分析熱工DCS保護(hù)誤動(dòng)原因及防止措施

【摘要】熱工保護(hù)系統(tǒng)是火力發(fā)電廠中一個(gè)不可或缺的組成部分，它可以提高機(jī)組主輔設(shè)備的安全性和可靠性，在主輔設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，及時(shí)采取相應(yīng)的措施，可以軟化故障，避免重大安全事故的發(fā)生。隨著DCS分散控制系統(tǒng)在電力過(guò)程中的廣泛應(yīng)用，DCS控制系統(tǒng)的優(yōu)越性和強(qiáng)大功能也逐漸顯現(xiàn)，但是隨著機(jī)組容量的增大，參與保護(hù)的熱工參數(shù)也越來(lái)越多，使得機(jī)組設(shè)備誤動(dòng)的幾率也逐漸上升，因此，本文針對(duì)上述情況，對(duì)火電廠熱工DCS保護(hù)誤動(dòng)原因進(jìn)行分析，提出了一系列的應(yīng)對(duì)策略，以期能夠提高熱工保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。

【關(guān)鍵詞】火力發(fā)電廠;熱工保護(hù);誤動(dòng)

隨著電力事業(yè)的不斷發(fā)展，各種高新技術(shù)也呈現(xiàn)出日新月異的發(fā)展現(xiàn)狀，使得各種發(fā)電設(shè)備日益自動(dòng)化和智能化，提高系統(tǒng)的安全性和可靠性變得更加重要。對(duì)于火電廠的熱工DCS控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，分析其誤動(dòng)拒動(dòng)的原因，在熱工保護(hù)系統(tǒng)在技術(shù)和管理制度上采取可靠的措施，加強(qiáng)對(duì)其故障的檢測(cè)和防范能力，有利于提高整個(gè)機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

一、熱工DCS系統(tǒng)的內(nèi)涵和研究?jī)r(jià)值

DCS是分布式控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，在我國(guó)的自控行業(yè)中又被稱為集散控制系統(tǒng)，它主要包括現(xiàn)場(chǎng)控制站、人機(jī)接口、通訊網(wǎng)絡(luò)，以及現(xiàn)場(chǎng)的儀表閥門系統(tǒng)這四個(gè)部分。其中，人機(jī)接口主要是指計(jì)算機(jī)與人之間所建立的存在一定聯(lián)系、負(fù)責(zé)信息輸出和接入的接口，根據(jù)生產(chǎn)廠家的不同，DCS的配置也不一樣，同時(shí)，只有在供電的情況下，所有的人機(jī)接口才能正常運(yùn)行?，F(xiàn)場(chǎng)控制站簡(jiǎn)而言之就是機(jī)柜，它是構(gòu)成DCS的重要的組成部分，在整個(gè)生產(chǎn)中，所有的控制方案都是依靠這個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站來(lái)完成。DCS的通訊網(wǎng)絡(luò)主要包括光纖、交換機(jī)、通信模塊等，許多的DCS廠家在設(shè)計(jì)時(shí)，大部分的系統(tǒng)都是隨著整個(gè)單元一起供電，只有交換機(jī)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)單元需要單獨(dú)供電。最后，對(duì)于DCS現(xiàn)場(chǎng)儀表以及閥門系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，它們構(gòu)成了DCS系統(tǒng)的供電最基本的部分，離開(kāi)了這些基本的部件，DCS系統(tǒng)就無(wú)從談起。將DCS的控制系統(tǒng)應(yīng)用到火電廠的熱工保護(hù)系統(tǒng)中，具有以下價(jià)值。

由于火力發(fā)電廠需要消耗大量的能源，在鍋爐、汽機(jī)的控制方面，需要很多種的設(shè)備，這就要求電廠使用DCS控制系統(tǒng)，利用其回路反饋機(jī)制、混合控制功能，盡量降低生產(chǎn)過(guò)程中的能量損耗，最大限度地提高機(jī)組的運(yùn)行效率。此外，DCS控制系統(tǒng)還具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、事故追蹤、連鎖保護(hù)的功能，一旦火力發(fā)電廠中設(shè)備出現(xiàn)故障，DCS控制系統(tǒng)將會(huì)在第一時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和處理，供檢修人員進(jìn)行判斷和處理。最后，由于火力發(fā)電廠的就地控制回路比較繁瑣，相關(guān)的熱力設(shè)備也比較多，各個(gè)單元制機(jī)組之間的聯(lián)系也比較密切，但是由于不同設(shè)備的指令下發(fā)要求不同，這就要求發(fā)電機(jī)組運(yùn)用DCS控制系統(tǒng)，對(duì)不同的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分別控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各個(gè)設(shè)備協(xié)調(diào)工作的功能。此外，DCS控制系統(tǒng)具有多方面的功能，比如它具有數(shù)據(jù)采集控制功能、順序控制功能、爐膛安全監(jiān)視功能等。

熱工保護(hù)系統(tǒng)是火力發(fā)電廠中一個(gè)重要的組成部分，對(duì)于提高機(jī)組的安全性具有重要意義，但是在機(jī)組的運(yùn)行過(guò)程中，常常會(huì)發(fā)生保護(hù)誤動(dòng)或者拒動(dòng)的現(xiàn)象。保護(hù)誤動(dòng)主要是由于保護(hù)系統(tǒng)自身故障引起的，使得主輔設(shè)備停運(yùn);保護(hù)拒動(dòng)的產(chǎn)生，主要是在主輔設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，需要保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行和工作時(shí)，但是保護(hù)系統(tǒng)由于自身的故障而停止工作，進(jìn)而造成了事故的擴(kuò)大，產(chǎn)生了保護(hù)拒動(dòng)。分析火電廠熱工DCS保護(hù)誤動(dòng)的原因，找出相關(guān)的防范對(duì)策，對(duì)于提高火力發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。

二、熱工DCS保護(hù)誤動(dòng)的原因

1.DCS軟硬件故障

DCS軟硬件故障是造成熱工保護(hù)誤動(dòng)的一大原因，這主要是因?yàn)?，隨著DCS控制系統(tǒng)的不斷發(fā)展，相關(guān)部門為了確保機(jī)組的安全性、可靠性，在熱工保護(hù)系統(tǒng)中加入了諸如CCS、DEH等控制站，使得兩個(gè)控制器在同時(shí)發(fā)生故障時(shí)能夠進(jìn)行停機(jī)保護(hù)，這也就引起了DCS軟硬件保護(hù)誤動(dòng)情況的發(fā)生，其主要的情況包括以下幾種，信號(hào)處理卡損壞、輸出模板有誤、設(shè)定值模板出現(xiàn)故障、以及網(wǎng)絡(luò)通訊不暢等。

此外，在DCS系統(tǒng)中，對(duì)運(yùn)行設(shè)備啟停的檢測(cè)，一般是通過(guò)DCS本身的查詢電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但是為了防止外圍電路對(duì)DCS造成損害，在大多數(shù)的DCS控制系統(tǒng)中，每個(gè)端子板上都設(shè)置有相應(yīng)的保險(xiǎn)絲，在短路或者強(qiáng)電倒送時(shí)，保險(xiǎn)絲就會(huì)自動(dòng)熔斷，進(jìn)而達(dá)到保護(hù)整個(gè)電路的目的。但是由于保險(xiǎn)絲的容量一般都比較小，常常會(huì)發(fā)生熔斷的現(xiàn)象，導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法檢測(cè)到設(shè)備的真實(shí)情況，這就引發(fā)了熱工保護(hù)的誤動(dòng)現(xiàn)象。

2.熱工元件故障

熱工元件是熱工保護(hù)中，進(jìn)行信號(hào)采集的重要組成部分，熱工元件能否安全可靠地運(yùn)行，直接關(guān)系到熱工保護(hù)的安全性和可靠性。但是，由于溫度、壓力、流量以及閥門位置燈原因，常常會(huì)造成誤發(fā)信號(hào)，使得主輔機(jī)產(chǎn)生保護(hù)誤動(dòng)的現(xiàn)象。有的火力發(fā)電廠中，因熱工元件故障引起的熱工保護(hù)誤動(dòng)甚至占到了所有故障發(fā)生率的一半以上，通過(guò)調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，主要的原因是由于元件的質(zhì)量不高、部分元件老化引起的。因此，要加強(qiáng)對(duì)熱工元件的選購(gòu)和設(shè)計(jì)，盡量避免單點(diǎn)參與機(jī)組保護(hù)的模式，進(jìn)最大可能降低機(jī)組保護(hù)誤動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。

3.電纜接線故障

市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，許多火力發(fā)電廠的工作環(huán)境有了很大的改觀，在一定程度上提高了工作效率，激發(fā)了員工的工作積極性。但是，由于電廠自身的特殊性，常常因?yàn)樽陨砀邷?、潮濕、粉塵的作用，造成大部分的電纜老化，降低了電纜的絕緣性，很大可能造成短路的現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)的現(xiàn)象。比如汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)中，有的信號(hào)電纜必須經(jīng)過(guò)機(jī)頭的高溫區(qū)域，這就造成了電纜的絕緣性降低，存在很大的安全隱患，其中在部分省份中，已經(jīng)出現(xiàn)過(guò)汽機(jī)保護(hù)信號(hào)電纜絕緣性降低，導(dǎo)致熱工保護(hù)誤動(dòng)的現(xiàn)象。比如：惠州熱電#1機(jī)組4月7日，#12電泵勺管由65%突降至0，由于鍋爐汽包水位低觸發(fā)鍋爐MFT動(dòng)作，機(jī)組跳閘。檢查原因?yàn)樯坠芙泳€盒信號(hào)線接地所致。我國(guó)的眾多火力發(fā)電廠應(yīng)該引起高度的重視，在管理和檢修中，列出處于高溫、潮濕等惡劣環(huán)境中的電纜，然后在每次的檢修工作中，加強(qiáng)對(duì)這部分電纜的電阻測(cè)量，檢測(cè)其絕緣性，如果發(fā)現(xiàn)存在電阻值誤差比較大的情況，應(yīng)該及時(shí)更換電纜，降低熱工保護(hù)誤動(dòng)的概率。

4.設(shè)備電源故障

隨著火電廠熱控系統(tǒng)自動(dòng)化程度的不斷提高，火電廠在熱工保護(hù)中加入了DCS控制系統(tǒng)，部分過(guò)程控制站還采取了電源故障停機(jī)保護(hù)，但是近年來(lái)，由于熱控設(shè)備電源故障引起的熱工保護(hù)誤動(dòng)也有逐年上升的趨勢(shì)。這主要是因?yàn)闊峥卦O(shè)備電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，或者是電源接插件的解除不良引起的，電源故障，造成系統(tǒng)停機(jī)的現(xiàn)象。還有一些設(shè)備電源故障如電磁閥的線圈電源接地短路，導(dǎo)致熱工保護(hù)系統(tǒng)誤動(dòng)。

此外，DCS系統(tǒng)的電源均是由冗余配置構(gòu)成的，電源一般不容易出現(xiàn)故障，但是當(dāng)電源模件使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，就會(huì)造成電源模件的老化，使得輸出電壓不能維持正常的運(yùn)轉(zhuǎn)活動(dòng)，進(jìn)而引起機(jī)組保護(hù)誤動(dòng)。

5.人為因素

人為因素也是引起火力發(fā)電廠熱工DCS保護(hù)誤動(dòng)的重要原因，人為因素的發(fā)生，絕大部分是由于工作人員在進(jìn)行日常工作和維護(hù)時(shí)，看錯(cuò)端子排接線、使用萬(wàn)用表時(shí)不規(guī)范、沒(méi)有嚴(yán)格執(zhí)行兩票三制的制度等，比如在某一發(fā)電廠中，曾經(jīng)發(fā)生過(guò)投汽機(jī)真空低保護(hù)時(shí)，導(dǎo)致汽機(jī)保護(hù)誤動(dòng)作，對(duì)其進(jìn)行調(diào)查和分析之后發(fā)現(xiàn)，該工作人員在沒(méi)有得知測(cè)量信號(hào)是否存在的情況下，直接將該保護(hù)投入，沒(méi)有按照嚴(yán)格的保護(hù)和規(guī)定程序執(zhí)行，進(jìn)而導(dǎo)致了汽機(jī)低真空保護(hù)的誤動(dòng)情況。

就地誤碰主要設(shè)備也是造成人為因素的一個(gè)主要方面，誤碰設(shè)備或者緊急事故按鈕，將會(huì)導(dǎo)致一系列的主要設(shè)備停運(yùn)，進(jìn)而引發(fā)一系列的聯(lián)鎖保護(hù)現(xiàn)象，最終引發(fā)跳機(jī)事故的發(fā)生。為了避免此種現(xiàn)象，要對(duì)現(xiàn)象重要設(shè)備事故按鈕，加裝保護(hù)盒子，在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)巡邏檢查時(shí)，著重檢查這些保護(hù)盒子，同時(shí)還要確保在真正的緊急情況下，能夠輕易地打開(kāi)保護(hù)盒子，以便進(jìn)行熱工保護(hù)的一系列操作。

三、防止熱工DCS保護(hù)誤動(dòng)的防止措施

1.改善DCS電源切換問(wèn)題

DCS系統(tǒng)是由獨(dú)立的兩路冗余電源進(jìn)行供電，但是在實(shí)際的操作過(guò)程中，兩條冗余電路的電源切換方式，很可能導(dǎo)致設(shè)備電源的故障，這也是在生產(chǎn)活動(dòng)中容易被忽略的地方。一般來(lái)說(shuō)，電源切換電路是由兩個(gè)繼電器組成的，每個(gè)繼電器都承擔(dān)了一半的負(fù)荷，但是如果其中的一條電路出現(xiàn)電壓波動(dòng)現(xiàn)象，那么將會(huì)出現(xiàn)電源環(huán)流的現(xiàn)象，有可能導(dǎo)致整個(gè)DCS系統(tǒng)失電情況的發(fā)生。對(duì)于電源切換問(wèn)題，可以通過(guò)以下切換電路進(jìn)行，具體的原理圖如下所示。

圖1 DCS電源供電系統(tǒng)圖

DCS電源供電切換的原理主要是，將第一路的電源作為主要的負(fù)載電源，然后將第二路電源作為輔助供電電源，只要主供電電源存在，那么整個(gè)系統(tǒng)將以主供電電源為主，這樣的方案可以使得電源切換回路比較安全可靠。另外一路的負(fù)載切換回路原理也跟這個(gè)相同，僅僅將第一路和第二路的位置調(diào)換下即可。此外，如果在一定的條件下，可以由UPS為兩路電源供電，這樣可以提高整體電壓的穩(wěn)定性，減少波動(dòng)情況的發(fā)生。

2.增強(qiáng)DCS系統(tǒng)的抗干擾能力

增強(qiáng)DCS系統(tǒng)的抗干擾能力，能夠最大限度地保障整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，本文從電纜的抗干擾性、信號(hào)的防干擾、以及系統(tǒng)接地等幾個(gè)方面，進(jìn)行著重的分析和研究，能夠有效地提高火力發(fā)電廠的系統(tǒng)抗干擾能力。首先，對(duì)于DCS系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，應(yīng)該選擇正確的接地地點(diǎn)，不斷完善接地系統(tǒng)，提高系統(tǒng)接地的方式。在進(jìn)行接地時(shí)，一般選用截面大于20mm2的通道線，接地的電阻應(yīng)該小于2歐姆，同時(shí)，接地極要盡量埋在距離建筑物15m的地方，控制DCS系統(tǒng)接地點(diǎn)與強(qiáng)設(shè)備的距離，最起碼要保證在10米以上，這樣才能最大限度地增強(qiáng)DCS系統(tǒng)的抗干擾能力。

其次，在選擇信號(hào)電纜時(shí)，要盡量選擇帶有屏蔽電力的電纜，能夠有效降低因動(dòng)力線而產(chǎn)生的電磁干擾，還能夠減少后期的維修資金，實(shí)現(xiàn)資金的節(jié)約和資金的最優(yōu)化配置。還要根據(jù)不同的信號(hào)選擇不同類型的電纜，堅(jiān)決杜絕使用同一電纜的不同導(dǎo)線，對(duì)電源和信號(hào)進(jìn)行同時(shí)傳輸，也要避免信號(hào)線和動(dòng)力電纜的平行鋪設(shè)，最大限度地減少電磁干擾的可能。最后，信號(hào)電纜在接入DCS系統(tǒng)之前，應(yīng)該在信號(hào)兩級(jí)之間，添加相應(yīng)的濾波器，實(shí)現(xiàn)信號(hào)線與地間的并接，盡量減少差模干擾。

3.改善熱控就地設(shè)備的工作環(huán)境條件

根據(jù)火力發(fā)電廠熱工DCS保護(hù)產(chǎn)生誤動(dòng)的原因可以看出，熱控就地設(shè)備的工作環(huán)境，對(duì)于提高整個(gè)系統(tǒng)的安全性、可靠性也具有很重要的意義。因此，火力發(fā)電廠要加強(qiáng)對(duì)熱控就地設(shè)備的工作環(huán)境條件的重視，從以下幾個(gè)方面出發(fā)，比如讓就地設(shè)備盡量遠(yuǎn)離熱源、干擾和輻射，就地設(shè)備的接線盒要盡量設(shè)計(jì)的密封、防潮，同時(shí)還要加強(qiáng)防腐蝕的能力。此外，諸如一些變送器、過(guò)程開(kāi)關(guān)等就地設(shè)備，要盡量將其安裝在儀表柜中，在必要的時(shí)候，可以采取防凍伴熱的措施，最大限度地降低外界環(huán)境對(duì)DCS控制系統(tǒng)的影響，延長(zhǎng)熱控設(shè)備的使用壽命，同時(shí)，也提高了系統(tǒng)的工作可靠性。

4.完善冗余設(shè)計(jì)、優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)備

由于熱控設(shè)備覆蓋了熱力設(shè)備和熱力系統(tǒng)的整個(gè)過(guò)程，涵蓋了所有的數(shù)據(jù)參數(shù)，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障時(shí)，都會(huì)使得熱工保護(hù)系統(tǒng)發(fā)出跳機(jī)的信號(hào)，進(jìn)而給火力發(fā)電廠造成一定的經(jīng)濟(jì)損失，因而，不斷完善完善冗余設(shè)計(jì)、優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)備，對(duì)于提高保護(hù)系統(tǒng)的可靠性具有重要意義。

首先，對(duì)于DCS控制站的電源和DPU的冗余設(shè)計(jì)已經(jīng)很常見(jiàn)，對(duì)于一些重要的熱工信號(hào)，可以采用冗余設(shè)置，進(jìn)行有效的監(jiān)控和判定，在很重要的測(cè)量通道中，要設(shè)置不同的卡件，來(lái)分散未知的危險(xiǎn)，同時(shí)也可以提高系統(tǒng)的可靠性。對(duì)于涉及重要保護(hù)、自動(dòng)的測(cè)點(diǎn)，要采用三取而邏輯進(jìn)行判斷，避免使用單測(cè)點(diǎn)作為保護(hù)信號(hào)。對(duì)于重要的溫度、壓力等量模擬量要增加速率壞質(zhì)量判斷剔除功能，提高信號(hào)的準(zhǔn)確性。

5.加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)、提高熱控人員工作素質(zhì)

在加強(qiáng)上述幾個(gè)方面的重視之后，還要加強(qiáng)對(duì)熱控人員的技術(shù)培訓(xùn)，不斷提高熱控人員的工作能力和工作素質(zhì)。這是由于在對(duì)火力發(fā)電廠的熱工DCS保護(hù)誤動(dòng)原因進(jìn)行分析時(shí)，人為因素所造成的誤動(dòng)拒動(dòng)因素占很大比例，因而，在制定相關(guān)的對(duì)策時(shí)，要加強(qiáng)對(duì)熱控人員的技術(shù)培訓(xùn)和約束管理，敦促相關(guān)的熱控人員嚴(yán)格執(zhí)行DCS邏輯保護(hù)投退等相關(guān)制度。及時(shí)做好機(jī)組的設(shè)備維護(hù)管理，在工作中做到有條不紊，謹(jǐn)慎細(xì)致，充分保障整個(gè)設(shè)備處于良好的工作狀態(tài)。此外，熱控人員也要不斷提高自己的工作意識(shí)，承擔(dān)起應(yīng)該擔(dān)負(fù)的責(zé)任，在進(jìn)行工作培訓(xùn)時(shí)，積極學(xué)習(xí)先進(jìn)的維修知識(shí)，不斷積累自身的經(jīng)驗(yàn)，利用機(jī)組停機(jī)檢修機(jī)會(huì)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行徹底的檢修，嚴(yán)格執(zhí)行DCS邏輯傳動(dòng)、試驗(yàn)，充分保障整個(gè)系統(tǒng)的安全有效進(jìn)行，保證機(jī)組安全、穩(wěn)定長(zhǎng)周期運(yùn)行。

四、總結(jié)

火力發(fā)電廠的熱工DCS系統(tǒng)對(duì)于整個(gè)火力發(fā)電廠來(lái)說(shuō)，對(duì)生存和發(fā)展的關(guān)鍵，本文通過(guò)對(duì)熱工DCS系統(tǒng)的內(nèi)涵和研究?jī)r(jià)值的了解，從DCS軟硬件故障、熱工元件故障、電纜接線故障、設(shè)備電源故障、人為因素等五個(gè)方面，對(duì)熱工DCS保護(hù)誤動(dòng)的原因進(jìn)行了詳細(xì)的分析，進(jìn)而從改善DCS電源切換問(wèn)題、增強(qiáng)DCS系統(tǒng)的抗干擾能力、改善熱控就地設(shè)備的工作環(huán)境條件、完善冗余設(shè)計(jì)、優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)備等幾個(gè)方面，對(duì)火電廠熱工DCS系統(tǒng)提出了一系列的改進(jìn)措施，以期能夠促進(jìn)其更好的發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：萬(wàn)太浩（1981—），男，遼寧撫順人，碩士，工程師，現(xiàn)供職于神華陜西國(guó)華錦界能源有限責(zé)任公司維護(hù)部，從事現(xiàn)代火電廠熱控專業(yè)技術(shù)工作。