火電機組熱工保護誤動及拒動案例分析

胡軼群

(神華國華廣投(柳州)發電有限責任公司， 廣西鹿寨 545600)

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火電機組熱工保護誤動及拒動案例分析

胡軼群

(神華國華廣投(柳州)發電有限責任公司， 廣西鹿寨 545600)

摘要：對熱工保護誤動及拒動的幾起案例進行了分析，提出了防止措施或對策；并從熱工保護系統的硬件和軟件方面總結了應用經驗。實踐表明：這些措施提高了保護信號的可靠性和穩定性，保障了機組穩定運行。

關鍵詞：火電機組； 熱工保護； 預防措施

熱工保護是火電廠熱工自動化的重要組成部分，是保證電廠設備及人身安全的重中之重。目前熱工保護系統基本由DCS及PLC實現。雖然熱工控制系統的可靠性較之以前有了極大的提高，但是熱工保護誤動及拒動仍時有發生：或者因為防范措施不夠完善，或者因為人員的操作失誤等[1]。對于如何防范熱工保護誤動及拒動的發生，提高熱工保護系統的可靠性，筆者做了介紹，并對幾起案例進行分析。

1熱工保護誤動及拒動

熱工保護系統出現的問題主要表現為：在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[2]。由此可見，保護拒動的危害比保護誤動更加嚴重，因此熱工保護系統的基本配置原則為“杜絕拒動，防止誤動”。

保護系統在設計階段，應考慮測量元件在廠房現場使用的環境條件，對測量原件及測量通道的冗余配置可以有效提高保護信號的可靠性；同時根據信號功能的重要性，采用不同的信號通道配置策略是防止熱工保護誤動及拒動的有效措施。

2案例分析

2.1 增壓風機失速保護誤動

2.1.1 事件經過

2012年2月6日，某電廠1號機組增壓風機失速保護動作跳閘，1號鍋爐送、引風機和一次風機跳閘，鍋爐MFT。

2.1.2 原因分析

增壓風機失速保護設計為單點保護，可靠性較差；另外保護信號壓力取樣管設計不合理，沒有設計壓力取樣管的吹掃回路，取樣管積灰導致兩側壓力不平衡，造成1號增壓風機失速保護誤動跳閘。煙氣中的水蒸氣不斷在取樣管中凝結，形成水珠，此時壓力測點處壓力開關測得的壓力高于風機喉部實際壓力。當壓力開關測得值將大于開關定值時，壓力開關動作，保護信號誤發，這就是造成保護誤動的可能原因之一。煙氣取樣口細小，極易被堵塞，更加劇了保護誤動的可能性。

2.1.3 改進措施

對兩臺機組增壓風機失速保護邏輯改為三取二，以增加可靠性；另外增加取樣管吹掃回路，對失速測量裝置進行定期清掃與維護。

2.2 處理ETS的PLC故障時保護信號誤發

2.2.1 事件經過

某電廠4號機組ETS硬件配置兩套冗余的PLC并列運行。兩套PLC中任意一套發出“系統停役”信號都會停機，只有當兩套PLC同時發出AST電磁閥動作信號時，才能導致AST電磁閥動作引起停機。2008年5月熱控維護人員發現：4號機組ETS系統“從”PLC框架狀態在非工作位，“從”PLC的“RUN”(工作模式)指示燈不亮，PLC處于“REM”模式(遠程模式)。經過專業討論后，決定將PLC由“REM”模式切換至“RUN”模式后進行觀察，如果PLC無法恢復正常，就需要進行下裝程序，并認為切換過程不會造成DI、DO信號跳變。

為確保4號機組ETS異常處理成功，維護人員在其他停運的機組進行故障復現和處理試驗，但由于機組停運，汽輪機一直未在掛閘狀態，無法見證導致4號機組跳機的停役信號的變化。試驗結束后，執行相關風險預控措施，4號機組負荷降至330 MW，運行許可開工。在運行人員的監護下，熱控維護人員開始按照處理步驟將PLC的模式切換開關由“REM”位置切至“RUN”位置，隨即鍋爐滅火(首出汽輪機跳閘)，汽輪機跳閘(首出鍋爐MFT)。

2.2.2 原因分析

在4號機組ETS系統“主”PLC、“從”PLC按照處理步驟進行模擬試驗，發現PLC由“REM”模式切至“RUN”模式后，PLC程序初始化掃描，系統停役1、系統停役2(至鍋爐MFT動作)短暫狀態由“0”變“1”。汽輪機AST電磁閥動作邏輯見圖1。

由圖1可以看出：當一個PLC故障時不會引起跳機，因為電磁閥不會失去勵磁；但是在鍋爐FSSS中的鍋爐跳閘邏輯會引起MFT動作，見圖2。

由圖2可以看出：在發電機并網并且主汽流量>8%的情況下，汽輪機跳閘引起的鍋爐MFT有四個條件：ETS系統PLC1跳閘(即PLC1發出跳閘指令)、ETS系統PLC2跳閘、主汽門全關1、主汽門全關2。這四個條件是“或”的關系，即只要有一個條件觸發則會發生鍋爐MFT。這次機組跳閘事件就是因為“從”PLC的跳閘指令送到鍋爐MFT邏輯，引起鍋爐MFT，從而汽輪機跳閘。“從”PLC的跳閘指令送出的原因是：由“REM”狀態切至“RUN”狀態過程中，程序初始化掃描，數據庫中的DO點瞬時發生翻轉。此次事件也說明進行故障處理的相關人員對PLC的工作特性不夠了解，對保護信號的去向不十分清楚，導致對處理過程可能存在的風險認識不足，安全技術措施存在漏洞。

2.2.3 改進措施

(1) 加強熱工維護人員的技術培訓工作，全面提高維護人員對設備的了解程度及技能水平。

(2) 重要設備異常處理時，必須對所有相關設備原理及系統結構、特性等進行認真研究，對處理過程存在風險進行全面辨識。

(3) 設備異常處理不要抱有僥幸心理，如在停運機組所做的試驗與運行機組的設備狀態存在差異，不能夠完全反映實際情況，不能以此說明處理步驟的正確性。

2.3 ETS觸摸屏電源異常造成汽輪機主保護誤動

2.3.1 事件經過

2013年11月某電廠3號機組ETS保護誤動，機組跳閘。該機組ETS采用AB公司1746系列PLC控制，配置了AB公司專用觸摸式監視屏。觸摸屏電源保險容量為5 A，PLC系統及觸摸屏電源為2個24 VDC電源通過二極管并聯供電，ETS跳閘電磁閥電源為110 VAC單獨供電。經檢查，ETS觸摸屏故障，觸摸屏供電保險熔斷(容量5 A)，輸入電源短路。

2.3.2 原因分析

事件發生后，對ETS保護系統保護進一步檢查測試，對3號機ETS系統進行電源測試，目的在于測試ETS系統供電特性及復現誤動作工況。測試結果表明：觸摸屏供電回路保險燒壞時，ETS系統電源電壓瞬間被拉低至7 V,PLC系統卡件查詢電壓(24 VDC)過低，瞬間拉低所有并聯的DI模件掃描電壓和轉速模件供電電壓，導致保護誤動。機組正常運行時，潤滑油壓低、EH油壓低、凝汽器真空低等信號為“1”，當無掃描電壓時，該信號變為“0”。當查詢電壓低至7 V時，對應的通道信號回路存在被觸發可能，導致機組保護跳閘。

2.3.3 改進措施

(1) 對3號機組ETS機柜設備的電源回路進行核查，核對保險容量并更換新保險。

(2) 由于ETS觸摸屏僅作為顯示作用，并不用于操作，非必需存在部件，其電源與保護回路共用電源，存在較大故障隱患，故拆除3號機組ETS觸摸屏，提高保護回路電源的可靠性。

(3) 針對機組重要控制裝置電源配置開展專項核查，針對供電級別、電源回路、冗余配置、多余設備對保護系統影響進行核查，消除同類隱患。

2.4 磨煤機出口風粉混合物溫度高保護拒動

2.4.1 事件經過

2010年12月某電廠運行值班人員啟動2號機組A制粉系統(制粉系統為直吹式，磨煤機為中速磨)，A給煤機啟動4 min后，A磨煤機出口風粉混合物溫度(簡稱A磨出口溫度)突然升高，兩個出口溫度最高分別上升至300 ℃、128 ℃，已超過保護值，但此時磨煤機沒有跳閘。運行人員發現溫度異常后緊急停止A給煤機運行，開大A磨煤機入口冷風調門，A磨出口溫度逐漸降低，磨煤機跳閘，運行人員投入消防蒸汽進行吹掃。經過檢查確認，由于2號機組A磨煤機內部煤粉燃燒導致A磨出口溫度突然升高。A磨出口溫度高的保護定值為103 ℃，每臺磨煤機有兩個出口溫度測點，保護設計為二取二。在溫度升高的過程中，兩個溫度測點均超過保護定值，但A磨出口溫度高保護沒有動作，發生保護拒動。

2.4.2 原因分析

磨煤機出口風粉混合物溫度高保護邏輯為兩個磨煤機出口溫度測點選低值進行輸出，與保護定值103 ℃進行比較判斷，同時溫度測點具有壞質量判斷，當兩個測點全部為壞質量時將屏蔽保護信號輸出。溫度測點壞質量判斷的依據為溫度輸入信號低于-5 ℃、高于150 ℃或變化速率超過8 K/s。當磨煤機內部煤粉發生燃燒時，磨煤機出口溫度瞬間急劇升高，溫度變化速率超過8 K/s，保護邏輯判斷為兩測點均為壞質量，保護動作條件不足，因此，保護沒能正常動作。發生保護拒動主要是因為對極端工況的考慮不足，對磨煤機出口溫度變化速率的判斷條件過于嚴格，造成對溫度測點壞質量的誤判。

2.4.3 改進措施

將磨煤機出口溫度壞質量判斷條件進行完善，將溫度輸入信號的變化速率的限值改為40 K/s，即溫度變化速率超過40 K/s才認為測量信號故障。

3結語

熱工保護誤動及拒動的原因多種多樣，僅通過幾個案例難以全面反映保護誤動及拒動發生的各種情況。希望通過這幾起案例，提高對保護誤動及拒動的防范意識，預防和排除故障，避免故障的進一步擴大，提升發電設備的可靠性及安全性。

參考文獻：

[1] 張成立,侯耀,張海濱,等. 電站熱工保護信號防誤動策略及優化措施[J]. 中國儀器儀表,2013(2):43-45.

[2] 廖原,喬欣. DCS系統保護誤動、拒動原因淺析及對策[J]. 內蒙古石油化工,2013(3):59-61.

Analysis on Malfunction and Action-rejected Cases in Thermal Protection System of a Coal-fired Power Unit

Hu Yiqun

(Shenhua Guohua Guangtou (Liuzhou) Power Generation Co., Ltd., Luzhai 545600,Guangxi Province, China)

Abstract：An analysis was conducted on several malfunction and action-rejected cases in thermal protection system of a coal-fired power unit, to which preventative measures were proposed. Meanwhile, the experience of hardware and software application was summarized for the protection system. Application results show that above measures have helped to improve the reliability and stability of the protection system, thus securing stable operation of the unit.

Keywords：thermal power unit; thermal protection system; preventative measures

中圖分類號：TK323

文獻標志碼：A

文章編號：1671-086X(2016)02-0138-03

作者簡介：胡軼群(1983—)，男，工程師，從事火電廠熱控技術工作。E-mail: 144071@ghepc.com

收稿日期：2015-08-24