提高熱工保護(hù)可靠性的方案及措施探討

王樂(lè)柱 勾存才 信延龍

（華能沾化熱電有限公司，山東 濱州256800）

0 引言

火力發(fā)電廠中隨著機(jī)組容量的不斷增大，機(jī)組控制高度自動(dòng)化與智能化，提高熱工保護(hù)的安全性、可靠性變得日益重要，無(wú)論發(fā)生保護(hù)拒動(dòng)還是保護(hù)誤動(dòng)，都會(huì)給企業(yè)帶來(lái)不可控的損失。本文根據(jù)火力發(fā)電廠實(shí)際情況，對(duì)提高熱工保護(hù)的可靠性進(jìn)行了分析，并提出了改進(jìn)方案和措施。

1 保護(hù)設(shè)備取源部件

參與保護(hù)的一次設(shè)備如壓力開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)、壓力變送器，隨著電子設(shè)備的飛速發(fā)展，其質(zhì)量可靠性是很高的，不安全因素主要集中在保護(hù)設(shè)備的取源部分。

（1）爐膛壓力保護(hù)取樣裝置的改進(jìn)。

爐膛壓力保護(hù)是鍋爐最重要的保護(hù)之一，取樣裝置的堵塞引起爐膛壓力保護(hù)拒動(dòng)是火力發(fā)電廠中經(jīng)常發(fā)生的。取樣裝置根部經(jīng)常結(jié)焦，疏通結(jié)焦需要用鐵棍剔除，甚至需要將取樣裝置割下，動(dòng)用沖擊鉆。由于鍋爐煙氣中含有酸性氣體（如二氧化硫、三氧化硫和氮氧化物）和水蒸氣，在取樣裝置開(kāi)孔處，煙氣遇冷溫度驟降，煙氣中的酸性氣體會(huì)達(dá)到露點(diǎn)，與煙氣中的水蒸氣、煙塵混合結(jié)焦，結(jié)焦體緩慢增大，將堵塞取樣裝置。采取增加保溫的措施，對(duì)取樣裝置進(jìn)行保溫，保溫后提高取樣口處的溫度，并采用防堵型取樣裝置。實(shí)踐證明，該措施有效避免了取樣裝置易堵塞的問(wèn)題，不但提高了爐膛壓力保護(hù)的可靠性，還大大減輕了維護(hù)工作量。改進(jìn)方式如圖1所示。

圖1 取樣裝置改進(jìn)圖

爐膛壓力開(kāi)關(guān)一般選用大膜盒樣式的壓力開(kāi)關(guān)，現(xiàn)場(chǎng)安裝應(yīng)為膜盒垂直安裝，為保證保護(hù)定值的準(zhǔn)確性，在標(biāo)準(zhǔn)室校驗(yàn)時(shí)亦應(yīng)使膜盒垂直放置，不然會(huì)帶來(lái)較大的誤差。

（2）在反措和設(shè)計(jì)規(guī)定中，重要保護(hù)要求采用三取二或四取二的冗余方式，如汽輪機(jī)真空低、潤(rùn)滑油壓低等，在實(shí)際實(shí)現(xiàn)中往往只是做到了測(cè)量設(shè)備、開(kāi)關(guān)量（或模擬量）信號(hào)、DCS通道、邏輯組態(tài)的三取二保護(hù)，儀表測(cè)量管路仍然在一個(gè)取樣母管上，一旦母管上的一點(diǎn)發(fā)生泄漏，往往會(huì)造成保護(hù)的誤動(dòng)。應(yīng)采取取樣管單獨(dú)敷設(shè)的措施，避免保護(hù)誤動(dòng)。

（3）測(cè)量壓力、流量、液位等參數(shù)時(shí)需要用儀表管路將被測(cè)量介質(zhì)傳送到變送器、開(kāi)關(guān)等一次元件上。機(jī)械振動(dòng)會(huì)造成保護(hù)設(shè)備使用的儀表管路磨損，長(zhǎng)時(shí)間磨損最后將導(dǎo)致管路泄漏，容易使保護(hù)誤動(dòng)。防范措施：緊固儀表管路的固定卡子；管路與其他金屬接觸時(shí)，應(yīng)使用膠皮隔開(kāi)；定期檢查儀表管路的磨損情況，做好記錄，發(fā)現(xiàn)有磨損及時(shí)處理，保證管路完好。

（4）儀表管路的伴熱改進(jìn)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年冬季由于熱工引發(fā)的機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)中有20%是由于儀表管路上凍，造成保護(hù)誤動(dòng)，其中最最重要的是汽包水位保護(hù)。目前汽包水位保護(hù)大部分火電廠采用水位變送器三取二的方式，其冬季的防凍大多采用電伴熱方式或電、汽伴熱均有的方式。采用電伴熱缺點(diǎn)：1）電源易跳閘；2）伴熱電纜易被燙損，老化快；3）每次大小修都要打開(kāi)保溫檢查，浪費(fèi)人力物力；4）伴熱電纜貼近正壓側(cè)或負(fù)壓側(cè)會(huì)造成儀表管路溫差，使汽包水位信號(hào)產(chǎn)生誤差。采用電伴熱可靠性相對(duì)較低，改進(jìn)措施是將儀表管路及保溫箱均采用汽伴熱方式，儀表管路部分利用角鐵焊制成框架，框架外敷設(shè)保溫，伴熱管在框架內(nèi)形成“溫室”，伴熱管在保溫箱內(nèi)穿過(guò)，通過(guò)增減保溫箱內(nèi)部伴熱管的保溫來(lái)調(diào)節(jié)保溫箱內(nèi)部溫度，從而保證汽包水位儀表管路的受熱均勻性。

2 保護(hù)信號(hào)的處理

（1）溫度高保護(hù)。

一般重要輔機(jī)均有軸承溫度高聯(lián)鎖跳閘等溫度保護(hù)，溫度測(cè)定單純依靠品質(zhì)判斷是不完善的，需增加溫升速率過(guò)大切除保護(hù)的功能。溫升速率如何判斷，DCS系統(tǒng)中一般沒(méi)有現(xiàn)成的功能塊，通過(guò)多次試驗(yàn)總結(jié)，邏輯如圖2所示。

圖2 溫升速率判斷邏輯

（2）汽輪機(jī)軸承振動(dòng)保護(hù)。

汽輪機(jī)軸振保護(hù)設(shè)計(jì)一般采用單點(diǎn)達(dá)到跳機(jī)值保護(hù)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)機(jī)組自動(dòng)打閘停機(jī)。有時(shí)清掃衛(wèi)生時(shí)碰觸到軸振傳感器的接線，也會(huì)引起信號(hào)跳變，造成軸振保護(hù)誤動(dòng)。為提高軸振保護(hù)的可靠性，采用一方向軸振跳閘與同軸承另一方向軸振報(bào)警，二取二。目前汽輪機(jī)安全檢測(cè)系統(tǒng)主流產(chǎn)品為本特利3500和MM6000。

本特利3500組態(tài)的具體方法如圖3所示。

圖3 本特利3500組態(tài)的具體方法

MM6000保護(hù)邏輯的改進(jìn)需要通過(guò)繼電器搭接實(shí)現(xiàn)，本方案按5個(gè)軸、10個(gè)軸振測(cè)點(diǎn)設(shè)計(jì)。將軸振卡原跳機(jī)、報(bào)警信號(hào)線拆除，公用線保留，引出20根信號(hào)線，在原繼電器回路引出1根24V線和1根com線。加裝20個(gè)繼電器，對(duì)20個(gè)信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)展，繼電器上側(cè)為繼電器線圈電源接線、信號(hào)線，下側(cè)是邏輯回路接線，紅色線為報(bào)警回路，其他為跳機(jī)回路接線，如圖4所示。

圖4 繼電器回路接線

（3）參與主要保護(hù)的開(kāi)關(guān)量信號(hào)，如三取二信號(hào)，其中一個(gè)測(cè)點(diǎn)誤發(fā)時(shí)往往不易被發(fā)覺(jué)，這就給發(fā)生保護(hù)誤動(dòng)埋下了隱患。改進(jìn)措施是在DCS畫面增加重要保護(hù)信號(hào)一覽表，并對(duì)測(cè)點(diǎn)增加報(bào)警，便于及早發(fā)現(xiàn)、消除隱患。

（4）汽輪機(jī)超速保護(hù)等一些參與保護(hù)的模擬量測(cè)點(diǎn)在單元設(shè)備中實(shí)現(xiàn)，實(shí)時(shí)值在設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有接入DCS進(jìn)行顯示，當(dāng)單元設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，該設(shè)備就退出了保護(hù)。改進(jìn)措施是將測(cè)點(diǎn)從單元設(shè)備中引出至DCS畫面進(jìn)行顯示，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障。

（5）保護(hù)投切狀態(tài)顯示。

主機(jī)保護(hù)大多在控制系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)，不允許在系統(tǒng)畫面內(nèi)設(shè)置投切按鈕，保護(hù)的投切通過(guò)強(qiáng)制組態(tài)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，保護(hù)投入與否需要逐條查閱組態(tài)來(lái)檢查，容易由于疏忽大意造成保護(hù)漏投現(xiàn)象，在控制系統(tǒng)增加保護(hù)投停狀態(tài)一欄，可以很直觀地查閱保護(hù)投停狀態(tài)，如圖5所示。

圖5 保護(hù)投停狀態(tài)顯示畫面

（6）ETS系統(tǒng)輸出開(kāi)關(guān)量信號(hào)避免采用“長(zhǎng)信號(hào)”，除跳機(jī)電磁閥（AST）等特殊情況外，電磁閥等開(kāi)關(guān)型電氣驅(qū)動(dòng)設(shè)備盡力避免長(zhǎng)期帶電運(yùn)行。

3 電源系統(tǒng)

熱工電源系統(tǒng)一旦發(fā)生問(wèn)題，會(huì)嚴(yán)重影響到熱工設(shè)備的正常運(yùn)行，甚至引起保護(hù)的誤動(dòng)，造成機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)。

熱工保護(hù)設(shè)備電源供給一般為交流220V系統(tǒng)及直流24V系統(tǒng)。交流220V主電源采用UPS電源，備用電源采用廠用電電源。直流24V系統(tǒng)采用兩路直流電源并聯(lián)方式運(yùn)行，可靠性都有了很好的保證。下面對(duì)如何進(jìn)一步改進(jìn)電源系統(tǒng)提出幾點(diǎn)建議。

3.1 交流220V電源系統(tǒng)

控制系統(tǒng)中交流220V系統(tǒng)一般供給直流24V電源模塊、網(wǎng)絡(luò)路由器、人機(jī)接口站、機(jī)柜照明及風(fēng)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(wú)需切換。機(jī)柜照明及風(fēng)扇容易引起短路或接地，建議單獨(dú)剝離出來(lái)，從其他熱工電源柜敷設(shè)線路單獨(dú)接取。網(wǎng)絡(luò)路由器、人機(jī)接口站需要兩路電源的切換輸出，為提高可靠性，改進(jìn)方案如下：兩路電源裝置同時(shí)工作，各帶50%負(fù)荷，當(dāng)其中一路電源裝置損壞時(shí)，另一路電源裝置自動(dòng)帶全部負(fù)荷，這種供電方式比較可靠，具有較強(qiáng)的保護(hù)功能，有效避免了電源切換造成的擾動(dòng)。

具體案例：A、B兩套電源切換裝置，A電源切換裝置主電源為UPS電源，副電源為廠用電電源；B電源切換裝置主電源為廠用電電源，副電源為UPS電源。A電源切換裝置給A網(wǎng)路由器、1／3／5／7操作員站、工程師站供電，B電源切換裝置給B網(wǎng)路由器、2／4／6／8操作員站、歷史數(shù)據(jù)站供電，并試驗(yàn)電源切換裝置切換時(shí)不影響設(shè)備正常運(yùn)行，如圖6所示。

圖6 電源切換裝置

3.2 直流24V電源系統(tǒng)

目前控制系統(tǒng)過(guò)程控制單元、I／O卡件一般采用24V直流電源。直流電源一般分配方式如圖7所示。該方式的缺點(diǎn)是當(dāng)端子排中間一接線松動(dòng)時(shí)，該點(diǎn)以下會(huì)失電。

圖7 直流電源一般分配方式

改進(jìn)方式如圖8所示。該方式使電源回路形成了環(huán)路，任何一點(diǎn)斷線，均不影響系統(tǒng)供電。

圖8 直流電源改進(jìn)分配方式

3.3 電源系統(tǒng)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(gè)端子排接一根公用來(lái)線，這樣一旦中間任一端子松動(dòng)會(huì)造成該點(diǎn)以下信號(hào)拒動(dòng)。改進(jìn)方法是端子排首尾各接一根公用來(lái)線，如圖9所示。

圖9 電源系統(tǒng)公用線改進(jìn)接法

4 結(jié)語(yǔ)

提高機(jī)組保護(hù)設(shè)備的可靠性，保證機(jī)組保護(hù)設(shè)備正確動(dòng)作，防止保護(hù)誤動(dòng)、拒動(dòng)是熱控非常重要的一項(xiàng)工作，我們應(yīng)采取“嚴(yán)、細(xì)、實(shí)”的工作作風(fēng)，加強(qiáng)設(shè)備巡檢、檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的隱患，并及時(shí)預(yù)防、排除隱患，努力使熱工保護(hù)動(dòng)作正確率達(dá)到100%，以保證主、輔設(shè)備的安全可靠運(yùn)行。