燃煤發(fā)電廠熱工自動化設備及系統(tǒng)風險分析及對策措施

李延

摘要：通過深入辨識燃煤電廠熱工自動化設備及系統(tǒng)危險因素，發(fā)掘系統(tǒng)中可能存在的風險，進一步明晰熱工運行中發(fā)生事故的原因，從而提出有針對性的防范措施，為管理者提供新的思路和方法，以確保燃煤電廠熱控系統(tǒng)安全穩(wěn)定生產(chǎn)。

Abstract： Through in-depth identification of thermal equipment and system risk factors of coal-fired power plants， the potential risks in the system can be discovered， and the causes of accidents in thermal operation can be further clarified， so that targeted preventive measures can be proposed to provide new management ideas and methods to ensure the safe and stable production of thermal control systems for coal-fired power plants.

關鍵詞：燃煤電廠;熱工設備;系統(tǒng)風險;對策措施

Key words： coal-fired power plant;thermal equipment;system risk;countermeasure

中圖分類號：TM62? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）25-0120-02

0? 引言

隨著現(xiàn)代信息技術和控制技術的不斷發(fā)展，燃煤電廠的自動化控制水平得到大幅度提升，同時也引發(fā)了新的矛盾發(fā)生，如何辨識熱工自動化設備及系統(tǒng)風險并實現(xiàn)防控，成為當前燃煤電廠一項新的任務。為此，本文試圖通過對電廠通用熱控系統(tǒng)進行風險分析和辨識，發(fā)現(xiàn)引發(fā)事故的原因和途徑，從而采取有效防范措施，以更好的控制熱工自動化設備及系統(tǒng)風險，提高設備安全運行能力和水平，做到防患于未然。

1? 燃煤電廠熱工自動化設備及系統(tǒng)簡介

燃煤發(fā)電廠通過采取完整的檢測、控制、自動化系統(tǒng)等集中控制方式，以確保發(fā)電機組及其輔助系統(tǒng)安全、可靠、經(jīng)濟運行。通常爐、機、電及全廠輔助車間均采用集中控制，集中控制一般采用兩機一控的控制方式?？刂品绞娇梢愿鶕?jù)機組實際進行組合選用，現(xiàn)介紹一種通用方式，以此說明燃煤電廠熱動控制基本情況。

1.1 機組級自動化水平。單元機組控制采用以微處理器為基礎的分散控制系統(tǒng)（DCS）實現(xiàn)，主要包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）、模擬量控制系統(tǒng)（MCS）、順序控制系統(tǒng)（SCS）、爐膛安全監(jiān)視及燃燒器管理系統(tǒng)（BMS）、旁路控制系統(tǒng)（BYPASS）和電氣控制系統(tǒng)（包括廠用電、發(fā)變組）等。機組DCS的人機接口采用操作員站及大屏幕液晶顯示器，作為機組的監(jiān)控中心?？刂婆_上布置DCS系統(tǒng)操作員站及少量的緊急事故停車按鈕。機組DCS控制系統(tǒng)由電廠中央控制室或集中控制中心對整臺機組進行綜合控制，其他相關的自動控制系統(tǒng)、聯(lián)鎖裝置、遠方控制操作、報警系統(tǒng)和工業(yè)視頻監(jiān)視等均在顯示器（CRT）上按照各種運行方式控制完成其動作和要求，機組將控制臺和其輔助盤分開設置，并配置足夠的通風設施，在機組控制臺上DCS操作站獨立空間上鎖布置。對于輔機的啟動、停機和運行控制按照其相應的運行模式，由功能子組按順序控制。

1.2 輔助系統(tǒng)級自動化水平。輔助系統(tǒng)包括化學水處理及預處理、凝結水精處理、取樣及加藥、除灰渣、采暖通風、廢水處理、空壓機房、輸煤系統(tǒng)等。輔助車間的控制設置輔助車間控制網(wǎng)絡來實現(xiàn)。除灰系統(tǒng)、化學補給水程序控制系統(tǒng)等控制系統(tǒng)，既可在就地控制室內(nèi)控制，也可在中央控制室內(nèi)控制，調(diào)試結束正常運行后可將就地控制室內(nèi)的CRT移至中央控制室。

1.3 廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)水平。廠級監(jiān)控系統(tǒng)（SIS）功能主要包括實現(xiàn)全廠生產(chǎn)過程參數(shù)的采集和管理、廠級性能計算和分析功能、現(xiàn)場各類重要設備設施和信息安全管理等。DCS系統(tǒng)一般按照同類型機組的經(jīng)驗參數(shù)和系統(tǒng)、國家及行業(yè)相關標準規(guī)范和規(guī)程要求對相關運行參數(shù)進行調(diào)試整定，變送器、自動控制及遠方操作執(zhí)行器、儀器儀表、保護聯(lián)鎖用驅動開關、單項隔離網(wǎng)閘、縱向加密裝置等均按照高效、職能、合規(guī)的要求選用。

2? 熱控系統(tǒng)風險分析與辨識

2.1 風險分析。如果DCS發(fā)生故障，出現(xiàn)機組保護拒動或誤動、測溫裝置指示錯誤、測壓裝置指示錯誤、自動調(diào)節(jié)裝置失常、電源故障等方面的風險時，運行人員不能進行實時操作，失去對發(fā)電機組監(jiān)控操作和遠方控制，導致整臺機組運行失去控制，或者由于機組控制紊亂產(chǎn)生的錯誤信息和提示誤導機組運轉員，影響運行人員對機組運行工況的判斷，從而造成誤指揮、誤操作。如果DCS不采取有效的安全防護措施，容易受到計算機病毒入侵或者惡意攻擊，出現(xiàn)電氣一次系統(tǒng)事故、電力二次系統(tǒng)的崩潰或癱瘓，甚至可能出現(xiàn)大面積停電事故。熱控系統(tǒng)危險因素主要有熱控系統(tǒng)設計不周或遺漏;熱控設備制造質(zhì)量不良;熱控設備施工安裝不良;熱控設備基建調(diào)試不到位;維護檢修管理不良和人為誤操作等類型。

2.2 事故類型及原因分析。對近年來熱控系統(tǒng)發(fā)生的事故進行綜合分析，主要有六種類型，第一種為機組分布式控制系統(tǒng)（DCS）失靈事故，造成該事故的原因主要有UPS電源發(fā)生故障導致DCS或LCD的供電回路失去電源，或其系統(tǒng)集中控制電纜，涉及電源、通信電纜和接頭等故障，致使系統(tǒng)死機或LCD黑屏;通信電纜和接口負荷過重，發(fā)生傳輸不穩(wěn)定，導致通信信息不暢通造成系統(tǒng)死機現(xiàn)象發(fā)生;由于操作不當或硬件設備損壞等原因，造成主機鍵盤或電纜接件和插件發(fā)生損壞，沒有響應操作指令，造成不能正常操作系統(tǒng);軟件出錯、主控制器負荷過高、配置出錯;病毒入侵或惡意攻擊;電磁干擾;電子設備運行環(huán)境不良。第二種為壓力/差壓測量裝置故障，造成該事故的原因主要有UPS電源故障或導線故障原因，各類變送器的電源回路不能正常供電，失去電源，致使系統(tǒng)測量裝置無法正常進行輸入輸出;測量裝置元件故障或裝置彈性實效，不能準確指示數(shù)據(jù);儀表不能正常傳壓，致使壓力表無指示或差壓表指最大或最小;傳壓通道受凍結冰，致使壓力表漸趨向最大值，差壓表漸趨向最大值或最小值;雜物等堵塞儀表的傳壓通道，致使指針不動或者卡死;控制系統(tǒng)的組件輸入輸出點出現(xiàn)異常，導致指示不準;取樣裝置未進行防磨設計。第三種為溫度測量裝置故障，造成該事故的原因主要有測溫裝置線路故障或UPS電源回路失去電源，導致測量裝置不能正確輸出數(shù)據(jù);測量裝置的相關元件及線路出現(xiàn)故障或損害，導致溫度測量裝置指針實效，或指向最大值或指向最小值或卡死;DCS的I/O組件輸入點故障，導致示值異常;元件安裝不當，其測溫部件沒有接觸到被測量部位或介質(zhì)，造成測量偏低;外部電磁干擾，影響輸出值。第四種為機組保護拒動或誤動事故，造成該事故的原因主要有機組保護設施供電線路故障或供電失去UPS電源，導致機組保護失靈，出現(xiàn)拒動現(xiàn)象;機組保護檢測裝置及其線路故障或損壞，導致機組不能正確動作，出現(xiàn)拒動現(xiàn)象;機組保護用的通訊設施及元器件故障，不能正常的傳輸和接受信號，或者保護用的輸入輸出元件或組件故障或線路故障，導致機組保護實效;機組保護裝置的整定出現(xiàn)誤差或者不準，導致保護系統(tǒng)誤動;原設計缺乏前瞻性，邏輯設計存在結構性安全隱患，導致機組保護誤動;雙路電源自動切換時出現(xiàn)故障，導致信息丟失造成機組保護誤動作;集控系統(tǒng)保護用的主機芯片故障或出現(xiàn)電磁干擾等誘發(fā)保護系統(tǒng)邏輯運算錯誤，造成機組保護誤動作。第五種為自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)失控事故，造成該事故的原因主要有熱工電源系統(tǒng)故障，造成該事故的原因主要有自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的電源故障或線路故障，導致機組自動調(diào)節(jié)失去控制;自動調(diào)節(jié)的檢測裝置及其線路故障，導致相關信號異常或不穩(wěn)定，造成調(diào)整門變化不均;調(diào)節(jié)系統(tǒng)的相關執(zhí)行機構出現(xiàn)故障或缺陷，致使調(diào)節(jié)裝置的機構不動或失靈，造成調(diào)節(jié)動作異常;雙路電源故障，自動切換時出現(xiàn)信息丟失，造成自動控制調(diào)節(jié)裝置失去控制;調(diào)節(jié)器芯片故障或運算紊亂，導致調(diào)節(jié)失去正常控制;機組保護用的通信設備或元器件故障，傳輸信息異常，機組保護出現(xiàn)拒動或誤動;儀表用的氣源出現(xiàn)故障。第六種為熱工電源系統(tǒng)故障，造成該事故的原因主要有UPS電源及線纜等元器件受到外力損害;線路絕緣老化導致的短路或者接地現(xiàn)象;電源回路負荷超載致使熔斷器燒斷或者選型不準，造成越級跳閘現(xiàn)象發(fā)生;熱工電源回路出現(xiàn)短接，導致電源開關動作。

3? 熱工自動化設備及系統(tǒng)風險防范安全技術措施

熱工控制系統(tǒng)的設計及設備選型應執(zhí)行《火力發(fā)電廠熱工控制系統(tǒng)設計技術規(guī)定》《火力發(fā)電廠熱工自動化就地設備安裝、管路及電纜設計技術規(guī)定》《火力發(fā)電廠廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)技術條件》《熱工自動化系統(tǒng)運行檢修維護規(guī)程》等標準規(guī)范，以及《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項重點要求》和電力二次系統(tǒng)安全防護的相關規(guī)定。重點強調(diào)如下風險防范技術措施：熱工自動化系統(tǒng)和設備的選型必須要有前瞻性，應選用質(zhì)量可靠的設備、裝置和器件，確保能夠采用獨立常規(guī)手段操作。控制系統(tǒng)的配置要滿足各種運行工況條件的監(jiān)控技術要求，芯片負荷率要滿足機組要求并留有余度。系統(tǒng)電源應配置可靠的UPS電源，滿足備用電源切換的最小時間。電源故障應設置聲光報警裝置。各種系統(tǒng)接口要穩(wěn)定可靠，并留有足夠的冗余。按照反措要求，系統(tǒng)應設有防止誤動和拒動的應對策略，防止系統(tǒng)電源發(fā)生誤動。熱工保護系統(tǒng)應確保系統(tǒng)的獨立性，在總控制臺上設置滿足要求的跳閘按鈕，接至停爐、停機相關驅動回路中。單元機組應有事故追憶功能。DCS鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）控制器必須留有足夠的冗余，且可自動切換，同時裝置設置自動和手動切換試驗功能。做好熱工保護相關線纜的接地工作，并嚴格進行檢驗檢測。

DCS的運行環(huán)境要滿足溫度、適度、通風等要求。做好機房防雷防靜電管理，機房地板為防靜電地板或地面。

單元機組、直流系統(tǒng)、廠用系統(tǒng)、交流不停電電源系統(tǒng)和柴油發(fā)電機系統(tǒng)的測量應按照《電測量儀表裝置設計規(guī)程》配置，由DCS進行監(jiān)測。儀用的相關氣源要獨立設置，并保證質(zhì)量，確保氣動執(zhí)行機構的正常動作，儲氣量應保持15min供氣。

4? 熱工自動化設備及系統(tǒng)風險防范安全管理措施

熱工自動化設備及系統(tǒng)的安全管理主要包括崗位安全責任制、安全管理制度、應急預案以及信息監(jiān)控系統(tǒng)方面的管理。其中燃煤電廠熱工安全管理制度包括熱工技術監(jiān)督管理制度、熱工檢修管理制度、熱控工作票和操作票管理制度、熱工設備巡點檢制度、熱工設備維護管理制度、熱工設備資料技術檔案管理制度、熱工崗位安全教育培訓管理制度、熱控設備缺陷和事故管理制度、熱工設備定期校驗制度、熱工計量管理制度、熱工DCS系統(tǒng)/輔控網(wǎng)工程師站分級授權管理制度、計算機系統(tǒng)防病毒管理制度、工程師站管理細則等。

5? 結論

燃煤電廠熱工自動化設備及系統(tǒng)風險不容忽視，通過對其系統(tǒng)危險因素的辨識，充分發(fā)掘了6類事故的發(fā)生的致因，從安全技術和安全管理兩個方面提出了防范措施，是對電廠熱工系統(tǒng)風險防控的總結和概括，為安全管理者管控熱工系統(tǒng)風險提供技術支持和保障。

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