火電廠熱工設備保護系統(tǒng)優(yōu)化分析與研究

田愛軍

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

?

火電廠熱工設備保護系統(tǒng)優(yōu)化分析與研究

田愛軍

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

摘要：在火電廠運行過程中，熱工設備保護可以在機組運行和啟停的過程中，如發(fā)生危險及異常情況時采取及時有效的措施，從而避免事故進一步擴大或消除異常情況，熱工設備保護措施對于整個火電廠的安全運營與長久發(fā)展有著極為重要的意義。依據(jù)火電廠的實際需求和熱工設備保護的主要工作原理，對如何優(yōu)化火電廠熱工設備保護系統(tǒng)進行了全面的分析與研究，并重點探討了汽輪機TSI系統(tǒng)保護優(yōu)化過程中的幾個關鍵點。希望本文能夠為提升火電廠熱工保護系統(tǒng)的可靠性提供一定的參考價值。

關鍵詞：火電廠；熱工設備；汽輪機TSI系統(tǒng)；優(yōu)化

引言

火力發(fā)電對于滿足當前社會中電能的需求有著極為重要的意義。在當前我國環(huán)境資源約束大、能源供應日趨緊張的大背景下，火電廠在我國人民日常生活和經(jīng)濟發(fā)展與建設中占據(jù)著十分重要的地位，發(fā)揮著極為關鍵的作用。

隨著技術的進步，其單機容量不斷增大，體現(xiàn)出越來越高的自動化、智能化等特征。在火電廠所有的設備與設施中，熱工保護是非常重要的一環(huán)，其能夠在機組運行和啟停的過程中發(fā)生危險及異常情況時采取及時有效的措施，從而有效應對這些發(fā)生的緊急情況。然而當前火電廠中，大部分的熱工保護系統(tǒng)多少都會存在拒動、誤動等現(xiàn)象，對于機組的安全運行產(chǎn)生了極大的威脅[1-2]。下面筆者將對火電廠熱工保護系統(tǒng)發(fā)生拒動、誤動的原因進行分析，并針對原因對熱工保護系統(tǒng)提出相應的優(yōu)化對策。

1　火電廠熱工保護系統(tǒng)

1.1硬件組成分析

火電廠熱工保護系統(tǒng)的硬件構成部分主要有保護執(zhí)行回路、輸出模件、控制器、輸入模件以及測量元件。其中，測量元件主要的工作內容就是檢測整個機組設備的大體工作狀況，然后通過輸入模件的作用把獲得的各方面信息最終傳輸?shù)娇刂破髦小４藭r，控制器的主要作用就是在利用算法和設置的基礎上，進一步發(fā)出有用的控制信號，最后借助輸出模件的作用，把控制信號輸送到輸出模件之中。保護執(zhí)行回路就能在參考動作信號作出動作，最終對機組有關設備出現(xiàn)的危險或異常情況進行處理，為機組的穩(wěn)定及安全運行奠定重要的基礎。

1.2拒動、誤動的影響因素分析

導致熱工保護系統(tǒng)發(fā)生拒動、誤動的主要原因有：設計安裝調試存在缺陷、人為因素、電源故障、熱控元件故障、DCS軟硬件故障以及電纜線故障等。隨著DCS控制系統(tǒng)應用的不斷推廣，在火電廠人工保護過程中加入了一些十分重要的過程控制，從而有效提升了機組運行能力和運行時的安全性。然而DCS軟硬件發(fā)生故障的話，則可能會導致出現(xiàn)保護誤動等方面的文壇，例如信號處理故障、通訊障礙，有時候也會發(fā)生設置錯誤。如：

（1）電磁閥元件老化、流量、壓力以及溫度等方面因素出現(xiàn)異常，都會導致產(chǎn)生故障誤發(fā)信號，從而誘發(fā)輸機、主機出現(xiàn)拒動誤動等故障。

（2）空氣潮濕、電纜線老化、接線進水以及絕緣破壞等則會導致電線發(fā)生很多的文壇，如短路和斷路等，這些問題的存在同樣會導致整個熱工系統(tǒng)出現(xiàn)故障。

此外，其也受到其他因素的影響，如安裝不當、工作因素、設備電源等方面存在不足，都會在一定程度上導致熱工保護系統(tǒng)出現(xiàn)拒動誤動等故障。

2　火電廠熱工保護系統(tǒng)優(yōu)化研究

火電廠熱工設備保護系統(tǒng)地位非常重要，是系統(tǒng)中的重要內容。傳統(tǒng)開關控制系統(tǒng)存在很多不足之處，其在設計的時候往往都是從火電廠生產(chǎn)方面需求考慮的，在提高熱工系統(tǒng)的運行能力方面則有所欠缺，其合理的設計思路并沒有過多的體現(xiàn)[3]。

2.1開關容錯優(yōu)化設計分析

火電廠以往的熱工保護系統(tǒng)運行過程中，設計開關容錯模塊時都是按照設備和工藝要求開展的。該設計思路存在多方面的問題，特別是在變送器、一次元件、邏輯開關以及繼電器等硬件設備，這些元件是否能夠一直可靠運行，主要取決于維護管理、運行時間、運行環(huán)境以及產(chǎn)品質量等因素受到很大的影響，一旦這些環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，可可能直接導致熱工保護系統(tǒng)將錯誤的動作發(fā)出去，進而產(chǎn)生誤動或拒動等現(xiàn)象，對機組的安全生產(chǎn)和穩(wěn)定運行產(chǎn)生很大的影響[4]。所謂的容錯優(yōu)化設計，就是指的是在設計開關系統(tǒng)操作邏輯的時候，對設備可能出現(xiàn)的故障進行分析與研究，從而體現(xiàn)進行邏輯措施設置，這樣一來就能有效避免出現(xiàn)邏輯控制失效等方面的問題。

火電廠熱工保護系統(tǒng)本身的容錯能力只有在具備容錯技術的前提下才能發(fā)揮出來，借助其能夠對故障作出科學的檢測、識別與隔離措施，從而在發(fā)生故障之后使得整個開關控制系統(tǒng)進行重構，逐步提升系統(tǒng)運行的可靠性和穩(wěn)定性[5]。就當前的情況而言，一般說來，容錯控制技術就是為了針對變動器和執(zhí)行器出現(xiàn)故障而發(fā)揮有效的作用的。然而在火電廠的熱工保護系統(tǒng)中，該技術本身的邏輯參數(shù)一般都是通過對電機線圈和軸承的溫度進行的，一旦溫度信號在設定值之上時，則就會對保護動作產(chǎn)生觸動[6]。然而因溫度測量回路會出現(xiàn)斷線故障和接觸不良等情況，有時候就會誘發(fā)拒動、誤動等問題，所以需要全面監(jiān)測測量回路，當回路正常時再依據(jù)設定的值對保護動作進行設計觸發(fā)，當回路不正常時則就會觸發(fā)報警信號，等到回路故障消除之后再將其切換為正常的狀態(tài)，從而保證其能穩(wěn)定運行。該容錯設計思路不僅能采用溫度控制，還能在風量保護系統(tǒng)和風煙系統(tǒng)壓力中使用，從而防止出現(xiàn)誤動的問題。

2.2邏輯代數(shù)優(yōu)化設計分析

火電廠整個熱工保護系統(tǒng)中，當開關控制邏輯發(fā)生補充或是修改之后，一般就會變得越來越復雜，從而就導致整個系統(tǒng)發(fā)生錯誤。對其維護管理和安全性產(chǎn)生影響。然而在實際情況中，在設計熱工保護系統(tǒng)開關控制邏輯時，相關設計人員應當追求的是簡單方便、容易操作，因為無論多出何種元件，或者增加了一個環(huán)節(jié)，都可能會導致出現(xiàn)系統(tǒng)故障方面的風險。然而在以往的熱工保護系統(tǒng)中，缺乏PLC、DCS的應用，導致其控制回路較為復雜[7]。采用邏輯代數(shù)則能夠對邏輯控制回路進行科學的設計與分析，對于開關量控制邏輯作出科學的等效變換，這樣就能夠使得邏輯控制簡化與分析變得較為容易。邏輯非、邏輯加、邏輯乘是基本而常見的邏輯運算，利用該邏輯運算，在借助相關規(guī)則的基礎上，最終實現(xiàn)復雜的邏輯關系。然而在實際應用中，火電廠熱工保護系統(tǒng)開關量控制邏輯其實不算復雜，通過一系列的數(shù)學計算方法，如定律交換、邏輯代數(shù)等，再應用配項法、消去法、吸收法以及并項法等就能實現(xiàn)邏輯控制的關系，從使得整個系統(tǒng)變得更加簡化與明了，不會出現(xiàn)太過復雜的邏輯關系，最終為系統(tǒng)運行的可靠性及安全性奠定保證。

3　汽輪機TSI系統(tǒng)保護優(yōu)化對策分析

3.1汽輪機TSI系統(tǒng)存在的問題分析

汽輪機安全監(jiān)視系統(tǒng)TSI是汽輪機一項重要的監(jiān)測保護系統(tǒng)。該系統(tǒng)在整個運行的過程中，可以對汽輪機參數(shù)發(fā)生的任何變化進行監(jiān)視，只要參數(shù)超過極限值就會觸動報警信號，此時保護系統(tǒng)就會自動驅動汽輪機出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象。要想保證汽輪機TSI系統(tǒng)的安全性和可靠性，就應當對其存在的問題進行分析，從而提出具有針對性的優(yōu)化策略。

某省在線運行的TSI系統(tǒng)主要有德國Epro公司的MMS6000系統(tǒng)和本特利3500及3000裝置，經(jīng)過該省各火電廠TSI系統(tǒng)展開的分析和研究，對其在運行時發(fā)生的系統(tǒng)誤動和拒動現(xiàn)象[3-5]，主要包括：第一，絕對振動單點信號保護誤動的概率較大。該省火電廠機組運行中對于汽機振動的保護，一般都是通過絕對振動信號進行觸發(fā)。而對于外部的電磁場來說，其產(chǎn)生的任何變化都會造成錯誤的振動速度，進而導致輸出錯誤信號。第二，從電纜延伸至前置器的接頭出現(xiàn)了污染和松動的現(xiàn)象。第三，受到周邊環(huán)境因素的影響，就會使得整個信號出現(xiàn)問題。汽輪機TSI系統(tǒng)的一次元件使用的探頭是電渦流的，當外部的磁場影響到線圈的磁場的時候，則電渦流強弱就很難將被測物與探頭之間的距離反應出來，誘發(fā)測量異常。除此之外，接地不規(guī)范，導致串入干擾信號以及測量回路電纜老化等都是存在的問題。

3.2汽輪機TSI系統(tǒng)保護優(yōu)化分析

隨著當前市場上發(fā)電成本的逐漸增加，我國電力企業(yè)的市場競爭壓力也在不斷加大，所以如何保證汽輪機TSI系統(tǒng)能夠具有可靠的動作信號和準確的參數(shù)，從而逐步提升系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性和安全性，逐漸成為各個發(fā)電集團面臨的主要問題[6-7]。在全面分析故障問題及影響因素之后，再對TSI系統(tǒng)作出進一步的優(yōu)化處理，最后降低單點信號保護導致的誤動率，是一項十分重要的優(yōu)化措施。

第一，汽輪機TSI系統(tǒng)建議采用常開信號作為跳閘信號；第二，ETS在接受TSI系統(tǒng)輸出的停機開關量和軸承報警信號，（當機頭所朝方向就是氣機，如果轉子轉動的順序是順時針，則可以設左探頭為X向；如果轉子的轉動方向是逆時針，則可以取右探頭為X向。）無論是軸承方向任何一端軸振信號在達到停機設定值的時候，同時其他的軸振信號達到報警設定值并持續(xù)數(shù)秒的時間。此時，ETS就會發(fā)出汽輪機遮斷的信號（參考某常規(guī)火電廠600MW機組振動停機邏輯）。其中涉及到的技術改進材料包括繼電器、接電線端子、端板、標記座、空白標記條、屏蔽電纜、導線等等。

4　結束語

火電廠熱工保護系統(tǒng)對于整個電廠機組設備的安全運行意義重大，但由于整個系統(tǒng)涉及到很廣的范圍，并且組成結構十分復雜，工作較為繁瑣，因而往往容易由于自身系統(tǒng)的文壇導致出現(xiàn)拒動誤動等現(xiàn)象，為了避免出現(xiàn)這方面問題影響到火電廠的正常運行，應當采用邏輯代數(shù)優(yōu)化的方法進一步優(yōu)化與完善系統(tǒng)。尤其是在汽輪機TSI系統(tǒng)保護優(yōu)化方面，其在經(jīng)過優(yōu)化之后有效減少上述提到的各類問題的發(fā)生率。

參考文獻

[1]叢雷,李碩.淺析電廠熱工保護系統(tǒng)的常見故障及防控措施[J].科技創(chuàng)新與應用,2014,08:132.

[2]朱曉星,劉武林,王伯春,謝紅衛(wèi),袁艷純.600MW機組熱工主要保護系統(tǒng)的分析及完善[J].中國電力,2010,03:42-45.

[3]徐艷軍.BN3500汽輪機監(jiān)測保護系統(tǒng)在某廠300MW機組改造中的應用[J].湖南電力,2012,03:54-56.

[4]張秋生,范永勝,史文韜,胡曉花,丁俊宏,高愛民.1000MW汽輪機組軸瓦振動保護誤動的原因分析及對策[J].中國電力,2012,12:7-11.

[5]張步和.基于PLC的火電廠汽輪機熱工保護系統(tǒng)的設計及實現(xiàn)研究[J].科技創(chuàng)業(yè)家,2013,09:128.

[6]費陽陽,李興照.汽輪機檢測保護系統(tǒng)安裝要點及示值異常的鑒別[J].科技創(chuàng)新導報,2011,04:78+80.

[7]周奕勤.巧用萬用表判斷汽輪機監(jiān)視保護儀表(TSI)的測量異常[J].發(fā)電設備,2015,03:216-219.

田愛軍(1983-)，工學學士，華北電力大學，任職單位：中電投新疆能源化工集團有限責任公司烏蘇熱電分公司，職務：設備維護部熱控主管。研究方向：熱工保護、熱工自動化。

E-mail:78240054@qq.com

Study on Optimization of Thermal Protection System in Thermal Power Plant

Aijun Tian
(Xinjiang energy chemical Refco Group Ltd.,JiangWusu,833000,China)

Abstract:In the process of thermal power plant operation,thermal protection can be dangerous and abnormal situation occurred in the operation of the unit,in particular on the start and stop process to take timely and effective measures,so as to avoid further expansion of the accident or eliminate the abnormal situation.For the safe operation of the whole power plant and long development has a very important significance.The main working principle on the basis of thermal power plant,and the actual needs of the thermal protection,how to optimize the thermal equipment in power plant protection system were comprehensive analysis and research,and focus on the optimization of TSI system protection of the relevant points,in order to provide the certain reference value to enhance the safety and reliability of the thermal protection system.

Key words:Thermal power plant;Thermal engineering equipment;Steam turbine TSI system;Optimization

作者簡介：

DOI:工業(yè)技術創(chuàng)新 URL:http//www.china-iti.com10.14103/j.issn.2095-8412.2016.01.012

中圖分類號：TK284.1,TM621.4

文獻標識碼：A

文章編號：2095-8412(2016)01-644-04