電廠熱控系統(tǒng)中熱控保護裝置故障研究

王文歲 張 超 銀 偉 張 穎 楊其德

（陜西德源府谷能源有限公司，榆林 719400）

熱控系統(tǒng)的安全性對電廠的可靠運行至關重要。熱控保護裝置具有監(jiān)測和控制熱力設備的功能，在系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況時，能夠及時發(fā)現(xiàn)并采取相應的保護措施，從而確保設備安全運行和連續(xù)生產(chǎn)。然而，由于電廠熱控系統(tǒng)及其工作環(huán)境具有復雜性，熱控保護裝置存在一定的故障風險。因此，文章基于熱控保護裝置的基本原理和功能，針對不同的故障問題提出處理措施和保護策略，對于提高熱控保護裝置的性能和可靠性具有重要意義。

1 電廠熱控系統(tǒng)中熱控保護裝置的原理

電廠熱控系統(tǒng)中的熱控保護裝置指保護設備免受超溫和超壓等異常熱力工況損害的裝置。在運行過程中，熱控保護裝置首先通過覆蓋關鍵設備重要位置的感應器、傳感器等監(jiān)測設備，實時采集設備內(nèi)部的溫度、壓力、流量等參數(shù)信息。其次，熱控保護裝置將采集到的參數(shù)與設定的安全閾值進行比較[1]。提前設定一個溫度上限值，當溫度超過上限值時，判定為異常情況。再次，一旦熱控保護裝置發(fā)現(xiàn)參數(shù)超過安全閾值，會立即觸發(fā)報警信號，并采取相應的保護措施。報警方式包括聲音、閃光、報警器等，目的是及時提醒操作人員發(fā)現(xiàn)異常情況。最后，熱控保護裝置在觸發(fā)報警后，向控制系統(tǒng)發(fā)送信號?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)信號執(zhí)行相應的干預動作[2]，如降低燃燒溫度、降低蒸汽壓力等，以保護設備免受損害，保證電廠熱力設備的安全穩(wěn)定運行。

2 熱控保護裝置誤動及拒動故障原因及處理措施

2.1 故障原因

導致熱控保護裝置出現(xiàn)誤動或拒動故障的原因有兩點，一是兩條冗余電路的電源切換模式引發(fā)的電源故障，二是熱控元件故障。

兩條冗余電路的電源切換模式引發(fā)的電源故障原因如下。第一，電源切換模式選擇不當或切換時機不合理，會導致熱控保護裝置出現(xiàn)誤動和拒動。例如，在電源切換過程中，沒有合理同步兩條電路的供電狀態(tài)，或切換過程中沒有確保無中斷地供電，均會導致熱控保護裝置出現(xiàn)誤動和拒動[3]。第二，在電源切換過程中，一個電源出現(xiàn)電壓異常或電流超負荷故障，會通過電路中的其他元件傳遞給熱控保護裝置，使其誤動和拒動。第三，電源切換過程通常會引起電磁干擾或過電壓等問題，會造成熱控保護裝置誤動和拒動。例如，電源切換時出現(xiàn)的瞬態(tài)過電壓被熱控保護裝置誤判為電氣故障而觸發(fā)動作。

熱控元件故障原因如下。第一，傳感器故障。熱控保護裝置利用溫度傳感器監(jiān)測電廠中的溫度變化，若傳感器出現(xiàn)故障，會導致傳感器讀數(shù)異常或無法讀取，進而導致保護裝置誤判溫度變化情況，造成誤動或拒動。第二，控制電路故障。熱控保護裝置的控制電路負責監(jiān)測傳感器讀數(shù)并做出相應的控制動作。如果控制電路存在故障，會導致熱控保護裝置無法正確處理傳感器讀數(shù)，從而引起誤動或拒動。第三，信號傳輸故障。熱控保護裝置需要與控制室的監(jiān)控系統(tǒng)或其他保護裝置進行通信，若信號傳輸存在故障，會導致數(shù)據(jù)錯誤傳輸或丟失，進而影響保護裝置判斷和動作的準確性[4]。第四，配置參數(shù)錯誤。熱控保護裝置需要通過設置參數(shù)來適應不同的工況和要求，若參數(shù)配置錯誤或不合理，會導致保護裝置對溫度變化的判斷出現(xiàn)偏差，進而發(fā)生誤動或拒動。

2.2 故障處理措施

針對兩條冗余電路的電源切換模式引發(fā)的電源故障問題，可采取如下處理措施。首先，在設計冗余電路的電源切換模式時，選擇滿足系統(tǒng)需求的切換策略，如使用雙投切換器或雙輸入供電模塊，在切換過程中實現(xiàn)無間斷供電，并確保切換過程中的平穩(wěn)過渡。其次，采取必要的電源保護措施，以減少電源故障的連鎖效應。例如，使用過載保護器或過壓保護器等裝置，保護電源系統(tǒng)免受故障的影響，防止故障信號傳遞給熱控保護裝置。再次，通過采用合理的干擾濾波和電源切換控制方法，減少電源切換過程中產(chǎn)生的電氣干擾，進而減少對熱控保護裝置的影響。例如，使用濾波器來抑制瞬態(tài)過電壓，使用合適的電源切換控制算法確保平穩(wěn)過渡。最后，優(yōu)化熱保護電源切換流程。相關工作人員應全面掌握熱控保護裝置切換電源的原理，識別生產(chǎn)和運行過程中的關鍵設備并進行分類，確定對生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性和安全性影響最大的設備。針對每個關鍵設備，分析其電源要求，包括電壓、頻率、容量等參數(shù)，確保提供足夠的電力，滿足設備的正常運行需求?；诜稚⒖刂葡到y(tǒng)（Distributed Control System，DCS）的電源切換方式設計電源備份方案，以確保關鍵設備和DCS 的供電可靠性，還可以采用冗余供電策略，如使用備用電源或增加電源切換裝置[5]。對于重要的負載電源和輔助性供電電源，考慮使用不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）系統(tǒng)來提供穩(wěn)定的電力供應，防止電力中斷或電壓波動影響設備和系統(tǒng)，避免因電源切換問題導致熱控保護裝置出現(xiàn)誤動或拒動。

針對熱控元件故障導致的熱控保護裝置誤動或拒動問題，可通過如下措施進行處理。第一，處理傳感器故障。檢查傳感器的連接是否正常，有無斷線或松動現(xiàn)象。如果連接正常，可以嘗試調(diào)整或更換傳感器位置，確保其能夠準確感知溫度變化。調(diào)整后仍然存在故障，則需要更換傳感器。第二，處理控制電路故障。檢查熱控元件所連接的控制電路是否存在開關斷開、接觸不良等故障，若存在故障，可以通過檢查電路連接、更換損壞的元件或重新調(diào)整控制電路來解決。第三，處理信號傳輸故障。檢查信號傳輸線路是否存在斷開、插頭接觸不良等問題，若存在問題，可以通過重新連接信號傳輸線路、更換損壞的信號傳輸設備來修復信號傳輸故障[6]。第四，處理配置參數(shù)錯誤。檢查熱控保護裝置的設定溫度、延時時間等配置參數(shù)是否正確設置。對于配置錯誤的數(shù)據(jù)，可以根據(jù)具體運行情況進行調(diào)整和重置。

3 熱控保護裝置軟件程序故障原因及處理措施

3.1 故障原因

某電廠鍋爐在燃燒工序中出現(xiàn)故障，但熱控保護裝置沒有檢測到故障，未傳達指令及時停止鍋爐運行，導致故障問題進一步加重，最終使鍋爐系統(tǒng)停止運行。通過分析設備故障時熱控保護裝置的表現(xiàn)，工作人員認為故障原因在于熱控保護裝置的軟件程序出現(xiàn)問題，使得指令無法有效傳達到相關控制設備。

3.2 故障處理措施

針對這一故障問題，工作人員重新編寫熱控保護裝置的軟件程序，并安裝在裝置的控制系統(tǒng)中，具體代碼為

MAX_TEMPERATURE = 1000

MAX_PRESSURE = 300

MAX_FLOW = 1000

while True:

temperature = float(input(“請輸入溫度值：”))

pressure = float(input(“請輸入壓力值：”))

flow = float(input(“請輸入流量值：”))

if temperature > MAX_TEMPERATURE or pressure ＞ MAX_PRESSURE or flow ＞ MAX_FLOW:

print(“Stop Boiler”)

break

else:

print(“Run Boiler”)

上述代碼中，MAX_TEMPERATURE、MAX_PRES SURE 和MAX_FLOW 分別代表溫度、壓力和流量的最大安全值限制。程序會不斷循環(huán)讀取輸入的溫度、壓力和流量值，并進行判斷。若任一數(shù)值超過安全值限制，則輸出“Stop Boiler”并停止鍋爐運行；否則輸出“Run Boiler”，鍋爐繼續(xù)運行。循環(huán)會持續(xù)進行，直到手動停止程序。通過重新編寫軟件程序并對故障情況進行模擬，發(fā)現(xiàn)熱控保護裝置可主動停止鍋爐運行，故障解除。

4 熱控保護裝置容錯能力差的原因及處理措施

4.1 原因分析

熱控保護裝置容錯能力差的原因之一是缺乏冗余設計。冗余設計通過增加備用元件或系統(tǒng)，來提高系統(tǒng)的可靠性和容錯能力。對于熱控保護裝置而言，如果缺少冗余設計，一旦裝置發(fā)生故障或失效，整個系統(tǒng)可能受到嚴重影響。缺少冗余設計會導致如下故障問題。第一，單點故障。熱控保護裝置發(fā)生故障時，沒有備用的裝置可以替代，系統(tǒng)會變得脆弱，容易出現(xiàn)單點故障，導致嚴重的安全問題或設備損壞[7]。第二，無法恢復錯誤。熱控保護裝置出現(xiàn)錯誤或短期故障時，由于缺乏冗余設計，系統(tǒng)無法自動檢測和恢復，需要手動干預，才能確保系統(tǒng)的正常運行，這會額外增加停機時間和維護成本。第三，故障傳播。熱控保護裝置故障會導致其他關鍵系統(tǒng)組件或設備出現(xiàn)故障，再加上缺乏冗余設計，使得整個系統(tǒng)容易受到連鎖反應的影響，導致設備故障影響范圍擴大，造成嚴重的后果。

4.2 處理措施

冗余設計通過增加備用組件或備份系統(tǒng)，使得即使某個組件發(fā)生故障，系統(tǒng)仍然能夠繼續(xù)正常運行，極大地提升了熱控保護裝置的可靠性，減少故障造成的停機時間和生產(chǎn)損失。冗余設計增強了系統(tǒng)的容錯能力，允許系統(tǒng)在某個組件或備份系統(tǒng)故障時自動切換到備用組件或系統(tǒng)，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

在冗余設計時，首先，將多路信號分散在不同模塊上，實現(xiàn)并行處理，提高信號采集和處理的效率。每個模塊獨立負責一部分信號的處理，互不干擾，充分發(fā)揮處理器的計算能力[8]。其次，為了確保信號的準確性和可靠性，在每個信號的輸出端或輸入端安裝相應的質(zhì)量判斷裝置，用于實時監(jiān)測和評估信號，檢測異常值和錯誤信號，并發(fā)出相應的報警或故障指示，避免現(xiàn)場出現(xiàn)意外。針對熱電偶、熱電阻溫度信號與24 V/48 V 直流開關量信號之間的抗干擾問題，可采用物理隔離的方式，將不同信號類型的電纜分開布置[9]。例如，將熱電偶、熱電阻溫度信號和24 V/48 V直流開關量信號分別走不同的線槽或管道，并保持一定的距離，以減少信號之間的相互干擾，增強熱控保護裝置的容錯能力。

5 熱控保護裝置的保護措施

為避免電廠熱控系統(tǒng)出現(xiàn)故障，加強熱控保護裝置的保護，可采取如下措施。

第一，加強軟件開發(fā)與檢驗。電廠熱控系統(tǒng)保護裝置功能的實現(xiàn)依賴于軟件程序，因此應采用嚴格的開發(fā)規(guī)范和流程，如代碼審查、單元測試、集成測試等，確保軟件的穩(wěn)定性和安全性。使用靜態(tài)代碼分析工具、動態(tài)測試工具等進行程序測試，及時發(fā)現(xiàn)潛在的漏洞和錯誤，提高軟件的質(zhì)量。

第二，定期維護和檢測。針對熱控保護裝置的軟件程序，每月進行1 次維護檢查，確保軟件程序正常運行。每季度進行1 次系統(tǒng)檢查、備份，確保備份數(shù)據(jù)的完整性。每半年對熱控保護裝置進行1 次清潔、維護，每年對電池的性能進行1 次檢查，視情況予以更換。

第三，健全故障報警系統(tǒng)。監(jiān)控熱控系統(tǒng)中的異常情況，實時監(jiān)測溫度、壓力、流量等參數(shù)，若超過限值系統(tǒng)應發(fā)出報警信號，提醒操作人員及時采取相應的措施，防止故障擴大。建立完善的設備監(jiān)控和管理機制，包括定期巡檢、設備狀態(tài)記錄、異常數(shù)據(jù)分析等。通過對設備的全面監(jiān)控和管理，及時察覺設備異常狀況，并進行相應的維修和保養(yǎng)工作，減少故障發(fā)生的可能性。

6 結語

為了提升電廠的安全性和可靠性，減少事故發(fā)生的概率，保護設備免受損壞，深入分析熱控保護裝置的故障問題及其原因，提出一系列故障處理和設備保護措施。未來，熱控保護裝置的故障分析和處理將更加精細化和智能化，實時監(jiān)測設備的運行狀態(tài)并預測潛在故障，提高電廠的運行效率和安全性。