火力發電廠熱控電源系統故障分析與治理措施

莊義飛

（中國大唐集團科學技術研究院有限公司華東分公司，合肥 230088）

火力發電廠熱控電源系統故障分析與治理措施

莊義飛

（中國大唐集團科學技術研究院有限公司華東分公司，合肥 230088）

火力發電機組熱控系統由于電源故障引發的機組故障甚至機組非停案例，在熱控專業因素中占比較高。對熱控電源系統發生的常見故障進行分析，總結造成熱控電源系統故障的主要因素，有針對性地提出治理措施，從技術處理和專業管理等方面強化熱控電源系統設計與維護工作的規范性。

熱控電源；故障分析；治理措施

熱控電源系統作為熱控系統的一個重要部分，其設計是否合理、能否穩定運行將直接影響控制系統乃至發電機組的安全性和可靠性。《防止電力生產事故的二十五項重點要求》等規程對于熱控系統電源的配置、功能、性能都有明確要求，各發電企業和DCS廠家對配電部分也都十分重視，除選擇可靠的電源部件外，在設計上也不斷追求完善。

1 熱控電源系統范圍

熱控電源系統主要包含DCS（分散控制系統）電源、熱控交流動力電源和熱控儀表電源系統以及控制裝置及設備電源系統，其分類及配置要求如表1所示。

1.1 DCS電源系統

DCS系統主要包括控制站、I/O站、通信網絡設備、操作員站、工程師站等設備。DCS系統電源采用冗余配置原則，2路獨立電源，優先考慮用UPS（不間斷電源）供電，如果采用一路UPS和一路保安段電源供電時，工作電源優先選用UPS電源。操作員站、工程師站、服務器以及網絡通信等設備的工作電源，應該分別單獨通過切換裝置接入，或將設備的電源合理分配在2路電源上。

1.2 熱控電源柜系統

熱控交流動力電源和熱控儀表電源系統主要涉及380VAC電動閥門配電柜、220VAC電磁閥配電柜以及其他熱控儀表電源柜。該系統應有2路不同段輸入電源：交流動力電源應該分別引自廠用低壓母線不同段，其中一路宜引自廠用事故保安電源；熱控儀表電源系統應由2路電源冗余供電，且保證能夠自動切換。

1.3 控制裝置及設備電源系統

控制裝置及設備電源系統中MFT（鍋爐主燃料跳閘系統）、ETS（汽輪機危機遮斷系統）等系統的執行繼電器采用外部電源冗余供電時，2路電源可自動切換且不會對系統產生干擾，確保電源的可靠性。ETS、火檢裝置、TSI（汽輪機安全監視系統）、循環水泵控制站及I/O站等系統應該配置雙路電源并通過電源模件冗余供電。DEH（汽輪機數字電液控制系統）或為使DEH系統正常工作而另外配備的儀表等所需的單相交流電源、直流電源應該由DEH系統提供。給煤機控制柜、等離子系統的電源配置要求是2路冗余電源能夠實現無擾切換且對系統不會產生干擾。

表1 熱控電源系統分類及配置要求

2 熱控電源系統常見故障原因

隨著熱控行業技術的成熟，熱控電源相關系統的設計水平也不斷提升，但熱控電源系統的設計、工程施工、產品選型以及后期設備維護等方面仍存在一些細節部分被忽視，這些細節往往都是導致故障的關鍵因素。

2.1 規程理解差異

在施工過程中，由于對設計圖紙或者相關規程的理解存在差異，給熱控電源系統留下了隱患。某發電廠火檢裝置系統的電源配置如圖1所示。

圖1 某發電廠火檢電源配置情況

圖1中火檢裝置系統由2路電源供電，經2只直流電源模塊轉換高選后作為系統的工作電源。從設計上分析，該火檢控制系統提供了2路電源，并且具有電源切換裝置，但是此供電方式曾因UPS電源電壓波動，造成火檢裝置失電，導致“全爐膛無火”跳閘信號觸發MFT。

事故分析發現切換裝置的輸出存在優選問題，正常情況下由于UPS電源品質和穩定性較好，切換后優選UPS電源，2路火檢電源實質上都是UPS電源。因此當UPS電源出現故障，切換至保安電源供電過程中，造成2路火檢裝置電源同時失電，引發機組跳閘。

《火力發電廠熱工自動化系統可靠性評估技術導則》中對火檢系統要求是“獨立配置的重要控制子系統，應配置雙路電源冗余供電”。從圖紙上分析，滿足了2路冗余電源的要求，《火力發電廠熱工電源及汽源系統設計技術規程》冗余供電有明確規定：“鍋爐火焰檢測裝置、汽輪機監視儀表等重要檢測裝置的供電，應各有2路電源，一路引自交流不間斷電源，另一路可引自交流保安段電源或第二套交流不間斷電源”。目前各電廠控制系統供電基本實現了2路冗余，但進線電源不清，經過切換裝置后的主供電電源設定混亂，存在保安段電源作為常用電源或者雙路電源同源等現象。保安段電壓波動大，易引發DCS系統故障，而雙路電源同源則會導致故障切換時雙路失電。因此要對輸入的供電電源以及輸出電源進行核查時，不僅要注重電源回路的實現形式，還要提高進線電源選取的合理性。

2.2 施工遺留問題

熱控電源系統施工質量將決定控制系統的可靠性，影響整個機組運行的安全性能。《火力發電廠熱工自動化系統可靠性評估技術導則》要求“所有的熱控電源（包括機柜內檢修電源）應專用，不得用于其他用途。嚴禁非控制系統用電設備與控制系統的電源相連接”。

系統電源外用引發系統故障的案例較多，某發電廠機組在低負荷時AMEH/METS一體機柜失電，對應給水泵跳閘，給水流量低導致MFT。事故排查發現MEH/METS一體機柜中，220VAC電源負載帶有4個遮斷電磁閥、1個試驗電磁閥以及4個疏水電磁閥。電磁閥帶電狀態下若發生短路、接地等問題，極易造成電流超限導致機柜電源空氣開關斷開，本次機組跳閘就是因為疏水電磁閥短路，電流的幅值過大、持續時間長，造成一路電源斷開后，切換至另一路電源，空氣開關也斷開，機柜失電。

事故本身反映出基建施工過程中，不注重細節，將熱控電源用于其他用途，從而引發機組非停事故。

2.3 管理維護不到位

熱控電源管理方面要求：電源系統配置圖、各電源開關、熔斷器等額定電流清冊齊全、數據正確；控制系統以及交直流配電柜電源的切換試驗要按時進行，且保證試驗記錄齊全；熱控系統配備的小UPS裝置蓄電池應該定期進行充放電試驗，檢修期間要進行UPS電源切換試驗；按一定周期對電源各項質量指標進行檢測。確保上下級熔絲（開關）額定電流比的合理性；在后期改造過程中，對于新增設備容量、型號等選取要正確合理，保證原供電系統各級空開容量不超限。

目前，電源管理存在的問題主要包括：

（1）電源系統圖紙清冊不全，熱控電源的來源混亂。電氣輸出至熱控輸入之間線路專業歸屬不明確，雙方在檢修維護期間缺少整體層面的交流。

（2）設備新增、改造等可研工作程度不夠。例如新增電動執行器等是熱控的常規改造項目，但缺乏可行性研究，隨意擴展交流動力柜的負載電源，對上級空開等裝置的容量要求未核算，或者選取的熔斷保護裝置與設備額定電流不匹配，容易發生超額、越級跳閘故障。

（3）熱控電源設備的定期維護、試驗工作不到位，降低了設備運行的可靠性。相關規程規定熱控專業自配UPS裝置蓄電池要進行定期充放電試驗，但不少發電廠工作不到位，導致現場蓄電池漏酸腐蝕的現象嚴重，不但失去了UPS的續航作用，而且蓄電池自身漏酸也是重大的安全隱患。

2.4 設備自身問題

熱控電源系統中大部分設備都需要隨機組長周期運行，即使在機組停運檢修期間，相關設備也難以有機會進行隔離檢修。另外，熱控電源系統幾乎囊括各低壓等級的電源設備，設備種類、品牌型號、電壓等級繁雜，常見故障難以預判。

電源切換裝置是實現控制系統冗余供電、電源故障時快速切換的重要設備。切換裝置的切換時間、切換閾值等參數影響著控制系統的安全可靠性。需要通過電源切換裝置的相關性能檢測試驗，獲取設備自身的工作參數，及時掌握裝置的可靠程度。

圖2是某發電廠電源切換裝置的切換時間試驗結果，其切換過程超過了4 s，失去了配置切換裝置的意義，導致設備的運行可靠性降低。

圖2 某發電廠電源切換時間試驗結果截圖

為降低設備自身故障帶來的風險，在設備選型方面選擇設備可靠性高、技術支持到位的設備產品。同一電壓等級的電源模件盡量統一品牌型號，簡化備品備件工作，同時有利于熱控專業人員熟悉設備特性、掌握設備故障分析和檢修技能。

3 熱控電源系統治理措施

3.1 完善基礎管理工作

熱控電源系統隱患主要存在于設計、管理以及設備選型等方面，要做好基礎管理工作，做好臺賬管理和定期檢驗工作。

3.2 電源系統隱患排查

熱控電源系統的隱患排查主要有兩種方式，一是做好電源系統的各項定期試驗工作，利用試驗機會檢驗設備性能。二是制定合理計劃，對現有的電源系統從供電電源、傳輸途徑、切換方式、設備特性以及電源輸出等方面進行整體配置梳理，從熱控電源的可靠性和供電方式的合理性等方面進行改進，并實現電源系統各節點的故障報警。

3.3 優化熱控電源系統的配置

在設計符合規程要求的基礎上，尋求電源系統最優配置。例如，原給煤機系統中，控制電源取自工作段電源，給煤機發生變頻器低電壓穿越時，造成給煤機繼電器啟動回路和主控板供電中斷而導致給煤機跳閘。部分發電廠對給煤機控制部分進行了低電壓穿越（抗電壓擾動）改造，選用自帶UPS或者主機UPS來提供備用控制電源，但是此種供電方式仍存在單路供電問題。針對該問題，部分發電廠進行了優化改造，分別從主機UPS和保安段取2路電源經電源切換裝置后作為給煤機控制電源，實現了無擾切換，避免因低電壓擾動造成的給煤機跳閘。

為了提高熱控電源系統配置的可靠性，需要加強專業之間的交流，分析供路電源的合理性，探索電源系統的優化策略。

4 結語

熱控電源系統的安全隱患存在于設計、施工、管理、維護以及設備選型等各個方面，對于電源系統的可靠性提升需要從如下幾個方面開展工作：

（1）做好臺賬管理、圖紙和定值核對、定期試驗等基礎管理工作。

（2）對現有的電源系統應該從供電電源、傳輸途徑、切換方式、設備特性以及電源輸出等進行整體配置梳理。

（3）編制和完善電源故障的應急處理預案，制定失電恢復的操作步驟和安全措施，防止電源失去時因指揮和操作慌亂造成故障擴大。

（4）優化熱控電源系統的配置方案，提升其可靠性。

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（本文編輯：張 彩）

表17 優化調整后機組最佳運行背壓 kPa

表18 優化調整后機組最佳運行背壓 kPa

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收稿日期：2016-09-08

作者簡介：閆 旭（1982），男，工程師，主要從事火電廠集控運行相關工作。

（本文編輯：陸 瑩）

Faults Analysis and Treatment Measures of Thermal Control Power Supply System in the Thermal Power Plant

ZHUANG Yifei
（East China Branch of China Datang Corporation Science and Technology Research Institute，Hefei 230088，China）

It takes a greater part in thermal control profession that unit faults and unscheduled shutdown cases due to power supply faults in thermal control system of thermal power units.The paper analyzes commons faults of thermal control power supply system and summarizes the fault causes.In addition，the paper proposes treatment measures to strengthen thermal control power supply system design and maintenance standardization in terms of technical treatment and professional management.

thermal control power supply system；fault analysis；treatment measure

TK38

B

1007-1881（2017）02-0065-04

2016-09-22

莊義飛（1987），男，工程師，從事火電機組熱控專業技術工作。