試論如何完善火電廠熱工保護(hù)系統(tǒng)的可靠性

田愛軍

中電投新疆能源化工集團(tuán)有限責(zé)任公司烏蘇熱電分公司 新疆烏蘇 833000

摘要：在火力發(fā)電機(jī)組中，熱工保護(hù)系統(tǒng)又是必不可少的重要組成部分。熱工保護(hù)系統(tǒng)可靠性的完善，能夠使火力發(fā)電組的主輔設(shè)備更加安全可靠，因此，提高熱工保護(hù)系統(tǒng)的工作顯得尤為重要，只有對(duì)其不斷的研究探索，才能使得整個(gè)系統(tǒng)體系更加完備。本文主要梳理作者電廠熱工保護(hù)存在的安全隱患并提出一系列防止保護(hù)誤動(dòng)、據(jù)動(dòng)的措施。

關(guān)鍵詞：熱工保護(hù)；可靠性；優(yōu)化方案

引言

在如今的火電廠中，熱工保護(hù)有著極其重要的地位，熱工保護(hù)的主要作用是當(dāng)機(jī)組在啟動(dòng)和運(yùn)行過程中發(fā)生危及設(shè)備安全的危險(xiǎn)情況時(shí)，使其能自動(dòng)采取保護(hù)或聯(lián)動(dòng)措施，防止事故擴(kuò)大而保護(hù)機(jī)組設(shè)備的安全。倘若熱工保護(hù)系統(tǒng)不完善，那么在機(jī)組運(yùn)行過程中，出現(xiàn)一些危險(xiǎn)的不確定因素時(shí)，機(jī)組則無法正常工作，從而造成不可挽回的損失。

一、熱工保護(hù)系統(tǒng)作用及其意義

1.1發(fā)電機(jī)組及熱工保護(hù)系統(tǒng)的現(xiàn)狀

熱工保護(hù)是通過分析實(shí)際工作中發(fā)生的熱工保護(hù)異常情況，討論熱工保護(hù)系統(tǒng)在實(shí)踐中如何正確運(yùn)行才能提高其可靠性的問題。熱工系統(tǒng)在發(fā)電機(jī)組工作中出現(xiàn)系統(tǒng)的被動(dòng)維護(hù)時(shí)能夠自主的采取聯(lián)動(dòng)措施，使得機(jī)器能夠正常的運(yùn)轉(zhuǎn)下去；而當(dāng)機(jī)器出現(xiàn)不正常的工作異常時(shí)，比如集散控制系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)不正常時(shí)，控制系統(tǒng)能夠及時(shí)采取保護(hù)措施，使機(jī)組得到最大限度的保護(hù)，使得財(cái)產(chǎn)和工人的人身安全得到最大的保護(hù)。

1.2熱工保護(hù)系統(tǒng)的作用

如今發(fā)電機(jī)組的功率和容量越來越大，越來越多的不可控制因素出現(xiàn)在使用的過程中。而熱工的自動(dòng)化程度越來越高，尤其是DCS集散控制系統(tǒng)在生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，發(fā)電機(jī)組的可靠性和安全性都得到了很大的提高。但隨著電工原件的增多使得發(fā)電機(jī)組的容量越來越大，發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)誤動(dòng)和拒動(dòng)的幾率也越來越大，而熱工保護(hù)系統(tǒng)則時(shí)能夠及時(shí)地采取自動(dòng)保護(hù)或者聯(lián)動(dòng)，使得機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)或停止。所以，熱工系統(tǒng)的完善，對(duì)于保護(hù)發(fā)電機(jī)組和解決工作中發(fā)電機(jī)組的誤動(dòng)和拒動(dòng)問題都有著至關(guān)重要的作用。

二、火電廠330MW機(jī)組熱工保護(hù)可靠性分析及優(yōu)化方案

某發(fā)電廠裝有2*330MW燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組，該機(jī)組2010年投產(chǎn)，汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)，控制系統(tǒng)引用西屋技術(shù)。數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）采用EMERSON公司的OVATION控制系統(tǒng)，汽輪機(jī)危急跳閘系統(tǒng)（ETS）系統(tǒng)采用施耐德Modicon Quantum PLC，汽輪機(jī)安全監(jiān)視系統(tǒng)（TSI）采用EPRO公司的MMS6000系列系統(tǒng)。雖然該廠的各項(xiàng)措施在機(jī)組建設(shè)設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)較為完善完備，通過認(rèn)真對(duì)照“二十五項(xiàng)反措要求”及實(shí)際運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題，該電廠熱工保護(hù)仍出現(xiàn)了一些重大問題，其中部分重要信號(hào)、邏輯有時(shí)會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤甚至遺漏，有的已經(jīng)帶來了安全問題，必須進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化。

2.1重要信號(hào)，邏輯條件及回路排查優(yōu)化過程

為了提高熱工系統(tǒng)設(shè)備的安全性，全面排查設(shè)備質(zhì)量、設(shè)備使用壽命管理、設(shè)備保護(hù)等方面存在的問題和安全隱患。對(duì)照《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》，發(fā)現(xiàn)存在的主要問題有DCS保護(hù)邏輯存在缺陷、保護(hù)電源設(shè)計(jì)不合理的問題，就地設(shè)備設(shè)計(jì)、安裝不合理。所以此次最主要進(jìn)行的是回路排查，元件安裝位置改造，邏輯優(yōu)化。

2.2 潤(rùn)滑油系統(tǒng)優(yōu)化

該電廠1、2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)潤(rùn)滑油壓低I、低II信號(hào)送至機(jī)組DCS系統(tǒng)，通過邏輯判斷后分別聯(lián)鎖啟動(dòng)交流潤(rùn)滑油泵和直流潤(rùn)滑油泵。DCS系統(tǒng)監(jiān)視軸承油總管壓力的壓力開關(guān)測(cè)點(diǎn)有2個(gè)，取壓位置位于2號(hào)機(jī)四瓦的潤(rùn)滑油進(jìn)油管路上，分別為63/BOP交流油泵啟動(dòng)試驗(yàn)油壓力2（10MAV20CP061）和63/EOP直流油泵啟動(dòng)試驗(yàn)油壓力2（10MAV20CP062），這兩個(gè)測(cè)點(diǎn)僅作為監(jiān)視。根據(jù)國(guó)家能源局2014年新頒布的“二十五項(xiàng)反事故措施”中，9.4.2條要求“汽輪機(jī)潤(rùn)滑油壓力低信號(hào)應(yīng)直接送入事故潤(rùn)滑油泵電氣啟動(dòng)回路，確保在沒有分散控制系統(tǒng)控制的情況下能夠自啟動(dòng)，保證汽輪機(jī)的安全”。

改造方案：

在2015年1、2號(hào)機(jī)組等級(jí)檢修期間，加裝潤(rùn)滑油壓低硬接線聯(lián)鎖啟動(dòng)直流油泵，1、2號(hào)機(jī)組63/EOP直流油泵啟動(dòng)試驗(yàn)油壓力2為雙觸點(diǎn)壓力開關(guān)，此開關(guān)一對(duì)觸點(diǎn)至DCS報(bào)警，取另一對(duì)常開觸點(diǎn)，從1、2號(hào)機(jī)組12.6米四瓦處敷設(shè)電纜至6.3米主油箱直流油泵控制柜處，接入直流油泵控制柜內(nèi)啟動(dòng)指令端子，利用直流油泵啟動(dòng)試驗(yàn)壓力2開關(guān)上另一對(duì)常開觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)直流油泵硬接線聯(lián)鎖啟動(dòng)，避免汽輪機(jī)斷油燒瓦事故，從而保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3 ETS系統(tǒng)保護(hù)優(yōu)化

上海汽輪機(jī)廠西屋技術(shù) 300MW/600MW 機(jī)組，綜合安全裝置（即機(jī)頭試驗(yàn)塊）以及潤(rùn)滑油泵危急油泵試驗(yàn)臺(tái)，做在線試驗(yàn)時(shí)，可能會(huì)造成跳機(jī)現(xiàn)象。以潤(rùn)滑油壓試驗(yàn)塊為例說明情況

上圖是實(shí)驗(yàn)塊內(nèi)部流程圖，機(jī)組運(yùn)行時(shí)，為了檢查實(shí)驗(yàn)?zāi)K的功能，在線試驗(yàn)，打開電磁閥 20-1/LBOT，左側(cè)管路中的潤(rùn)滑油卸掉，油壓降低，壓力開關(guān)63-1/LBO、63-3/LBO 動(dòng)作，系統(tǒng)收到信號(hào)，這是正常的實(shí)驗(yàn)過程。

試驗(yàn)塊左右進(jìn)油管道都有節(jié)流孔，油路是相互串通的，在節(jié)流孔完好的情況下進(jìn)行試驗(yàn)，是不存在任何問題的。當(dāng)節(jié)流孔損壞失去節(jié)流作用或節(jié)流效果不好時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)，就存在從而造成實(shí)驗(yàn)時(shí)跳機(jī)的隱患。

在線試驗(yàn)就會(huì)出現(xiàn)以下情況。當(dāng)電磁閥 20-1/LBOT 動(dòng)作后，左側(cè)管路中的潤(rùn)滑油經(jīng)過節(jié)流孔通過右側(cè)卸掉。同理當(dāng)電磁閥 20-2/LBOT 動(dòng)作后，右側(cè)管道中的潤(rùn)滑油經(jīng)過節(jié)流孔也通過左側(cè)的管道卸掉。以上任何一種情況發(fā)生都會(huì)造成壓力開關(guān)63-1/LBO、63-3/LBO、63-2/LBO、63-4/LBO 都動(dòng)作，從而引起保護(hù)誤動(dòng)跳機(jī)。

因?yàn)楣?jié)流孔在試驗(yàn)?zāi)K內(nèi)部是一個(gè)純機(jī)械裝置，機(jī)組運(yùn)行時(shí)無法對(duì)其安全可靠性進(jìn)行監(jiān)測(cè)。而機(jī)組主保護(hù)中EH油壓低、真空低、潤(rùn)滑油壓低（兩套試驗(yàn)塊）、共有四套實(shí)驗(yàn)?zāi)K。若今后分公司兩臺(tái)機(jī)組按照電網(wǎng)安全評(píng)估要求，在機(jī)組運(yùn)行時(shí)定期進(jìn)行在線實(shí)驗(yàn)就存在很大的安全隱患。

改造方案：

將實(shí)驗(yàn)?zāi)K左、右管道完全隔離開來，可以解決以上問題，消除隱患。

改進(jìn)后潤(rùn)滑油壓力試驗(yàn)塊

這是改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)?zāi)K的內(nèi)部流程圖紙，左右兩個(gè)進(jìn)油口分布單獨(dú)與母管相連接。母管壓力穩(wěn)定、流量大的特點(diǎn)，使得在線實(shí)驗(yàn)時(shí)，左右兩個(gè)通道能夠保持相互獨(dú)立而不會(huì)相互影響。提高了在線試驗(yàn)的可靠性，也保證機(jī)組運(yùn)行的可靠性。

這樣的改動(dòng)適用于潤(rùn)滑油壓力試驗(yàn)塊，也適用于EH油、真空實(shí)驗(yàn)快。

2.4 330MW機(jī)組振動(dòng)保護(hù)邏輯改進(jìn)

該廠1、2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)軸承振動(dòng)保護(hù)邏輯采用任一瓦X或Y向振動(dòng)達(dá)到高高值（254μm）時(shí)機(jī)組跳閘，該保護(hù)邏輯存在著一定的偶然性和危險(xiǎn)性，如某單個(gè)振動(dòng)通道因?yàn)楣r參數(shù)改變（升、降、甩負(fù)荷）等原因，或有不明信號(hào)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，暫時(shí)導(dǎo)致測(cè)量值升至危險(xiǎn)值后觸發(fā)跳閘保護(hù)動(dòng)作。參照集團(tuán)公司下發(fā)《新建火電機(jī)組熱控系統(tǒng)可靠性管理導(dǎo)則》中的建議對(duì)1、2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)軸振單點(diǎn)保護(hù)進(jìn)行優(yōu)化。

優(yōu)化方案：

1）取消原有的TSI控制柜振動(dòng)高高值繼電器輸出至ETS控制柜的接線。

2）相臨任意軸承報(bào)警值和本軸承保護(hù)動(dòng)作值進(jìn)行“與”邏輯判斷。

3）本軸承X（Y）向報(bào)警值和本軸承X（Y）向保護(hù)動(dòng)作值進(jìn)行“與”邏輯判斷。

4）以上兩個(gè)條件任意滿足一條，軸承振動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

5）保護(hù)出口通過DEH系統(tǒng)的三組繼電器常開接點(diǎn)并聯(lián)輸出至ETS保護(hù)柜內(nèi)原有的軸振保護(hù)接線端子。

6）為了保護(hù)可靠的動(dòng)作，軸振報(bào)警值在邏輯中下調(diào)至100μm。

7）軸振模擬量進(jìn)行品質(zhì)判斷，當(dāng)任意軸振信號(hào)為壞點(diǎn)即做報(bào)警值處理。

2.5 TSI軸振系統(tǒng)優(yōu)化

該公司1、2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)本體軸承振動(dòng)監(jiān)測(cè)，1瓦至6瓦，共計(jì)有24套軸承振動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備。采用德國(guó)EPRO公司生產(chǎn)，型號(hào)PR6423/10R-030+CON021的電渦流探頭分別裝于1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)軸承油檔上。每個(gè)軸承油檔上安裝兩只互成90°，垂直于軸承，探頭與水平 方向的夾角為45°，分別測(cè)量X、Y方向上的汽輪機(jī)機(jī)軸承振動(dòng)。

上汽廠引進(jìn)西屋技術(shù)300MW/600MW機(jī)組，#1軸承的軸振探頭安裝在軸承座的油擋上。由于靠近高壓缸端部汽封，受到熱輻射和端部汽封漏汽的影響，探頭容易受到干擾甚至損壞，造成振動(dòng)測(cè)量不準(zhǔn)或無法測(cè)量，影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

該公司2012年12月，2號(hào)機(jī)組1Y振動(dòng)監(jiān)測(cè)探頭發(fā)生測(cè)量值跳變，與EPRO公司技術(shù)服務(wù)人員和上汽廠技術(shù)服務(wù)人員現(xiàn)場(chǎng)及實(shí)地測(cè)試，是由于此處高溫（點(diǎn)溫槍測(cè)135度）造成探頭損壞。

改造方案：

將探頭位置移到軸承座內(nèi)部，安裝在前箱內(nèi)#1軸承的油擋上，遠(yuǎn)離高壓缸端部汽封高溫的影響，保證振動(dòng)測(cè)量的可靠和準(zhǔn)確。

安裝位置見下圖：

2.6 DCS、DEH熱控電源系統(tǒng)

該電廠1、2號(hào)機(jī)組ETS系統(tǒng)DEH失電保護(hù)采集信號(hào)為DEH電源柜后電源切換裝置，此電源切換裝置為二個(gè)接觸器通過監(jiān)視繼電器實(shí)現(xiàn)切換功能，二個(gè)接觸器電源分別取自UPS電源和保安段電源。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在實(shí)際發(fā)生DEH電源切換過程中，由于接觸器的切換時(shí)間不合格導(dǎo)致ETS柜內(nèi)DEH失電保護(hù)觸發(fā)。

優(yōu)化方案：將原有監(jiān)視DEH失電保護(hù)的二路信號(hào)與DEH控制器自帶的電源監(jiān)視測(cè)點(diǎn)做與邏輯判斷，判斷后的信號(hào)由DEH輸出至ETS控制系統(tǒng)內(nèi)，此信號(hào)為DEH失電保護(hù)，確保此時(shí)的系統(tǒng)能夠正常的工作運(yùn)轉(zhuǎn)，消除其安全隱患。

2.7系統(tǒng)維護(hù)現(xiàn)狀

該電廠控?zé)嵯到y(tǒng)如今經(jīng)過了一系列的排查及后期的優(yōu)化之后，機(jī)組熱工保護(hù)動(dòng)作的正確性得到進(jìn)一步提高，避免了機(jī)組誤動(dòng)、據(jù)動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，DCS集散控制系統(tǒng)的可靠性大幅提高，而各裝置之間的磨合程度也都提到了提高，原來存在的機(jī)電組誤動(dòng)、拒動(dòng)等問題都已經(jīng)解決。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)組的最大保護(hù)，出現(xiàn)的危險(xiǎn)信號(hào)能夠及時(shí)的發(fā)送給員工，給員工足夠的時(shí)間進(jìn)行檢修和停止，在機(jī)器不正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，首先能夠有一定的自主判斷意識(shí)，確保機(jī)器是否繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)或聯(lián)動(dòng)。自動(dòng)化水平和系統(tǒng)整體的安全可靠性都得到了很大的改善。

三、結(jié)論

熱力保護(hù)系統(tǒng)在電機(jī)組中占據(jù)著極其重要的地位，熱力系統(tǒng)的完善使得火電廠的安全性得到了很大的提高，而各工廠應(yīng)該認(rèn)真對(duì)照新版“二十五項(xiàng)反措”、“安全性評(píng)價(jià)”等進(jìn)行全面的排查檢修，對(duì)不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的項(xiàng)目一律停止，對(duì)超過使用年限的設(shè)備及時(shí)地更換更新，對(duì)各個(gè)裝置包括DCS系統(tǒng)等繼續(xù)進(jìn)行優(yōu)化，保證各裝置的順利運(yùn)行，保證機(jī)組的安全運(yùn)行，從而保證電力這一能源的穩(wěn)定供應(yīng)。

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上接第273頁

發(fā)電、配電相比較差，這些問題的存在導(dǎo)致了電力設(shè)備的利用率低、輸電能力差等。為了最大限度的解決這些問題，就需要加強(qiáng)對(duì)交流電技術(shù)的應(yīng)用。而近年來我國(guó)的交流電技術(shù)得到了全面的發(fā)展，并取得了明顯的進(jìn)步，已經(jīng)處于世界先進(jìn)水平。就目前來說交流電技術(shù)主要有固定串補(bǔ)技術(shù)和可控串補(bǔ)技術(shù)等。交流電技術(shù)的靈活使用可以提高電力設(shè)備的工作效率，推動(dòng)我國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)的進(jìn)一步發(fā)展。

3.4高壓直流輸電技術(shù)的使用

智能電網(wǎng)建設(shè)需要高壓直流輸電技術(shù)的支持，這主要是因?yàn)樗哂腥萘看?、自?dòng)化迅速、智能水平高等特點(diǎn)。高壓直流輸電技術(shù)不僅僅可以用用于輸電系統(tǒng)，同時(shí)也有利于配電系統(tǒng)的形成。對(duì)于我國(guó)來說，高壓直流輸電技術(shù)的研究已經(jīng)相當(dāng)深入，同時(shí)也取得了巨大的進(jìn)步，為我國(guó)的智能電網(wǎng)建設(shè)做出了巨大的貢獻(xiàn)。

3.5數(shù)字化變電站技術(shù)的應(yīng)用

我國(guó)對(duì)于數(shù)字化變電站技術(shù)的研究起步較晚，但是它對(duì)智能電網(wǎng)的建設(shè)具有十分重要的作用。智能電網(wǎng)的建設(shè)是以電網(wǎng)的數(shù)字化為基礎(chǔ)，然后以電網(wǎng)數(shù)字為依據(jù)，最終可以實(shí)現(xiàn)故障自行排除的一個(gè)智能化電網(wǎng)系統(tǒng)。一般來說數(shù)字變化站存在三個(gè)主要的特點(diǎn)，數(shù)字式互感器、智能高壓電器和智能化的運(yùn)行管理系統(tǒng)。這些優(yōu)勢(shì)的存在使得智能電網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)成為可能。

4結(jié)束語

由于智能電網(wǎng)沒有一個(gè)確定的概念，需要依靠實(shí)際情況給予新的含義。我國(guó)的智能電網(wǎng)建設(shè)應(yīng)該在吸收國(guó)外經(jīng)驗(yàn)的條件下，結(jié)合本國(guó)的實(shí)際情況，堅(jiān)持走中國(guó)特色的技術(shù)線路。本文為此闡述了我國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)，其中包含了未來建設(shè)智能電網(wǎng)在其數(shù)字信息化、廣域測(cè)量技術(shù)、靈活交流輸電技術(shù)、高壓直流輸電技術(shù)以及數(shù)字化變電站等。希望為建設(shè)符合中國(guó)國(guó)情的智能電網(wǎng)建設(shè)提供合理化建議。

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