火電廠熱工保護誤動及拒動解決措施與案例分析

鄭 磊

（國能錦界能源有限責任公司，陜西 神木 719319）

引言

在火電廠實際運行中，不同的主輔設備都有其正常的運行參數。在正常工況下，運行參數在允許的范圍內波動，一旦主輔設備的運行參數超出了正常范圍，熱工保護系統就會啟動，自動將相關設備的聯動起來，并采取相應的措施來保護設備，避免設備發生大的損壞或者釀成大的事故。近年來，隨著發電機組容量的增加，熱工自動化的程度也越來越高，尤其是DCS系統的廣泛應用，大大提高了火電機組運行的安全性和可靠性。但在機組容量增加的同時，參與熱工保護的參數也越來越多，保護系統可能會由于自身的故障出現誤動或拒動的情況。誤動是機組主輔設備的運行參數正常，但由于熱工保護系統自身故障而引起動作，導致主輔設備停止運行。而拒動是當機組主輔設備的運行參數不正常，出現故障時，熱工保護系統卻沒有保護動作。在實際運行中，熱工保護系統的拒動危害要遠高于誤動危害，因為主輔設備已發生故障，保護系統還沒有工作，就會引發更大的故障。因此，提高熱工保護系統的穩定性，減少誤動，杜絕拒動，對于火電機組運行的主輔設備保護具有重要的意義。

1 火電熱工保護誤動及拒動的主要原因

1.1 DCS系統故障

DCS系統因其強大的功能在火電機組中的應用越來越廣泛。但是作為一種構成復雜的控制系統，DCS系統的硬件以及軟件會出現一些故障，比如輸出模塊、網絡通訊以及控制故障等，這些故障都有可能導致熱工保護系統出現誤動。最常見的是端子保險絲熔斷，系統就檢測不到設備的真實運行狀況，就容易引發誤動、拒動[1]。

1.2 線路連接不牢或老化

在火電機組運行中，由于其運行環境比較惡劣，高溫、粉塵以及空氣潮濕等都會導致線路的連接出現接觸不良、松動以及腐蝕的情況。還有就是線路在長期運行過程中，由于維護更新不及時，會出現老化現象，絕緣受到破壞，接線端子松動或進水等情況，這些現象會引起線路短路或斷路，導致熱工保護誤動、拒動。比如，在汽輪機保護系統中，有的信號傳輸電纜需要經過機頭的高溫區，運行時間一長，就容易導致線路的絕緣老化出現短路，導致保護誤動。

1.3 設備電源故障

DCS系統在熱工保護系統中的應用，不僅提高了系統的穩定性，同時也會因為設備的電源故障引起熱工保護誤動。電源設備故障主要是電源的插件接觸不良，零部件運行時間長而發生老化導致的。在實際運行中，有電廠曾經因為熱工保護系統中DEH系統的電源故障導致機組停機[2]。

1.4 人為因素

由于人為因素導致的熱工保護誤動、拒動的實例也比較多。主要是由于熱工操作人員沒有嚴格按照操作流程進行維護檢修導致的，比如，看錯端子接排線、安裝操作不當等。如某電廠機組在運行中，由于A引風機軸承溫度過高，強制保護已啟動。熱工人員在檢查A引風機時，看錯端子，對正在運行中的B引風機軸承溫度計進行了誤操作，導致B引風機的軸承溫度過高而出現保護誤動。還有就是因為人員檢修不到位導致的熱工保護誤動。某電廠發生過高壓調節閥行程開關壓桿螺栓松動脫落導致的保護誤動。經檢查發現，壓桿螺栓在安裝過程中，并未采取相應的防松動操作，未加彈簧墊圈，導致螺栓在長期振動下出現松動脫落。另外，控制系統在設計、安裝過程中，也會由于設計上的缺陷以及安裝不當等引發機組的熱工保護誤動，雖然這類原因引起的保護誤動、拒動比較少，但在實際運行中也存在。

2 防止熱工保護誤動、拒動的措施

2.1 加強對系統的維護

加強對系統的維護，可以及時發現、排除系統的安全隱患，讓系統的安全可靠性更高。首先，要加強對系統軟件的維護。為了保證系統的安全性，要設置不同的安全級別，不同的用戶級別只能在自己的權限內負責相應的窗口。在系統正常運行時，不得隨意修改或增刪保護邏輯，如果因為生產安全需要進行了保護邏輯修改，要做好修改部分的備份工作，為后續的檢修維護提供數據。其次，加強對保護系統的電源管理。對于接線端子要經常檢查，查看是否有松動；要經常對電源設備進行除塵處理；查看冗余電源的輸出電壓是否穩定、電源的指示燈是否正常等，查看兩路冗余電源的切換是否正常，切換的時間間隔是不是在正常的范圍內等。最后，定期檢查接地。在實際運行中，接地會受到信號的干擾，因此要嚴格地執行接地要求，信號線的布設要遠離干擾源，布設的電纜規格要符合實際運行要求，接線盒要密封防潮，防腐蝕。類型不同的信號傳輸需要用不同的電纜，而且信號電纜的鋪設要按照不同的信號種類分開，避免使用同一電纜既作為動力線，又作為信號線[3]。

2.2 加強對熱工保護設備的檢修

熱工保護的投入及退出流程必須嚴格按照運行規定執行。要確保運行機組都有熱工保護，且熱工保護不得隨意解除。在機組投入啟動前，要確保熱工保護運行穩定。此外，要對熱工保護回路進行定期檢查，尤其是重點排查熱工保護設備，查看其運行狀況，發現隱患、缺陷后要及時處理，確保熱工保護設備穩定運行。加強對高溫環境下運行線路的排查，在進行定期檢修過程中，要檢測電纜的絕緣情況，將檢測到的絕緣電阻與上次的檢測情況相比，如果電阻出現較大變化，說明電纜的絕緣受到破壞，要及時更換。同時校驗開關和定期清理保護設備，要經常對負壓開關的取樣管進行吹灰，防止粉塵堵塞取樣管。

2.3 采取冗余設計

過程控制站的電源和控制器基本都實現了冗余設計，一些重要的熱工信號也應該進行冗余設計。采用多回路冗余設置，即便其中的一條回路出現故障不能運行，其余的回路依然可以保證保護功能不受影響。比如，在實際運行中，汽輪機的轉速隨負荷變化而動態的進行變化。對于汽輪機的超速保護，可以設置2～3個測速卡，每個測速卡都可以獨立的啟動跳閘回路，它們是并聯的關系，一旦檢測到汽輪機的轉速超出正常的運行范圍，就開始進行保護。跳閘回路是由電磁閥和泄油回路組成，任意一個電磁閥動作就會泄掉油壓，而且其中一個電磁閥發生故障也不會引起誤動、拒動。

2.4 利用多途徑實現對主要設備的停運

在實際運行中，保護控制信號停運某臺設備基本是一條途徑，這樣的話，是單一的回路控制，如果回路發生故障，就可能會出現設備無法停運的故障。因此，要確保控制信號能夠從更多的途徑來實現對某設備的停運。通常情況下，可以設置三條回路：一是，保護控制信號直接通過跳閘繼電器來控制停運設備；二是，保護控制信號在啟動跳閘繼電器的同時，把設備停運的信號傳送到設備控制器中，讓設備控制器來實現對控制設備的停運；三是，控制信號啟動跳閘繼電器，繼電器動作后將跳閘的信號傳給設備控制器，設備控制器再對相應的設備進行停運。通過多種不同方式來實現對設備的停運，避免了單一回路發生故障引起的保護拒動[4]。

3 電廠熱工保護誤動及拒動案例分析

3.1 ETS觸摸屏故障導致保護誤動

某火電廠2號機組ETS電源故障導致保護誤動，機組跳閘。該電廠的ETS觸摸屏的電源保險容量低，機組運行中，發生觸摸屏供電保險熔斷導致的輸入電源短路，保護誤動。當誤動發生后，機組進一步檢查了ETS保護系統，同時對該系統進行了相應的電源測試。結合測試結果發現，觸摸屏的供電回路保險由于負荷過大而燒壞，ETS系統的電源電壓就降低了，而且電壓降低的過程很快，在這個故障的影響下，PLC系統卡件查詢電壓會低于正常值，而一旦低于正常的電壓值，就有可能觸發與之相對應的通道信號回路，導致誤動發生。解決措施：首先，對2號機組與ETS相關的電源回路進行檢查，尤其是保險的容量要滿足實際運行要求，并定期地更換保險，防止長期運行導致保險燒毀情況。不得更換容量過大或過小的保險，容量過大起不到保險的作用，過小容易被燒壞。其次，對于重要的控制設備電源進行認真檢查，確保電源回路正常，冗余配置不存在安全隱患，盡可能地消除電源回路異常對保護系統的影響。最后，結合實際的運行情況，將ETS觸摸屏拆除[5]。因為ETS觸摸屏并不是可以進行操作的屏，顯示屏對于機組的運行來說不是必要的部件。而且ETS觸摸屏的電源是與保護回路共用的，一旦觸摸屏電源出現故障，就會影響保護回路，會影響機組的運行。因此，將ERTS觸摸屏拆除會讓保護回路更加的可靠，也就避免了由于ETS電源故障帶來的主保護誤動。

3.2 磨煤機出口溫度高引發的保護拒動

某火電廠機組運行人員將3號機組的B制粉系統啟動后，B給煤機啟動不到5 min，B磨煤機的出口溫度突然升高，兩個出口的溫度一個升至280℃，一個升至135℃，已經超出了正常的運行參數范圍，但磨煤機并沒有進行跳閘保護。根據此情況，機組運行人員緊急將B磨煤機停止，同時采取降溫措施，磨煤機出口溫度才逐漸降低，之后磨煤機才有跳閘動作。在該機組中，B磨煤機的出口溫度設定最大值為102℃，而且每臺磨煤機上都設置了兩個測量溫度的點，采用的是二取二的設計。在B磨煤機出口溫度快速升高的同時，兩個溫度測量點的溫度都已經超過了設定的102℃，但B磨煤機的溫度高保護卻發生了拒動。

經過分析發現，該電廠機組磨煤機的溫度高保護邏輯是選取測量溫度的最低值進行輸出，之后再與保護設定值進行比較，如果測量點的最低溫度超出了保護設定值，就會進行溫度高保護。但是在該案例中，B磨煤機出口的兩個測溫點的溫度都超過了最大設定值，卻沒有進行溫度高保護。是因為磨煤機出口的兩個溫度測量點還具有壞質量判斷功能，只要有壞質量參數，信號輸出就會被屏蔽，溫度高保護也就不會啟動。而壞質量參數判斷的依據是溫度輸入信號高于145℃時，或者是溫度的變化速率超過了8 K/s時，這兩個條件是“或”的關系，只要有一個條件滿足就會被認為是壞質量參數。根據實際的運行情況來看，磨煤機內的煤粉進行燃燒時，出口溫度會迅速的上升，而相對應的溫度變化的速率也是遠超8 K/s的。因此，保護邏輯就將兩個溫度測量點的測量參數判定為壞質量，也就進行了信號屏蔽，導致沒有保護動作。

解決措施：機組運行人員結合實際運行工況，經過認真考慮后決定，采用相應的措施來完善出口溫度的壞質量參數判斷條件。考慮到實際運行中，磨煤機內部煤粉燃燒的過程劇烈，短時間內溫度上升很快，8 K/s的溫度變化速率設定值不滿足實際的運行要求。因此，將溫度變化的速率值改為45 K/s，經過較長一段時間的運行，沒有發生過因為溫度速率變化超過設定值而發生保護拒動的情況。說明這個改善措施是有效的，溫度變化速率值滿足了磨煤機實際燃燒的工況要求。

4 結語

隨著我國科學技術的發展，火電廠的機組設備越來越自動化、智能化，系統的安全性、可靠性也越來越高。但設備在長期運行過程中，由于自身的磨損，加上運行環境的影響，不可避免會發生故障。設備的故障雖然不可避免，但事故可以避免，這就需要相關的工作人員切實擔負起責任，做好日常的檢修維護工作。尤其是熱工保護操作人員，要確保讓熱工保護盡可能的做到正確動作，最大可能地減少誤動，杜絕拒動，真正把好熱力設備的安全運行關。