火力發(fā)電廠的熱控保護(hù)技術(shù)及實(shí)施要點(diǎn)研究

趙 創(chuàng)

(晉能電力塔山發(fā)電山西有限公司，大同 037000)

0 引 言

火力發(fā)電廠在我國(guó)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)中占據(jù)重要位置，直接關(guān)系到經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及社會(huì)運(yùn)行。火力發(fā)電廠主要利用原材料燃燒產(chǎn)生熱能，推動(dòng)熱能向電能的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)發(fā)電。在轉(zhuǎn)換能量過(guò)程中由于能量負(fù)荷增加，長(zhǎng)期下來(lái)會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞運(yùn)行設(shè)備。因此發(fā)電廠需要利用熱控保護(hù)技術(shù)加強(qiáng)對(duì)設(shè)備和系統(tǒng)的保護(hù)，能夠提高發(fā)電生產(chǎn)的安全性，需要根據(jù)發(fā)電廠發(fā)電設(shè)備現(xiàn)有條件，充分結(jié)合熱控保護(hù)技術(shù)，充分發(fā)揮出技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

1 火力發(fā)電廠的熱控保護(hù)技術(shù)

熱控保護(hù)技術(shù)作為火力發(fā)電廠的特色技術(shù)，發(fā)電廠通過(guò)運(yùn)行設(shè)備燃燒原材料獲得熱能，利用熱能帶動(dòng)設(shè)備促進(jìn)設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽D(zhuǎn)換過(guò)程對(duì)于發(fā)電工藝要求嚴(yán)格。在發(fā)電過(guò)程中熱控保護(hù)裝置可以保護(hù)熱能轉(zhuǎn)電能，提高發(fā)電設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。在運(yùn)行設(shè)備產(chǎn)能過(guò)程中，由于熱能產(chǎn)生不穩(wěn)定，容易損壞設(shè)備，需要加以控制溫度保護(hù)設(shè)備，提高發(fā)電生產(chǎn)的安全性。熱控保護(hù)技術(shù)能夠通過(guò)熱控裝置密切監(jiān)護(hù)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)控。熱控保護(hù)技術(shù)可以避免安全事故的發(fā)生。在先進(jìn)技術(shù)推動(dòng)下，熱控保護(hù)技術(shù)和裝置不斷完善，提高熱控系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但仍然有很多發(fā)電廠設(shè)備和技術(shù)相對(duì)落后，設(shè)備本身難以應(yīng)用先進(jìn)的熱控保護(hù)技術(shù)，需要在設(shè)備現(xiàn)有條件基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，因此對(duì)于熱控保護(hù)技術(shù)的優(yōu)化和應(yīng)用提出了更高的要求。因此需要對(duì)熱控保護(hù)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高熱控保護(hù)技術(shù)運(yùn)行穩(wěn)定性，能夠?qū)⑷肆图夹g(shù)充分融合，充分提高系統(tǒng)的功能性，能夠靈活適應(yīng)發(fā)電廠的生產(chǎn)需要，保證火力發(fā)電的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 熱控保護(hù)技術(shù)主要問(wèn)題

2.1 技術(shù)性

熱控保護(hù)技術(shù)在火力發(fā)電廠中起到保護(hù)發(fā)電系統(tǒng)的作用，能夠根據(jù)生產(chǎn)情況對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)監(jiān)控和保護(hù)，尤其是生產(chǎn)環(huán)節(jié)上，熱控保護(hù)技術(shù)直接關(guān)系到生產(chǎn)的安全性，因此對(duì)于熱控保護(hù)技術(shù)要求高，需要對(duì)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行展開(kāi)實(shí)時(shí)監(jiān)控，科學(xué)合理利用熱控保護(hù)技術(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)組溫度異常升高的情況，視情況完成生產(chǎn)調(diào)控工作。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，熱控保護(hù)技術(shù)在信息技術(shù)的支持下能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化調(diào)控和實(shí)時(shí)調(diào)控，讓熱控保護(hù)系統(tǒng)功能更加完善，顯著提升了熱控保護(hù)的有效性。常見(jiàn)的熱控保護(hù)技術(shù)主要包括互鎖閉鎖方案、無(wú)憂切換邏輯等技術(shù)，經(jīng)過(guò)技術(shù)人員的事前調(diào)控，在DCS控制程序中調(diào)控自動(dòng)控制程序，設(shè)定明確的壓力指標(biāo)，通過(guò)算法模塊和CTR參數(shù)的調(diào)整，能夠?qū)崿F(xiàn)主控器的自動(dòng)調(diào)控。但由于很多發(fā)電廠控制系統(tǒng)程序滯后，熱控保護(hù)技術(shù)有待優(yōu)化，需要經(jīng)過(guò)工作人員完善設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮出自動(dòng)控制功能，才能保證發(fā)電廠的穩(wěn)定生產(chǎn)。

2.2 可靠性

如今我國(guó)火力發(fā)電廠建設(shè)逐漸完善，規(guī)模逐漸擴(kuò)大，運(yùn)行設(shè)備越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)于安裝和維護(hù)工作提出了更高的要求，調(diào)試和維護(hù)工作量明顯增加。在火力發(fā)電廠運(yùn)行期間經(jīng)常出現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行故障等一系列問(wèn)題，直接影響到發(fā)電廠的生產(chǎn)效率，甚至引發(fā)安全問(wèn)題，直接威脅到生產(chǎn)安全性，務(wù)必要得到高度重視?；鹆Πl(fā)電廠生產(chǎn)工藝相對(duì)復(fù)雜，一些薄弱環(huán)節(jié)容易出現(xiàn)泄漏等問(wèn)題，造成熱控保護(hù)未得到落實(shí)。尤其是在用電需求量增加的條件下，隨著生產(chǎn)壓力的增加，發(fā)電設(shè)備運(yùn)行安全性至關(guān)重要。熱控保護(hù)技術(shù)能夠通過(guò)監(jiān)控發(fā)電廠的生產(chǎn)情況，深入生產(chǎn)各個(gè)階段和環(huán)節(jié)，有效排出安全隱患，保護(hù)發(fā)電廠安全穩(wěn)定投入生產(chǎn)工作。熱控保護(hù)技術(shù)關(guān)鍵在于控制火電廠的生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，保證熱控系統(tǒng)運(yùn)行安全，因此熱控保護(hù)技術(shù)可靠性直接影響到火電廠的安全生產(chǎn)[1]?，F(xiàn)階段熱控保護(hù)技術(shù)常由于開(kāi)關(guān)接觸不良、誤發(fā)信號(hào)以及跳閘等問(wèn)題，影響熱控保護(hù)技術(shù)的可靠性，難以充分發(fā)揮出熱控保護(hù)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。針對(duì)熱控保護(hù)技術(shù)可靠性展開(kāi)對(duì)應(yīng)地技術(shù)優(yōu)化，提高熱控保護(hù)技術(shù)可靠性，更能保護(hù)機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3 經(jīng)濟(jì)性

經(jīng)濟(jì)性作為火力發(fā)電廠生產(chǎn)的重要目標(biāo)，在熱控保護(hù)時(shí)需要關(guān)注系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。在保證發(fā)電生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，嚴(yán)格控制實(shí)際投入情況，嚴(yán)格控制成本，降低資源浪費(fèi)情況。同時(shí)也需要提高熱控保護(hù)技術(shù)的自動(dòng)化水平，通過(guò)提高自動(dòng)化水平減少操作人員，降低人工成本，提高發(fā)電廠生產(chǎn)效益，從而提高發(fā)電廠整體經(jīng)濟(jì)收益。

3 火力發(fā)電廠熱控保護(hù)技術(shù)的實(shí)施要點(diǎn)

3.1 無(wú)憂切換邏輯

可以分為以下三種類型進(jìn)行優(yōu)化：

第一，最高/最低負(fù)荷邏輯。在火力發(fā)電機(jī)運(yùn)行前，負(fù)荷模塊參數(shù)的最低值/最高值未能得到控制，易出現(xiàn)超過(guò)預(yù)設(shè)值的問(wèn)題，但內(nèi)部邏輯按照原本設(shè)定的參數(shù)處理，這時(shí)投入CCS會(huì)按照處理結(jié)果運(yùn)行，影響發(fā)電指令改變，對(duì)于系統(tǒng)整體運(yùn)行安全產(chǎn)生威脅[2]。對(duì)于這一邏輯而言，使用CRT畫(huà)面修改原本的最低邏輯以及最高邏輯，數(shù)值通過(guò)算法模塊輸出。切除CCS模式后負(fù)荷值最低值為0，最高值為35 MW，無(wú)法通過(guò)原本的CRT修改。一旦和CCS連接，負(fù)荷最高初始值變?yōu)?36 MW，最低值變?yōu)?，可以通過(guò)CRE進(jìn)行調(diào)試。

第二，最高/最低壓力邏輯。在發(fā)電系統(tǒng)中該邏輯得到頻繁應(yīng)用，主要問(wèn)題在于主控制器在實(shí)際壓力數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確時(shí)，只能按照標(biāo)準(zhǔn)壓力值進(jìn)行處理。當(dāng)主控器運(yùn)行時(shí)，造成鍋爐壓力發(fā)生改變，對(duì)DCS系統(tǒng)以及鍋爐設(shè)備的運(yùn)行安全產(chǎn)生一定威脅。因此在控制器運(yùn)行前，使用算法模塊AOTU設(shè)計(jì)壓力值。如果主控器未處于自動(dòng)化模式，壓力最大值為17.23 MPa，最小值為0。在主控器開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整初始值，操作人員可以通過(guò)CRT畫(huà)面實(shí)現(xiàn)調(diào)試。

第三，壓力設(shè)定值邏輯。在鍋爐自動(dòng)化系統(tǒng)中主要受到機(jī)前壓力設(shè)定值邏輯的影響，若主控器開(kāi)始自動(dòng)化運(yùn)行前，壓力手動(dòng)設(shè)定為0，機(jī)前壓力值也會(huì)出現(xiàn)明顯變化，因此難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制[3]。因此需要對(duì)邏輯控制變量進(jìn)行修改，在手動(dòng)模式下保持最低速率增加壓力值，實(shí)現(xiàn)主控器向自動(dòng)化模式的切換，保證鍋爐系統(tǒng)的自動(dòng)化水平。

3.2 互鎖/閉鎖模式

在控制系統(tǒng)中設(shè)備均具備互鎖和閉鎖兩種模式，通過(guò)靈活轉(zhuǎn)換互鎖模式以及閉鎖模式，可以實(shí)現(xiàn)靈活控制系統(tǒng)，避免發(fā)生邏輯混亂等問(wèn)題，避免系統(tǒng)陷入危險(xiǎn)狀態(tài)中。互鎖模式通過(guò)試驗(yàn)指令對(duì)主汽門(mén)互鎖控制，若鎖定主汽門(mén)試驗(yàn)按鈕，那么另一個(gè)主汽門(mén)會(huì)同時(shí)鎖定。只有兩個(gè)主汽門(mén)同時(shí)處于全開(kāi)時(shí)，試驗(yàn)功能才能得到啟動(dòng)。如果試驗(yàn)過(guò)程中，兩個(gè)主汽門(mén)中任何一個(gè)存在接觸不良或者未全開(kāi)的情況，那么主汽門(mén)會(huì)同時(shí)關(guān)閉，對(duì)設(shè)備啟動(dòng)保護(hù)工作。汽輪機(jī)設(shè)備正是應(yīng)用這種保護(hù)模式，但由于高加邏輯還存在一定漏洞，原始邏輯判斷設(shè)備是否處于高加投運(yùn)狀態(tài)主要根據(jù)入口全開(kāi)狀態(tài)判斷，若入口全開(kāi)則處于投運(yùn)狀態(tài)。在試驗(yàn)過(guò)程中，高加投運(yùn)存在斷水風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)此優(yōu)化高加邏輯需要在入口全開(kāi)條件基礎(chǔ)上增加：(1)大旁路門(mén)關(guān)閉；(2)出口門(mén)全開(kāi)。同時(shí)達(dá)到兩個(gè)條件才能確定為高加投入狀態(tài)，將投入邏輯和解列邏輯區(qū)分開(kāi)來(lái)，在滿足高加投入條件后，才能進(jìn)行解列邏輯的操作，避免由于邏輯混亂發(fā)生斷水問(wèn)題。汽輪機(jī)組電動(dòng)門(mén)的硬接線采取公共位置串聯(lián)關(guān)力矩接點(diǎn)、原開(kāi)接點(diǎn)和開(kāi)關(guān)控制的串聯(lián)。在此基礎(chǔ)上和開(kāi)關(guān)控制回路進(jìn)行連接，由力矩開(kāi)關(guān)和故障繼電器進(jìn)行連接。在這一控制回路條件下，若失去電源或者力矩開(kāi)關(guān)發(fā)生斷接等問(wèn)題，故障繼電器會(huì)發(fā)出信號(hào)警示，對(duì)高加電動(dòng)門(mén)指令復(fù)位。

3.3 主輔機(jī)保護(hù)三取二

由于很多發(fā)電廠的生產(chǎn)機(jī)組已經(jīng)投入運(yùn)行多年，不同設(shè)備均出現(xiàn)過(guò)誤動(dòng)保護(hù)事件，由于單一測(cè)點(diǎn)的誤發(fā)信號(hào)引發(fā)事故，發(fā)電機(jī)斷水保護(hù)引發(fā)單一壓力開(kāi)關(guān)發(fā)出錯(cuò)誤信號(hào)，造成非停事故，嚴(yán)重影響發(fā)電廠運(yùn)行的穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率。根據(jù)我國(guó)法規(guī)要求，電力生產(chǎn)主輔機(jī)保護(hù)應(yīng)采取三取二判斷邏輯，輸入保護(hù)信號(hào)以及取樣信號(hào)保證獨(dú)立性，遵循獨(dú)立原則。在設(shè)備測(cè)點(diǎn)少的條件下，盡量完善保護(hù)邏輯，減少誤動(dòng)作的失誤[4]。主輔機(jī)保護(hù)邏輯均采取三取二的判斷邏輯，如下圖所示。設(shè)置三個(gè)測(cè)點(diǎn)，分別為信號(hào)電纜、取樣點(diǎn)以及DCS輸入卡件，保證三個(gè)測(cè)點(diǎn)相對(duì)獨(dú)立。如送風(fēng)機(jī)設(shè)備若原有潤(rùn)滑油壓低，需啟動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。在保證原有油壓低跳閘開(kāi)關(guān)不變的基礎(chǔ)上，增加壓力開(kāi)關(guān)2套，構(gòu)成三取二保護(hù)系統(tǒng)。在油泵出口濾網(wǎng)處設(shè)置取樣測(cè)點(diǎn)兩個(gè)，三個(gè)測(cè)點(diǎn)保證獨(dú)立取樣。同時(shí)設(shè)置2根電纜， 連接壓力開(kāi)關(guān)內(nèi)端以及DCS端子，無(wú)需經(jīng)過(guò)端子排接線，中間環(huán)節(jié)得到顯著減少，最大程度上避免由于端子排問(wèn)題引發(fā)的誤動(dòng)動(dòng)作。新增測(cè)點(diǎn)連接不同DCS卡件，保證三個(gè)測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)著不同的輸入卡件，避免互相產(chǎn)生影響。

圖 三取二邏輯原理

3.4 優(yōu)化接地系統(tǒng)

熱控保護(hù)系統(tǒng)的接地系統(tǒng)容易受到外界環(huán)境的干擾，當(dāng)外界環(huán)境改變?nèi)菀捉档蜏y(cè)量準(zhǔn)確度，導(dǎo)致控制系統(tǒng)誤發(fā)信號(hào)或者臨時(shí)故障等問(wèn)題，造成發(fā)電機(jī)組跳閘。因此需要對(duì)接地系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，從而保證熱控保護(hù)技術(shù)的穩(wěn)定應(yīng)用。優(yōu)化接地系統(tǒng)需要加強(qiáng)防范電纜屏蔽層以及信號(hào)柜，杜絕接地連接。啟動(dòng)機(jī)組時(shí)，振動(dòng)信號(hào)出現(xiàn)跳變，振動(dòng)信號(hào)值超過(guò)保護(hù)動(dòng)作值時(shí)，主燃料和風(fēng)機(jī)會(huì)發(fā)生跳閘事故。異常接地會(huì)引發(fā)機(jī)組事故，對(duì)機(jī)組運(yùn)行產(chǎn)生負(fù)面影響。為了讓接地抗干擾能力得到提高，需要增加抗干擾措施，如增加屏蔽設(shè)施和接地設(shè)施，將強(qiáng)弱電充分分離。為了解決抗干擾檢修問(wèn)題，優(yōu)化熱控系統(tǒng)環(huán)境，需要定期對(duì)現(xiàn)場(chǎng)排查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)干擾源，并積極排除干擾源。綜合評(píng)估干擾問(wèn)題和抗干擾能力，不斷優(yōu)化抗干擾設(shè)施，保證熱控保護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，根據(jù)對(duì)火力發(fā)電廠的研究，現(xiàn)有熱控保護(hù)技術(shù)主要問(wèn)題體現(xiàn)在技術(shù)性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性上。針對(duì)技術(shù)問(wèn)題，熱控保護(hù)技術(shù)需要在無(wú)憂切換邏輯、互鎖/閉鎖模式、主輔機(jī)保護(hù)三取二邏輯上進(jìn)行優(yōu)化，充分適應(yīng)火力發(fā)電廠的生產(chǎn)特點(diǎn)，同時(shí)注意優(yōu)化接地系統(tǒng)，保證熱控系統(tǒng)能夠穩(wěn)定發(fā)揮作用，支持發(fā)電生產(chǎn)。