北電力科學(xué)研究院有限公司，遼寧 沈陽 110006)

發(fā)電機(jī)組能夠長期穩(wěn)定運(yùn)行，通常是因?yàn)槠渚哂性O(shè)備質(zhì)量可靠，保護(hù)邏輯合理，自動(dòng)調(diào)節(jié)回路過硬，運(yùn)轉(zhuǎn)人員經(jīng)驗(yàn)豐富、手法嫻熟等4 個(gè)特點(diǎn)。保護(hù)邏輯中應(yīng)著重關(guān)注跳閘危險(xiǎn)點(diǎn)的控制；自動(dòng)回路問題則依賴于成熟調(diào)試人員的精細(xì)調(diào)試和電廠熱控人員的適時(shí)修訂；運(yùn)轉(zhuǎn)人員素質(zhì)則依賴于對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)人員的教育、培養(yǎng)與模擬機(jī)上的反復(fù)演練。

1 排除機(jī)組跳閘危險(xiǎn)點(diǎn)

1.1 溫度保護(hù)

超溫跳閘是保護(hù)邏輯中涉及得最多的一類保護(hù)，如各種輔機(jī)的軸承溫度保護(hù)、直流鍋爐的再熱器超溫保護(hù)、分離器出口溫度保護(hù)、汽輪機(jī)的軸瓦溫度保護(hù)等，因溫度測點(diǎn)斷線，虛連等造成的跳閘事故時(shí)有發(fā)生。因此，火電廠中設(shè)計(jì)溫度保護(hù)應(yīng)遵守以下原則。

1.1.1 采用多點(diǎn)組合跳閘，避免單點(diǎn)跳閘

“三取二”是最合理的跳閘組合方式，電廠中重要溫度跳閘點(diǎn)也多采用這種方式。如直流鍋爐的分離器出口溫度保護(hù)，通常是分離器左右側(cè)各安裝3 個(gè)溫度測點(diǎn)，其中每側(cè)有2 個(gè)及以上測點(diǎn)的溫度達(dá)到跳閘值時(shí)保護(hù)動(dòng)作。有條件的電廠應(yīng)盡量滿足此溫度跳閘原則。

圖1 溫度保護(hù)邏輯

1.1.2 判斷測點(diǎn)溫度變化率和測點(diǎn)質(zhì)量

溫度測點(diǎn)通常采用熱電偶和熱電阻作為測量元件，當(dāng)熱電阻測點(diǎn)斷線或虛連時(shí)，會(huì)造成溫度值劇烈變化，從而造成測量值的變化速率增大。而正常的溫度升高通常是平緩的，溫度變化率不會(huì)超過某檻值。因此，可以通過測點(diǎn)溫度變化速率來判斷測點(diǎn)是否可靠。目前，火力發(fā)電廠保護(hù)邏輯中多以3 ℃/s 作為溫度變化率檻值，溫度變化速率大于此值則認(rèn)為測點(diǎn)是壞點(diǎn)，小于此值則認(rèn)為測點(diǎn)是正常的。此外，每套DCS 系統(tǒng)都有測點(diǎn)質(zhì)量判斷模塊，如經(jīng)系統(tǒng)判斷認(rèn)為所測溫度點(diǎn)為壞點(diǎn)，則不參與跳閘邏輯。圖1 是從中電投白城電廠空冷系統(tǒng)風(fēng)機(jī)溫度保護(hù)中截下來的一段邏輯，DCS 采用的是FOXBORO 公司的I/A 分散控制系統(tǒng)。由圖1 可以看出，溫度信號(hào)在激發(fā)跳閘前，由模塊LIM_3_1進(jìn)行速率判斷，其參數(shù)ROCLIM3.0 表示當(dāng)溫度變化率超過3 ℃/s 時(shí)系統(tǒng)判斷該溫度點(diǎn)變化率超限，即使該點(diǎn)溫度超過設(shè)定溫度80 ℃也不跳閘。模塊CALCA_40_1 的BAD 輸入端引入的是測點(diǎn)質(zhì)量信號(hào)，若測點(diǎn)質(zhì)量壞，則該溫度點(diǎn)也不跳閘。

1.2 機(jī)組振動(dòng)保護(hù)

汽機(jī)振動(dòng)包括軸振動(dòng)和瓦振動(dòng)2 種，通常將軸振動(dòng)做到機(jī)組保護(hù)中去，而瓦振動(dòng)不參與邏輯保護(hù)。軸振動(dòng)中有相互垂直的X 和Y 方向2 個(gè)測點(diǎn)，每個(gè)測點(diǎn)能提供振動(dòng)報(bào)警、振動(dòng)跳閘2 個(gè)開關(guān)量信號(hào)和1 個(gè)模擬量信號(hào)。傳統(tǒng)的做法是用模擬量信號(hào)來顯示振動(dòng)值，用開關(guān)量的報(bào)警信號(hào)來報(bào)警，用跳閘信號(hào)做單點(diǎn)跳閘。這種做法對(duì)測點(diǎn)的可靠性要求很高，如果振動(dòng)測點(diǎn)因測量元件或接線出現(xiàn)問題，很容易造成振動(dòng)誤跳閘。

經(jīng)過多年的摸索，目前被廣為接受的做法如下，以汽機(jī)某軸的X、Y 向軸承振動(dòng)測點(diǎn)為例，其振動(dòng)邏輯如圖2 所示。

圖2 振動(dòng)邏輯

1 個(gè)跳閘值、2 個(gè)報(bào)警值，能組成較可靠的跳閘回路。2 個(gè)報(bào)警值其中一個(gè)來自就地開關(guān)量，另一個(gè)來自模擬量判斷，相“或”后其結(jié)果再同跳閘值相“與”，動(dòng)作后發(fā)出跳閘指令。這種回路既避免了因就地跳閘值誤發(fā)而造成的誤跳閘，又避免了因報(bào)警值的引入而造成的拒動(dòng)作，可廣泛應(yīng)用于各跳閘回路，如高加保護(hù)、風(fēng)機(jī)振動(dòng)保護(hù)等。

1.3 設(shè)備停、送電及檢修狀態(tài)引起的安全問題

1.3.1 設(shè)備停電可能引發(fā)的機(jī)組保護(hù)拒動(dòng)

機(jī)組的很多保護(hù)，如鍋爐主保護(hù)(MFT)中往往伴隨著對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的判斷，如2 臺(tái)送風(fēng)機(jī)跳閘、2 臺(tái)引風(fēng)機(jī)跳閘、2 臺(tái)一次風(fēng)機(jī)跳閘等，都會(huì)造成鍋爐跳閘。通常取這些設(shè)備的“停止”反饋來判斷這些設(shè)備是否停止，而要得到“停止”反饋必須對(duì)這些設(shè)備送電，如果設(shè)備因檢修將小車搖出，控制系統(tǒng)將得不到設(shè)備已停止這個(gè)反饋，則在DCS 系統(tǒng)上看到的設(shè)備既沒有運(yùn)行反饋，也沒有停止反饋，設(shè)備顯示故障狀態(tài)。假設(shè)某電廠因一臺(tái)送風(fēng)機(jī)故障在單風(fēng)機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行，故障風(fēng)機(jī)在停電檢修狀態(tài)，此時(shí)，運(yùn)行的送風(fēng)機(jī)跳閘，則實(shí)際上2臺(tái)送風(fēng)機(jī)都處于跳閘狀態(tài)，鍋爐保護(hù)應(yīng)動(dòng)作，機(jī)組跳閘，但由于控制系統(tǒng)檢測不到檢修風(fēng)機(jī)的停止?fàn)顟B(tài)，不滿足系統(tǒng)跳閘條件，則鍋爐保護(hù)拒動(dòng)作，容易造成危險(xiǎn)。解決這個(gè)問題的方法有以下2 種。

(1)修改保護(hù)邏輯，即在條件判斷中將2 臺(tái)設(shè)備都“停止”的反饋同2 臺(tái)設(shè)備都“運(yùn)行”的反饋非相“或”后作為跳閘條件，如圖3 所示。這種做法可以避免因設(shè)備檢修造成的保護(hù)拒動(dòng)，但因增加了一個(gè)跳閘因素，因此當(dāng)設(shè)備的運(yùn)行反饋出現(xiàn)問題時(shí)，也加大了設(shè)備誤動(dòng)的幾率。

(2)在設(shè)備檢修且機(jī)組運(yùn)行時(shí)，通知熱工人員，將檢修設(shè)備的“停止”反饋強(qiáng)制上，設(shè)備檢修完成后再恢復(fù)過來，這種做法要求運(yùn)行、檢修人員具有較強(qiáng)的責(zé)任心。

圖3 保護(hù)邏輯中的雙反饋狀態(tài)判斷法

1.3.2 設(shè)備送電引發(fā)的誤跳閘

設(shè)備送電前系統(tǒng)檢測不到“停止”反饋，送電后其“停止”反饋被系統(tǒng)檢測到，這種情況有時(shí)會(huì)引起機(jī)組誤跳閘。此類事故在中電投白城電廠2×600 MW 新建一號(hào)機(jī)組的調(diào)試過程中發(fā)生過1 次。當(dāng)時(shí)機(jī)組正處于試運(yùn)過程中，安裝公司人員將1 臺(tái)故障檢修完成后的電動(dòng)給水泵送電試轉(zhuǎn)，該送電過程沒有通知熱控調(diào)試人員。結(jié)果觸發(fā)了“1臺(tái)電動(dòng)給水泵跳閘，機(jī)組RB 邏輯”，造成了機(jī)組誤跳閘。該RB 邏輯中對(duì)設(shè)備狀態(tài)的判斷部分如圖4 所示：送電前系統(tǒng)檢測不到該泵的“停止”反饋，送電后該“停止”反饋出現(xiàn)。于是控制邏輯判斷機(jī)組中有1 臺(tái)電動(dòng)給水泵跳閘，作為主要輔機(jī)之一的電動(dòng)給水泵跳閘后，控制邏輯將按照剩余電動(dòng)給水泵的最大出力來快速降低機(jī)組當(dāng)前負(fù)荷，這個(gè)過程稱為RB。RB 過程被意外觸發(fā)后，尚未完成RB 試驗(yàn)的機(jī)組跳閘。事后分析跳閘原因，主要是由RB 觸發(fā)邏輯不夠嚴(yán)謹(jǐn)造成的。修改后的狀態(tài)判斷邏輯如圖5 所示，該邏輯充分考慮了設(shè)備由運(yùn)行到停止的一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，這樣就不會(huì)因一個(gè)反饋的改變而造成邏輯誤判，從而引發(fā)不必要的事故過程。

圖4 修改前的電泵跳閘RB 觸發(fā)邏輯

圖5 修改后的電泵跳閘RB 觸發(fā)羅輯

1.4 電源切換引起的誤跳閘

為提高設(shè)備運(yùn)行的安全性，火力發(fā)電廠中的某些重要設(shè)備往往采用雙電源供電，如磨煤機(jī)潤滑油泵、空預(yù)器等，2 路電源通過1 個(gè)切換裝置切換后給設(shè)備供電，如果切換裝置切換速度不能滿足要求，往往會(huì)造成設(shè)備誤跳閘。對(duì)于這類設(shè)備，調(diào)試過程中必須做切換試驗(yàn)，看切換裝置的切換速度能否滿足要求，如果不能滿足要求，則應(yīng)更換切換裝置，對(duì)于更換裝置有困難的，應(yīng)在邏輯中加以考慮。國電康平電廠曾在調(diào)試過程中發(fā)生一起因電源切換速度過慢造成全部磨煤機(jī)潤滑油泵跳閘，導(dǎo)致磨煤機(jī)跳閘，最終導(dǎo)致機(jī)組跳閘的事故。修改控制邏輯，如圖6 所示。通過SR 觸發(fā)器，使磨煤機(jī)潤滑油泵的控制指令變成長指令信號(hào)，該指令在潤滑油泵因電源切換、喪失原電源停止的1 s 內(nèi)保持不變，當(dāng)另一電源到來時(shí)重新啟動(dòng)，只要電源切換時(shí)間小于1 s，就能夠避免因電源切換而造成的設(shè)備誤跳閘。因設(shè)備停止1 s 后，該長指令信號(hào)被自動(dòng)復(fù)位，所以也不會(huì)出現(xiàn)因設(shè)備較長時(shí)間斷電后突然送電而造成的設(shè)備突然啟動(dòng)現(xiàn)象。

2 提高自動(dòng)回路的投入穩(wěn)定性

現(xiàn)代火電機(jī)組對(duì)自動(dòng)回路的要求越來越高。性能可靠、品質(zhì)良好的調(diào)節(jié)系統(tǒng)是保證機(jī)組長期穩(wěn)定運(yùn)行的有力保障，為確保火電機(jī)組的調(diào)節(jié)系統(tǒng)時(shí)刻處于最優(yōu)狀態(tài)，應(yīng)注意以下幾個(gè)問題。

2.1 要嚴(yán)格、足量地做好擾動(dòng)試驗(yàn)

要按照DLT657-2006《火力發(fā)電廠模擬量控制系統(tǒng)驗(yàn)收測試規(guī)程》的規(guī)定，嚴(yán)格做好每個(gè)調(diào)節(jié)回路的擾動(dòng)試驗(yàn)，要對(duì)品質(zhì)不佳的調(diào)節(jié)回路進(jìn)行細(xì)調(diào)。現(xiàn)在很多火力發(fā)電企業(yè)在調(diào)試結(jié)束、投產(chǎn)運(yùn)行后，都要進(jìn)行模擬量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的精細(xì)化調(diào)試，目的就是要使調(diào)節(jié)系統(tǒng)的性能達(dá)到最優(yōu)，從而保證機(jī)組的長期穩(wěn)定運(yùn)行。

圖6 防止電源切換造成設(shè)備跳閘邏輯

2.2 及時(shí)修訂調(diào)節(jié)回路，拓展調(diào)節(jié)回路適用范圍

機(jī)組的運(yùn)行環(huán)境并不是一成不變的，所以應(yīng)適時(shí)地修訂調(diào)節(jié)回路的控制參數(shù)。如當(dāng)煤質(zhì)發(fā)生較大變化時(shí)，應(yīng)及時(shí)修改協(xié)調(diào)系統(tǒng)鍋爐主控中的負(fù)荷-煤量曲線，修改給水控制中的煤量-水量曲線等；當(dāng)調(diào)節(jié)回路的執(zhí)行器被更換時(shí)，也要及時(shí)修改PID參數(shù)，以適應(yīng)新的執(zhí)行器的動(dòng)作特點(diǎn)等。此外，在調(diào)試中應(yīng)投入熱值修訂回路，這樣當(dāng)煤質(zhì)發(fā)生非顯著變化時(shí)，才不會(huì)對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)產(chǎn)生大的影響。

3 提高運(yùn)轉(zhuǎn)人員操作手法

運(yùn)轉(zhuǎn)人員是機(jī)組的操控者，運(yùn)轉(zhuǎn)人員業(yè)務(wù)素質(zhì)的高低可能直接決定了機(jī)組的安全運(yùn)行時(shí)間。自動(dòng)控制回路的廣泛應(yīng)用，使運(yùn)轉(zhuǎn)人員減少了很多手動(dòng)操作設(shè)備的機(jī)會(huì)，造成個(gè)別運(yùn)轉(zhuǎn)人員手法生疏，一旦自動(dòng)回路出現(xiàn)問題后難以進(jìn)行有效的緊急處理，造成事故的擴(kuò)大化。

火力發(fā)電企業(yè)應(yīng)著重提高運(yùn)轉(zhuǎn)人員對(duì)緊急狀態(tài)的處理能力，組織運(yùn)轉(zhuǎn)人員在仿真機(jī)上練習(xí)各種事故的緊急處理手法，著重提高運(yùn)轉(zhuǎn)人員的設(shè)備手動(dòng)操控能力。