提高火力發電廠熱工保護可靠性方案與策略探討

鄭永全

摘要：火力發電廠在電力行業中有著久遠的歷史，筆者希望通過探討火力發電廠發電的熱工保護科學合理性，從邏輯設計、配置以及發電廠維護管理等方面入手，通過一些科學的舉措來滿足國內典型配置的熱工保護要求，對熱工單元模塊進行有效的保護，減少故障的發生，將我國熱工保護的可靠穩定性提上去。希望本文的研究和分析，可以為今后類似的相關工作提供參考。

關鍵詞：熱工保護；火力發電廠；熱工單元模塊

伴隨著火力發電廠中機組容量的日益增大，機組控制在智能化的方向上不斷邁進，如何確保熱工保護的安全性、可靠性已成為非常重要的議題，保護拒動和保護誤動的發生，會給企業帶來無法彌補的損失。本文從火力發電廠的現實角度出發研究了如何提高熱工保護的安全性，并對于改進方案和措施提出了建議。

1 熱工保護拒動誤動原因分析

1.1 控制系統本身造成的保護誤動

中央控制器、輔助設備、信號輸入輸出裝置、相關的一些必要的模塊和電源系統是控制系統主要構成元素。常見的故障包括CPU故障、指令或者信號傳輸過程中的某些問題（也被稱為信號中斷問題），電源控制系統故障等等。這些發生概率高的故障都是由誤操作造成的。發電廠機組當中的相關機器經常要面臨連環跳閘的情況，進而導致電廠中的高壓主蒸汽閥門出現意外，整個系統因此無法正常運轉。

1.2 外圍設備造成的保護誤動

外圍設備會影響到一些物理量的測量精確度，物理量包括溫度、爐內的壓力和鍋爐水的流量、液壓開關、鍋爐的閥門等。有些問題是器件自身的原因，其中尤為重要的原因是自然老化，如果設備安裝過程中存在操作不當的行為也會出現問題

電路誤啟動，有可能導致系統的主、輔設備出現故障。發電廠內1套200兆瓦機組，有可能會突然關閉，導致爐內壓力在10秒內升高1900帕，造成高壓鍋爐爐膛保護設施癱瘓，MFT動作使得整個系統關機。主機6W的溫度測量點出現意外，過溫保護信號傳到中央控制器，渦輪運轉保護功能，單元跳閘，由此導致1個發電廠發電機組無法運作。

1.3 邏輯設計及軟件造成的保護誤動

邏輯設計不科學有可能導致保護系統出現無法正常運轉的情況，設定值不正確，PID 參數會自動調整，可能相當大的誤差。如果發電廠有一臺300MW機組的風機，它的反饋和指令出現偏差，由于控制是由同一模塊驅動的2個風扇進行調整，當主模塊經過100秒的正常運轉后，輔助模塊又容易出現跳閘的現象，導致鍋爐無法順利運轉，爐內的溫度下降，從而導致整個系統難以運作。

2 熱工保護故障的應對策略

2.1 優化保護系統配置

（1）系統當中非常重要的一點就是輔助設備，整個系統當中存在相當多的子系統，每一個子系統最重要的結構就是測試點，當系統需要對故障進行檢測時可以檢測所有的子系統，可以通過檢測每個子系統的測試點使得辦事效率獲得巨大提高。檢查所有的子系統，不能有疏漏，這樣可以保障系統的正常運作。任何一個子系統都可以看作一個單元，如果出現故障則不用檢測整個系統，有此節約時間。所以需要對子系統的檢測點進行全方位的檢測研究。

（2）DCS是ETS蒸汽輪機運轉的主要保護系統的運行保障，有些系統依然是獨立控制的。不論修復工作是用什么樣的方式，我們都需要為系統作一個備份，這些都可以通過PLC可編程軟件里面的控制器來得到運作，這樣可以產生更加穩定的系統，可以有效的解決故障，不會因為故障受到太大的影響。

2.2 強化保護信號管理

（1）輸入或者輸出口的冗余點的連接應該是不盡相同的；通過線路進行安裝的雙向開關應該要有保護觸點，以防那些錯誤操作引起的抖動和斷線；同樣不要忘記防備那些非常重要的輔助裝置，在收到指令之后，進行接下來的操作時，MFT可以憑借斷路器的開關觸點獲取相應的信息。

（2）保護信號采樣裝置的使用方法類與量筒等帶刻度的設備類似，爐內壓力、潤滑油壓力、真空度、速度等重要參數開始實施冗余配置，需要使用其他相關的邏輯信號，加強信號的穩定性。

（3）在保護裝置、點火系統和防火層等重要電路中，火災探測信號是MF的主要標準，不論是強化維修火災探測信號還是防止火災檢查出現遺漏，都可以使得鍋爐保護電路失去作用的情況大大減少，避免鍋爐防火誤操作事故可以通過脫扣和粉化系統來避免。

2.3 優化邏輯設計

（1）全部重要的模擬信號輸入設計理應具有如下功能：限制數量，判斷變化率以及精確信號；三個選定邏輯中的一個或者兩個出現問題就代表著一個發射機出現故障，這時候系統會自動進行優化；當系統的手動關閉無法進行時，就會有自動的光聲報警等等。

（2）如果要使安全防護發生錯誤的概率降到最低，那么就需要相關的編程軟件作為設備當中的安全電路的后臺支持；設定值一定要科學合理，如鍋爐水位保護的固定值設定，根據鍋爐廠參考水平測量確定不同的計算和安裝過程數據。

2.4 加強維護管理

（1）要有專業人士對各個模塊進行看守，責任落實到位，同時相關人員要非常熟悉整個熱工系統的流程，不光是理解掌握圖像處理這方面，還要理解好對所有子系統是如何操作的。系統一旦出現故障，要高效準確的發現問題的根源，尤其需要留意工作人員在操作系統進行手動輸入的地方，減少這種因為人為失誤造成的系統崩潰，應注意定期在屏幕上檢查工作，做好隨時切換測試設備的準備，操作人員挨個檢查，主要檢查保護和待機輔助聯鎖（待機）輸入。

（2）如果手續沒有按照相關規范進行辦理，就要禁止進行相關保護的操作，并強制參加 DCS 中的信號點保護；如果熱保護裝置系統（包括檢測設備）發生事故，就需要總工程師快速下達如何處理工作指令，機組運行時低油壓保護裝置禁止出現在出口處；應在關機期間進行配置更改，并對于結果和相關系統進行模擬測試，確保設備符合設計標準，可以正常運轉。

（3）寄存器保留的之前的數據可以用來進行在線監測，檢查硬件設備的日常性能。DCS 設備具有恢復歷史記錄參數和實時監測的優良功能，如果要查詢檢測元件和夾持件，那么可以通過這些裝置來進行，并且實時觀察端子板和其他通道的操作特性，以此尋找硬件具有的問題，方便相關的工作人員進行維護和修理。

2.5 保護電源系統

熱工電源系統如果出現了問題，熱工設備的正常運行會受到嚴重影響，甚至引發保護的誤動，使得機組出現非計劃停運。熱工保護設備的電源供給通常為交流220V系統及直流24V系統。交流220V主電源使用UPS電源，備用電源使用廠用電電源。直流24V系統使用兩路直流電源并聯的方式運行，都具有很好的可靠性。接下來對如何將電源系統進行進一步改善提一些想法。

2.5.1 交流220V電源系統

控制系統中交流220V系統通常供給直流24V電源模塊、人機接口站、網絡路由器、機柜照明及風扇。兩路直流電源模塊由UPS電源和廠用電電源分別供給即可，無需切換。

短路或接地很容易由機柜照明及風扇引起，可以將其單獨剝離出來，敷設線路，從其他熱工電源柜單獨接取。網絡路由器、人機接口站需要兩路電源的切換輸出，為加強安全性，改進方案如下：兩路電源裝置各帶一半負荷同時工作，如果其中一路電源裝置被損害，另一路電源裝置自動帶全部負荷，這種供電方式比較科學，保護功能較強，科學合理的解決了電源切換這一難題。

2.5.2 直流24V電源系統

目前控制系統過程控制單元、I/O卡件一般采用24V直流電源。

2.5.3 電源系統公用線的處理

交流220V電源零線或直流24V電源com線一般作為公用線，在端子排跨接，一般做法只在端子排首個端子排接一根公用來線，這樣一旦中間任一端子松動會造成該點以下信號拒動。可以通過端子排首尾各接一根公用來線來改進。

3 結語

本文著眼于熱工保護，針對不同的著手點進行相對應的熱工保護措施，這樣就可以確實的提升熱工保護的安全性，將失誤或者由于其他原因導致的損失在最大程度上降到最低，盡可能地地防止保護誤動、拒動的情況，讓整個系統能夠平穩地運作下去。

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