火電廠熱工保護(hù)誤動及拒動解決措施與案例分析

鄭 磊

（國能錦界能源有限責(zé)任公司，陜西 神木 719319）

引言

在火電廠實(shí)際運(yùn)行中，不同的主輔設(shè)備都有其正常的運(yùn)行參數(shù)。在正常工況下，運(yùn)行參數(shù)在允許的范圍內(nèi)波動，一旦主輔設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)超出了正常范圍，熱工保護(hù)系統(tǒng)就會啟動，自動將相關(guān)設(shè)備的聯(lián)動起來，并采取相應(yīng)的措施來保護(hù)設(shè)備，避免設(shè)備發(fā)生大的損壞或者釀成大的事故。近年來，隨著發(fā)電機(jī)組容量的增加，熱工自動化的程度也越來越高，尤其是DCS系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，大大提高了火電機(jī)組運(yùn)行的安全性和可靠性。但在機(jī)組容量增加的同時(shí)，參與熱工保護(hù)的參數(shù)也越來越多，保護(hù)系統(tǒng)可能會由于自身的故障出現(xiàn)誤動或拒動的情況。誤動是機(jī)組主輔設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)正常，但由于熱工保護(hù)系統(tǒng)自身故障而引起動作，導(dǎo)致主輔設(shè)備停止運(yùn)行。而拒動是當(dāng)機(jī)組主輔設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)不正常，出現(xiàn)故障時(shí)，熱工保護(hù)系統(tǒng)卻沒有保護(hù)動作。在實(shí)際運(yùn)行中，熱工保護(hù)系統(tǒng)的拒動危害要遠(yuǎn)高于誤動危害，因?yàn)橹鬏o設(shè)備已發(fā)生故障，保護(hù)系統(tǒng)還沒有工作，就會引發(fā)更大的故障。因此，提高熱工保護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少誤動，杜絕拒動，對于火電機(jī)組運(yùn)行的主輔設(shè)備保護(hù)具有重要的意義。

1 火電熱工保護(hù)誤動及拒動的主要原因

1.1 DCS系統(tǒng)故障

DCS系統(tǒng)因其強(qiáng)大的功能在火電機(jī)組中的應(yīng)用越來越廣泛。但是作為一種構(gòu)成復(fù)雜的控制系統(tǒng)，DCS系統(tǒng)的硬件以及軟件會出現(xiàn)一些故障，比如輸出模塊、網(wǎng)絡(luò)通訊以及控制故障等，這些故障都有可能導(dǎo)致熱工保護(hù)系統(tǒng)出現(xiàn)誤動。最常見的是端子保險(xiǎn)絲熔斷，系統(tǒng)就檢測不到設(shè)備的真實(shí)運(yùn)行狀況，就容易引發(fā)誤動、拒動[1]。

1.2 線路連接不牢或老化

在火電機(jī)組運(yùn)行中，由于其運(yùn)行環(huán)境比較惡劣，高溫、粉塵以及空氣潮濕等都會導(dǎo)致線路的連接出現(xiàn)接觸不良、松動以及腐蝕的情況。還有就是線路在長期運(yùn)行過程中，由于維護(hù)更新不及時(shí)，會出現(xiàn)老化現(xiàn)象，絕緣受到破壞，接線端子松動或進(jìn)水等情況，這些現(xiàn)象會引起線路短路或斷路，導(dǎo)致熱工保護(hù)誤動、拒動。比如，在汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)中，有的信號傳輸電纜需要經(jīng)過機(jī)頭的高溫區(qū)，運(yùn)行時(shí)間一長，就容易導(dǎo)致線路的絕緣老化出現(xiàn)短路，導(dǎo)致保護(hù)誤動。

1.3 設(shè)備電源故障

DCS系統(tǒng)在熱工保護(hù)系統(tǒng)中的應(yīng)用，不僅提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時(shí)也會因?yàn)樵O(shè)備的電源故障引起熱工保護(hù)誤動。電源設(shè)備故障主要是電源的插件接觸不良，零部件運(yùn)行時(shí)間長而發(fā)生老化導(dǎo)致的。在實(shí)際運(yùn)行中，有電廠曾經(jīng)因?yàn)闊峁けＷo(hù)系統(tǒng)中DEH系統(tǒng)的電源故障導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)[2]。

1.4 人為因素

由于人為因素導(dǎo)致的熱工保護(hù)誤動、拒動的實(shí)例也比較多。主要是由于熱工操作人員沒有嚴(yán)格按照操作流程進(jìn)行維護(hù)檢修導(dǎo)致的，比如，看錯(cuò)端子接排線、安裝操作不當(dāng)?shù)取Ｈ缒畴姀S機(jī)組在運(yùn)行中，由于A引風(fēng)機(jī)軸承溫度過高，強(qiáng)制保護(hù)已啟動。熱工人員在檢查A引風(fēng)機(jī)時(shí)，看錯(cuò)端子，對正在運(yùn)行中的B引風(fēng)機(jī)軸承溫度計(jì)進(jìn)行了誤操作，導(dǎo)致B引風(fēng)機(jī)的軸承溫度過高而出現(xiàn)保護(hù)誤動。還有就是因?yàn)槿藛T檢修不到位導(dǎo)致的熱工保護(hù)誤動。某電廠發(fā)生過高壓調(diào)節(jié)閥行程開關(guān)壓桿螺栓松動脫落導(dǎo)致的保護(hù)誤動。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，壓桿螺栓在安裝過程中，并未采取相應(yīng)的防松動操作，未加彈簧墊圈，導(dǎo)致螺栓在長期振動下出現(xiàn)松動脫落。另外，控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、安裝過程中，也會由于設(shè)計(jì)上的缺陷以及安裝不當(dāng)?shù)纫l(fā)機(jī)組的熱工保護(hù)誤動，雖然這類原因引起的保護(hù)誤動、拒動比較少，但在實(shí)際運(yùn)行中也存在。

2 防止熱工保護(hù)誤動、拒動的措施

2.1 加強(qiáng)對系統(tǒng)的維護(hù)

加強(qiáng)對系統(tǒng)的維護(hù)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)、排除系統(tǒng)的安全隱患，讓系統(tǒng)的安全可靠性更高。首先，要加強(qiáng)對系統(tǒng)軟件的維護(hù)。為了保證系統(tǒng)的安全性，要設(shè)置不同的安全級別，不同的用戶級別只能在自己的權(quán)限內(nèi)負(fù)責(zé)相應(yīng)的窗口。在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，不得隨意修改或增刪保護(hù)邏輯，如果因?yàn)樯a(chǎn)安全需要進(jìn)行了保護(hù)邏輯修改，要做好修改部分的備份工作，為后續(xù)的檢修維護(hù)提供數(shù)據(jù)。其次，加強(qiáng)對保護(hù)系統(tǒng)的電源管理。對于接線端子要經(jīng)常檢查，查看是否有松動；要經(jīng)常對電源設(shè)備進(jìn)行除塵處理；查看冗余電源的輸出電壓是否穩(wěn)定、電源的指示燈是否正常等，查看兩路冗余電源的切換是否正常，切換的時(shí)間間隔是不是在正常的范圍內(nèi)等。最后，定期檢查接地。在實(shí)際運(yùn)行中，接地會受到信號的干擾，因此要嚴(yán)格地執(zhí)行接地要求，信號線的布設(shè)要遠(yuǎn)離干擾源，布設(shè)的電纜規(guī)格要符合實(shí)際運(yùn)行要求，接線盒要密封防潮，防腐蝕。類型不同的信號傳輸需要用不同的電纜，而且信號電纜的鋪設(shè)要按照不同的信號種類分開，避免使用同一電纜既作為動力線，又作為信號線[3]。

2.2 加強(qiáng)對熱工保護(hù)設(shè)備的檢修

熱工保護(hù)的投入及退出流程必須嚴(yán)格按照運(yùn)行規(guī)定執(zhí)行。要確保運(yùn)行機(jī)組都有熱工保護(hù)，且熱工保護(hù)不得隨意解除。在機(jī)組投入啟動前，要確保熱工保護(hù)運(yùn)行穩(wěn)定。此外，要對熱工保護(hù)回路進(jìn)行定期檢查，尤其是重點(diǎn)排查熱工保護(hù)設(shè)備，查看其運(yùn)行狀況，發(fā)現(xiàn)隱患、缺陷后要及時(shí)處理，確保熱工保護(hù)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。加強(qiáng)對高溫環(huán)境下運(yùn)行線路的排查，在進(jìn)行定期檢修過程中，要檢測電纜的絕緣情況，將檢測到的絕緣電阻與上次的檢測情況相比，如果電阻出現(xiàn)較大變化，說明電纜的絕緣受到破壞，要及時(shí)更換。同時(shí)校驗(yàn)開關(guān)和定期清理保護(hù)設(shè)備，要經(jīng)常對負(fù)壓開關(guān)的取樣管進(jìn)行吹灰，防止粉塵堵塞取樣管。

2.3 采取冗余設(shè)計(jì)

過程控制站的電源和控制器基本都實(shí)現(xiàn)了冗余設(shè)計(jì)，一些重要的熱工信號也應(yīng)該進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)。采用多回路冗余設(shè)置，即便其中的一條回路出現(xiàn)故障不能運(yùn)行，其余的回路依然可以保證保護(hù)功能不受影響。比如，在實(shí)際運(yùn)行中，汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速隨負(fù)荷變化而動態(tài)的進(jìn)行變化。對于汽輪機(jī)的超速保護(hù)，可以設(shè)置2～3個(gè)測速卡，每個(gè)測速卡都可以獨(dú)立的啟動跳閘回路，它們是并聯(lián)的關(guān)系，一旦檢測到汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速超出正常的運(yùn)行范圍，就開始進(jìn)行保護(hù)。跳閘回路是由電磁閥和泄油回路組成，任意一個(gè)電磁閥動作就會泄掉油壓，而且其中一個(gè)電磁閥發(fā)生故障也不會引起誤動、拒動。

2.4 利用多途徑實(shí)現(xiàn)對主要設(shè)備的停運(yùn)

在實(shí)際運(yùn)行中，保護(hù)控制信號停運(yùn)某臺設(shè)備基本是一條途徑，這樣的話，是單一的回路控制，如果回路發(fā)生故障，就可能會出現(xiàn)設(shè)備無法停運(yùn)的故障。因此，要確?？刂菩盘柲軌驈母嗟耐緩絹韺?shí)現(xiàn)對某設(shè)備的停運(yùn)。通常情況下，可以設(shè)置三條回路：一是，保護(hù)控制信號直接通過跳閘繼電器來控制停運(yùn)設(shè)備；二是，保護(hù)控制信號在啟動跳閘繼電器的同時(shí)，把設(shè)備停運(yùn)的信號傳送到設(shè)備控制器中，讓設(shè)備控制器來實(shí)現(xiàn)對控制設(shè)備的停運(yùn)；三是，控制信號啟動跳閘繼電器，繼電器動作后將跳閘的信號傳給設(shè)備控制器，設(shè)備控制器再對相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行停運(yùn)。通過多種不同方式來實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的停運(yùn)，避免了單一回路發(fā)生故障引起的保護(hù)拒動[4]。

3 電廠熱工保護(hù)誤動及拒動案例分析

3.1 ETS觸摸屏故障導(dǎo)致保護(hù)誤動

某火電廠2號機(jī)組ETS電源故障導(dǎo)致保護(hù)誤動，機(jī)組跳閘。該電廠的ETS觸摸屏的電源保險(xiǎn)容量低，機(jī)組運(yùn)行中，發(fā)生觸摸屏供電保險(xiǎn)熔斷導(dǎo)致的輸入電源短路，保護(hù)誤動。當(dāng)誤動發(fā)生后，機(jī)組進(jìn)一步檢查了ETS保護(hù)系統(tǒng)，同時(shí)對該系統(tǒng)進(jìn)行了相應(yīng)的電源測試。結(jié)合測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，觸摸屏的供電回路保險(xiǎn)由于負(fù)荷過大而燒壞，ETS系統(tǒng)的電源電壓就降低了，而且電壓降低的過程很快，在這個(gè)故障的影響下，PLC系統(tǒng)卡件查詢電壓會低于正常值，而一旦低于正常的電壓值，就有可能觸發(fā)與之相對應(yīng)的通道信號回路，導(dǎo)致誤動發(fā)生。解決措施：首先，對2號機(jī)組與ETS相關(guān)的電源回路進(jìn)行檢查，尤其是保險(xiǎn)的容量要滿足實(shí)際運(yùn)行要求，并定期地更換保險(xiǎn)，防止長期運(yùn)行導(dǎo)致保險(xiǎn)燒毀情況。不得更換容量過大或過小的保險(xiǎn)，容量過大起不到保險(xiǎn)的作用，過小容易被燒壞。其次，對于重要的控制設(shè)備電源進(jìn)行認(rèn)真檢查，確保電源回路正常，冗余配置不存在安全隱患，盡可能地消除電源回路異常對保護(hù)系統(tǒng)的影響。最后，結(jié)合實(shí)際的運(yùn)行情況，將ETS觸摸屏拆除[5]。因?yàn)镋TS觸摸屏并不是可以進(jìn)行操作的屏，顯示屏對于機(jī)組的運(yùn)行來說不是必要的部件。而且ETS觸摸屏的電源是與保護(hù)回路共用的，一旦觸摸屏電源出現(xiàn)故障，就會影響保護(hù)回路，會影響機(jī)組的運(yùn)行。因此，將ERTS觸摸屏拆除會讓保護(hù)回路更加的可靠，也就避免了由于ETS電源故障帶來的主保護(hù)誤動。

3.2 磨煤機(jī)出口溫度高引發(fā)的保護(hù)拒動

某火電廠機(jī)組運(yùn)行人員將3號機(jī)組的B制粉系統(tǒng)啟動后，B給煤機(jī)啟動不到5 min，B磨煤機(jī)的出口溫度突然升高，兩個(gè)出口的溫度一個(gè)升至280℃，一個(gè)升至135℃，已經(jīng)超出了正常的運(yùn)行參數(shù)范圍，但磨煤機(jī)并沒有進(jìn)行跳閘保護(hù)。根據(jù)此情況，機(jī)組運(yùn)行人員緊急將B磨煤機(jī)停止，同時(shí)采取降溫措施，磨煤機(jī)出口溫度才逐漸降低，之后磨煤機(jī)才有跳閘動作。在該機(jī)組中，B磨煤機(jī)的出口溫度設(shè)定最大值為102℃，而且每臺磨煤機(jī)上都設(shè)置了兩個(gè)測量溫度的點(diǎn)，采用的是二取二的設(shè)計(jì)。在B磨煤機(jī)出口溫度快速升高的同時(shí)，兩個(gè)溫度測量點(diǎn)的溫度都已經(jīng)超過了設(shè)定的102℃，但B磨煤機(jī)的溫度高保護(hù)卻發(fā)生了拒動。

經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，該電廠機(jī)組磨煤機(jī)的溫度高保護(hù)邏輯是選取測量溫度的最低值進(jìn)行輸出，之后再與保護(hù)設(shè)定值進(jìn)行比較，如果測量點(diǎn)的最低溫度超出了保護(hù)設(shè)定值，就會進(jìn)行溫度高保護(hù)。但是在該案例中，B磨煤機(jī)出口的兩個(gè)測溫點(diǎn)的溫度都超過了最大設(shè)定值，卻沒有進(jìn)行溫度高保護(hù)。是因?yàn)槟ッ簷C(jī)出口的兩個(gè)溫度測量點(diǎn)還具有壞質(zhì)量判斷功能，只要有壞質(zhì)量參數(shù)，信號輸出就會被屏蔽，溫度高保護(hù)也就不會啟動。而壞質(zhì)量參數(shù)判斷的依據(jù)是溫度輸入信號高于145℃時(shí)，或者是溫度的變化速率超過了8 K/s時(shí)，這兩個(gè)條件是“或”的關(guān)系，只要有一個(gè)條件滿足就會被認(rèn)為是壞質(zhì)量參數(shù)。根據(jù)實(shí)際的運(yùn)行情況來看，磨煤機(jī)內(nèi)的煤粉進(jìn)行燃燒時(shí)，出口溫度會迅速的上升，而相對應(yīng)的溫度變化的速率也是遠(yuǎn)超8 K/s的。因此，保護(hù)邏輯就將兩個(gè)溫度測量點(diǎn)的測量參數(shù)判定為壞質(zhì)量，也就進(jìn)行了信號屏蔽，導(dǎo)致沒有保護(hù)動作。

解決措施：機(jī)組運(yùn)行人員結(jié)合實(shí)際運(yùn)行工況，經(jīng)過認(rèn)真考慮后決定，采用相應(yīng)的措施來完善出口溫度的壞質(zhì)量參數(shù)判斷條件?？紤]到實(shí)際運(yùn)行中，磨煤機(jī)內(nèi)部煤粉燃燒的過程劇烈，短時(shí)間內(nèi)溫度上升很快，8 K/s的溫度變化速率設(shè)定值不滿足實(shí)際的運(yùn)行要求。因此，將溫度變化的速率值改為45 K/s，經(jīng)過較長一段時(shí)間的運(yùn)行，沒有發(fā)生過因?yàn)闇囟人俾首兓^設(shè)定值而發(fā)生保護(hù)拒動的情況。說明這個(gè)改善措施是有效的，溫度變化速率值滿足了磨煤機(jī)實(shí)際燃燒的工況要求。

4 結(jié)語

隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，火電廠的機(jī)組設(shè)備越來越自動化、智能化，系統(tǒng)的安全性、可靠性也越來越高。但設(shè)備在長期運(yùn)行過程中，由于自身的磨損，加上運(yùn)行環(huán)境的影響，不可避免會發(fā)生故障。設(shè)備的故障雖然不可避免，但事故可以避免，這就需要相關(guān)的工作人員切實(shí)擔(dān)負(fù)起責(zé)任，做好日常的檢修維護(hù)工作。尤其是熱工保護(hù)操作人員，要確保讓熱工保護(hù)盡可能的做到正確動作，最大可能地減少誤動，杜絕拒動，真正把好熱力設(shè)備的安全運(yùn)行關(guān)。