試論如何完善火電廠熱工保護系統(tǒng)的可靠性

田愛軍

中電投新疆能源化工集團有限責任公司烏蘇熱電分公司 新疆烏蘇 833000

摘要：在火力發(fā)電機組中，熱工保護系統(tǒng)又是必不可少的重要組成部分。熱工保護系統(tǒng)可靠性的完善，能夠使火力發(fā)電組的主輔設備更加安全可靠，因此，提高熱工保護系統(tǒng)的工作顯得尤為重要，只有對其不斷的研究探索，才能使得整個系統(tǒng)體系更加完備。本文主要梳理作者電廠熱工保護存在的安全隱患并提出一系列防止保護誤動、據(jù)動的措施。

關鍵詞：熱工保護；可靠性；優(yōu)化方案

引言

在如今的火電廠中，熱工保護有著極其重要的地位，熱工保護的主要作用是當機組在啟動和運行過程中發(fā)生危及設備安全的危險情況時，使其能自動采取保護或聯(lián)動措施，防止事故擴大而保護機組設備的安全。倘若熱工保護系統(tǒng)不完善，那么在機組運行過程中，出現(xiàn)一些危險的不確定因素時，機組則無法正常工作，從而造成不可挽回的損失。

一、熱工保護系統(tǒng)作用及其意義

1.1發(fā)電機組及熱工保護系統(tǒng)的現(xiàn)狀

熱工保護是通過分析實際工作中發(fā)生的熱工保護異常情況，討論熱工保護系統(tǒng)在實踐中如何正確運行才能提高其可靠性的問題。熱工系統(tǒng)在發(fā)電機組工作中出現(xiàn)系統(tǒng)的被動維護時能夠自主的采取聯(lián)動措施，使得機器能夠正常的運轉下去；而當機器出現(xiàn)不正常的工作異常時，比如集散控制系統(tǒng)運轉不正常時，控制系統(tǒng)能夠及時采取保護措施，使機組得到最大限度的保護，使得財產和工人的人身安全得到最大的保護。

1.2熱工保護系統(tǒng)的作用

如今發(fā)電機組的功率和容量越來越大，越來越多的不可控制因素出現(xiàn)在使用的過程中。而熱工的自動化程度越來越高，尤其是DCS集散控制系統(tǒng)在生產中的廣泛應用，發(fā)電機組的可靠性和安全性都得到了很大的提高。但隨著電工原件的增多使得發(fā)電機組的容量越來越大，發(fā)電機組出現(xiàn)誤動和拒動的幾率也越來越大，而熱工保護系統(tǒng)則時能夠及時地采取自動保護或者聯(lián)動，使得機器正常運轉或停止。所以，熱工系統(tǒng)的完善，對于保護發(fā)電機組和解決工作中發(fā)電機組的誤動和拒動問題都有著至關重要的作用。

二、火電廠330MW機組熱工保護可靠性分析及優(yōu)化方案

某發(fā)電廠裝有2*330MW燃煤汽輪發(fā)電機組，該機組2010年投產，汽輪機為上海汽輪機廠生產，控制系統(tǒng)引用西屋技術。數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）采用EMERSON公司的OVATION控制系統(tǒng)，汽輪機危急跳閘系統(tǒng)（ETS）系統(tǒng)采用施耐德Modicon Quantum PLC，汽輪機安全監(jiān)視系統(tǒng)（TSI）采用EPRO公司的MMS6000系列系統(tǒng)。雖然該廠的各項措施在機組建設設計時已經(jīng)較為完善完備，通過認真對照“二十五項反措要求”及實際運行過程中出現(xiàn)的問題，該電廠熱工保護仍出現(xiàn)了一些重大問題，其中部分重要信號、邏輯有時會出現(xiàn)錯誤甚至遺漏，有的已經(jīng)帶來了安全問題，必須進行改進與優(yōu)化。

2.1重要信號，邏輯條件及回路排查優(yōu)化過程

為了提高熱工系統(tǒng)設備的安全性，全面排查設備質量、設備使用壽命管理、設備保護等方面存在的問題和安全隱患。對照《防止電力生產事故的二十五項重點要求》，發(fā)現(xiàn)存在的主要問題有DCS保護邏輯存在缺陷、保護電源設計不合理的問題，就地設備設計、安裝不合理。所以此次最主要進行的是回路排查，元件安裝位置改造，邏輯優(yōu)化。

2.2 潤滑油系統(tǒng)優(yōu)化

該電廠1、2號機組汽輪機潤滑油壓低I、低II信號送至機組DCS系統(tǒng)，通過邏輯判斷后分別聯(lián)鎖啟動交流潤滑油泵和直流潤滑油泵。DCS系統(tǒng)監(jiān)視軸承油總管壓力的壓力開關測點有2個，取壓位置位于2號機四瓦的潤滑油進油管路上，分別為63/BOP交流油泵啟動試驗油壓力2（10MAV20CP061）和63/EOP直流油泵啟動試驗油壓力2（10MAV20CP062），這兩個測點僅作為監(jiān)視。根據(jù)國家能源局2014年新頒布的“二十五項反事故措施”中，9.4.2條要求“汽輪機潤滑油壓力低信號應直接送入事故潤滑油泵電氣啟動回路，確保在沒有分散控制系統(tǒng)控制的情況下能夠自啟動，保證汽輪機的安全”。

改造方案：

在2015年1、2號機組等級檢修期間，加裝潤滑油壓低硬接線聯(lián)鎖啟動直流油泵，1、2號機組63/EOP直流油泵啟動試驗油壓力2為雙觸點壓力開關，此開關一對觸點至DCS報警，取另一對常開觸點，從1、2號機組12.6米四瓦處敷設電纜至6.3米主油箱直流油泵控制柜處，接入直流油泵控制柜內啟動指令端子，利用直流油泵啟動試驗壓力2開關上另一對常開觸點實現(xiàn)直流油泵硬接線聯(lián)鎖啟動，避免汽輪機斷油燒瓦事故，從而保證機組安全穩(wěn)定運行。

2.3 ETS系統(tǒng)保護優(yōu)化

上海汽輪機廠西屋技術 300MW/600MW 機組，綜合安全裝置（即機頭試驗塊）以及潤滑油泵危急油泵試驗臺，做在線試驗時，可能會造成跳機現(xiàn)象。以潤滑油壓試驗塊為例說明情況

上圖是實驗塊內部流程圖，機組運行時，為了檢查實驗模塊的功能，在線試驗，打開電磁閥 20-1/LBOT，左側管路中的潤滑油卸掉，油壓降低，壓力開關63-1/LBO、63-3/LBO 動作，系統(tǒng)收到信號，這是正常的實驗過程。

試驗塊左右進油管道都有節(jié)流孔，油路是相互串通的，在節(jié)流孔完好的情況下進行試驗，是不存在任何問題的。當節(jié)流孔損壞失去節(jié)流作用或節(jié)流效果不好時進行試驗，就存在從而造成實驗時跳機的隱患。

在線試驗就會出現(xiàn)以下情況。當電磁閥 20-1/LBOT 動作后，左側管路中的潤滑油經(jīng)過節(jié)流孔通過右側卸掉。同理當電磁閥 20-2/LBOT 動作后，右側管道中的潤滑油經(jīng)過節(jié)流孔也通過左側的管道卸掉。以上任何一種情況發(fā)生都會造成壓力開關63-1/LBO、63-3/LBO、63-2/LBO、63-4/LBO 都動作，從而引起保護誤動跳機。

因為節(jié)流孔在試驗模塊內部是一個純機械裝置，機組運行時無法對其安全可靠性進行監(jiān)測。而機組主保護中EH油壓低、真空低、潤滑油壓低（兩套試驗塊）、共有四套實驗模塊。若今后分公司兩臺機組按照電網(wǎng)安全評估要求，在機組運行時定期進行在線實驗就存在很大的安全隱患。

改造方案：

將實驗模塊左、右管道完全隔離開來，可以解決以上問題，消除隱患。

改進后潤滑油壓力試驗塊

這是改進后的實驗模塊的內部流程圖紙，左右兩個進油口分布單獨與母管相連接。母管壓力穩(wěn)定、流量大的特點，使得在線實驗時，左右兩個通道能夠保持相互獨立而不會相互影響。提高了在線試驗的可靠性，也保證機組運行的可靠性。

這樣的改動適用于潤滑油壓力試驗塊，也適用于EH油、真空實驗快。

2.4 330MW機組振動保護邏輯改進

該廠1、2號機組汽輪機軸承振動保護邏輯采用任一瓦X或Y向振動達到高高值（254μm）時機組跳閘，該保護邏輯存在著一定的偶然性和危險性，如某單個振動通道因為工況參數(shù)改變（升、降、甩負荷）等原因，或有不明信號對系統(tǒng)產生干擾，暫時導致測量值升至危險值后觸發(fā)跳閘保護動作。參照集團公司下發(fā)《新建火電機組熱控系統(tǒng)可靠性管理導則》中的建議對1、2號機組汽輪機軸振單點保護進行優(yōu)化。

優(yōu)化方案：

1）取消原有的TSI控制柜振動高高值繼電器輸出至ETS控制柜的接線。

2）相臨任意軸承報警值和本軸承保護動作值進行“與”邏輯判斷。

3）本軸承X（Y）向報警值和本軸承X（Y）向保護動作值進行“與”邏輯判斷。

4）以上兩個條件任意滿足一條，軸承振動保護動作。

5）保護出口通過DEH系統(tǒng)的三組繼電器常開接點并聯(lián)輸出至ETS保護柜內原有的軸振保護接線端子。

6）為了保護可靠的動作，軸振報警值在邏輯中下調至100μm。

7）軸振模擬量進行品質判斷，當任意軸振信號為壞點即做報警值處理。

2.5 TSI軸振系統(tǒng)優(yōu)化

該公司1、2號機組汽輪機本體軸承振動監(jiān)測，1瓦至6瓦，共計有24套軸承振動監(jiān)測設備。采用德國EPRO公司生產，型號PR6423/10R-030+CON021的電渦流探頭分別裝于1號、2號、3號4號、5號、6號軸承油檔上。每個軸承油檔上安裝兩只互成90°，垂直于軸承，探頭與水平 方向的夾角為45°，分別測量X、Y方向上的汽輪機機軸承振動。

上汽廠引進西屋技術300MW/600MW機組，#1軸承的軸振探頭安裝在軸承座的油擋上。由于靠近高壓缸端部汽封，受到熱輻射和端部汽封漏汽的影響，探頭容易受到干擾甚至損壞，造成振動測量不準或無法測量，影響機組安全穩(wěn)定運行。

該公司2012年12月，2號機組1Y振動監(jiān)測探頭發(fā)生測量值跳變，與EPRO公司技術服務人員和上汽廠技術服務人員現(xiàn)場及實地測試，是由于此處高溫（點溫槍測135度）造成探頭損壞。

改造方案：

將探頭位置移到軸承座內部，安裝在前箱內#1軸承的油擋上，遠離高壓缸端部汽封高溫的影響，保證振動測量的可靠和準確。

安裝位置見下圖：

2.6 DCS、DEH熱控電源系統(tǒng)

該電廠1、2號機組ETS系統(tǒng)DEH失電保護采集信號為DEH電源柜后電源切換裝置，此電源切換裝置為二個接觸器通過監(jiān)視繼電器實現(xiàn)切換功能，二個接觸器電源分別取自UPS電源和保安段電源。通過試驗發(fā)現(xiàn)在實際發(fā)生DEH電源切換過程中，由于接觸器的切換時間不合格導致ETS柜內DEH失電保護觸發(fā)。

優(yōu)化方案：將原有監(jiān)視DEH失電保護的二路信號與DEH控制器自帶的電源監(jiān)視測點做與邏輯判斷，判斷后的信號由DEH輸出至ETS控制系統(tǒng)內，此信號為DEH失電保護，確保此時的系統(tǒng)能夠正常的工作運轉，消除其安全隱患。

2.7系統(tǒng)維護現(xiàn)狀

該電廠控熱系統(tǒng)如今經(jīng)過了一系列的排查及后期的優(yōu)化之后，機組熱工保護動作的正確性得到進一步提高，避免了機組誤動、據(jù)動風險，DCS集散控制系統(tǒng)的可靠性大幅提高，而各裝置之間的磨合程度也都提到了提高，原來存在的機電組誤動、拒動等問題都已經(jīng)解決。該系統(tǒng)實現(xiàn)了對機組的最大保護，出現(xiàn)的危險信號能夠及時的發(fā)送給員工，給員工足夠的時間進行檢修和停止，在機器不正常運轉的情況下，首先能夠有一定的自主判斷意識，確保機器是否繼續(xù)運轉或聯(lián)動。自動化水平和系統(tǒng)整體的安全可靠性都得到了很大的改善。

三、結論

熱力保護系統(tǒng)在電機組中占據(jù)著極其重要的地位，熱力系統(tǒng)的完善使得火電廠的安全性得到了很大的提高，而各工廠應該認真對照新版“二十五項反措”、“安全性評價”等進行全面的排查檢修，對不符合國家標準的項目一律停止，對超過使用年限的設備及時地更換更新，對各個裝置包括DCS系統(tǒng)等繼續(xù)進行優(yōu)化，保證各裝置的順利運行，保證機組的安全運行，從而保證電力這一能源的穩(wěn)定供應。

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發(fā)電、配電相比較差，這些問題的存在導致了電力設備的利用率低、輸電能力差等。為了最大限度的解決這些問題，就需要加強對交流電技術的應用。而近年來我國的交流電技術得到了全面的發(fā)展，并取得了明顯的進步，已經(jīng)處于世界先進水平。就目前來說交流電技術主要有固定串補技術和可控串補技術等。交流電技術的靈活使用可以提高電力設備的工作效率，推動我國智能電網(wǎng)建設的進一步發(fā)展。

3.4高壓直流輸電技術的使用

智能電網(wǎng)建設需要高壓直流輸電技術的支持，這主要是因為它具有容量大、自動化迅速、智能水平高等特點。高壓直流輸電技術不僅僅可以用用于輸電系統(tǒng)，同時也有利于配電系統(tǒng)的形成。對于我國來說，高壓直流輸電技術的研究已經(jīng)相當深入，同時也取得了巨大的進步，為我國的智能電網(wǎng)建設做出了巨大的貢獻。

3.5數(shù)字化變電站技術的應用

我國對于數(shù)字化變電站技術的研究起步較晚，但是它對智能電網(wǎng)的建設具有十分重要的作用。智能電網(wǎng)的建設是以電網(wǎng)的數(shù)字化為基礎，然后以電網(wǎng)數(shù)字為依據(jù)，最終可以實現(xiàn)故障自行排除的一個智能化電網(wǎng)系統(tǒng)。一般來說數(shù)字變化站存在三個主要的特點，數(shù)字式互感器、智能高壓電器和智能化的運行管理系統(tǒng)。這些優(yōu)勢的存在使得智能電網(wǎng)系統(tǒng)的建設成為可能。

4結束語

由于智能電網(wǎng)沒有一個確定的概念，需要依靠實際情況給予新的含義。我國的智能電網(wǎng)建設應該在吸收國外經(jīng)驗的條件下，結合本國的實際情況，堅持走中國特色的技術線路。本文為此闡述了我國智能電網(wǎng)建設的關鍵技術，其中包含了未來建設智能電網(wǎng)在其數(shù)字信息化、廣域測量技術、靈活交流輸電技術、高壓直流輸電技術以及數(shù)字化變電站等。希望為建設符合中國國情的智能電網(wǎng)建設提供合理化建議。

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