670MW火电机组热工保护可靠性分析

张 晶 赵 雷 陶永刚 刘 云

大唐黄岛发电有限公司 山东 黄岛 266000

0 引言

热工保护系统的可靠性对电厂机组的安全运行具有非常重要的意义。热工保护是指在机组运行过程中，机组参数在正常可控制参数外，机组可以自动紧急的联动相关设备，采取相应的措施加以保护，使机组不发生拒动和误动的情况［1］。机组的保护误动是指由于机组自身故障引起的动作，造成主辅设备停运；保护拒动是指机组主辅设备发生故障时，保护系统也发生了故障而不动作［1］。在机组主辅设备正常运行时，保护的误动和拒动是造成事故扩大化，设备损坏加重的主要原因，尤其以保护拒动最为严重，不仅会造成不必要的经济损失，还有可能因为保护拒动造成事故的不可避免和扩大［2］。所以在保护设计和使用中避免保护系统的误动和杜绝保护系统的拒动非常重要。

1 引起热工保护误动和拒动的原因

造成热工保护误动和拒动的原因有很多诸如热控元件老化或质量原因引起的故障；电缆老化、绝缘破坏、接线端子进水等造成电缆接线的短路、虚接；DCS系统软、硬件故障以及设计过程中的缺陷；热工检修人员粗心大意造成的接线走错间隔、看错端子排接线、错强制或漏强制信号以及对万用表的使用不当造成的误操作；另外在系统逻辑的设计也可能存在着缺陷对主辅设备相关测点的的单点保护和逻辑未做相关的防误动和拒动的措施［3-5］。上述各种原因都可能会引起热工保护系统的误动或拒动，针对主要原因文中提出了防止保护误动和拒动的相关措施。

2 热工保护防误动和拒动相关措施

热工保护系统发展至今已较为成熟，作为设备的使用者不应对这些原有逻辑做太大更改或删减，只能进行逻辑的补漏和完善，使设备保护尽可能最好的实现保护功能［6］。

在大唐黄岛电厂670MW机组正常运行和维护中，我们也发现一些需进行补漏和完善的保护。在热工系统中温度测点的故障率出现较多，主要表现为显示坏点、偏高、偏低或骤升骤降，造成这种状况的原因有很多如元件质量不好、元件接线松动、元件电缆老化、绝缘破坏、接线端子进水、人为接线不仔细不紧固、接线端子排不合格、元件腐蚀磨损导致保护套管磨穿等使元件失去保护等。

为避免温度元件引起的保护误动和拒动，我们采用了很多行之有效的措施，如将元件更换为质量较好的双支元件；将重要保护的接线端子改为带自锁功能的端子排或者干脆取消端子排，改为将元件引出线与信号电缆直接焊接；将有损坏或破漏的端子箱更换，做好防雨等措施［7］。在对就地元件方面做好保护防护以外，我们同时也对主要温度保护信号的逻辑加入防误动和拒动的措施，如：对模拟量温度信号进行斜率限制，通过高限比较和品质判断输出“相与”后，作为跳闸触发条件［8］。 这样可有效避免温度点异常带来的保护误动。并且还可以将温度突变的点记录下来，以便在巡检的时候，及时发现是哪个点的误动，进而及时进行处理，这项措施主要是通过在逻辑中加入首出记忆功能及手动复位功能，当温度测点瞬间变坏一次或变化率超过规定值一次，即使又恢复正常，也可以通过S/R触发器记忆下来，并闭锁跳闸。此时只有通过“ON/OFF”块进行人工复位，才可以再次投入保护。这样可以防止因温度突升突降造成的保护反复投切，并且无论温度测点已经变坏或曾经变坏，都可以通过S/R触发器记忆下来，输出到报警画面显示出来，而不必通过烦琐地查看历史曲线来检查温度点的好坏，实现温度信号报警功能的逻辑如图1所示。此功能的实现很大程度上提高了设备巡检的效率［8-9］。

对于在6kV的运转设备附近或者有电磁干扰的设备附近，我们发现温度元件即使信号电缆屏蔽端接地良好，也有可能存在微弱波动的情况，对于这种情况，我们在这些温度信号DCS接入端子上并入滤波电容，实践证明，对于滤掉干扰信号、稳定测量信号非常有效。

另一会引起误动和拒动的隐患就是在维护中，我们发现有少量重要保护及自动信号未采用非同一卡件的冗余配置，根据集团公司的相关要求，“主要控制器应采用冗余配置，重要I/O点应考虑采用非同一板件的冗余配置”。对于主保护信号及6kV大型动力设备的跳闸或启停信号应严格按照规范要求，取自不同I/O模件及不同端子板，这一点经检查均符合要求严格执行［10］。

而对于与大型动力设备相关联的油站等控制信号却有些被忽视，如送、引风机及一次风机油站油泵停运信号，二个停运状态在一个卡件上、任意两个或多个等离子断弧跳A磨信号测点在一个卡件上、汽动给水泵润滑油油泵运行反馈状态在同一卡件上，这些均有可能在卡件出问题时引起设备误动。针对这一原则，我们利用机组停运时，对这些点进行改造，将这些保护点设置于不同卡件，避免系统发生误动现象。在机组逻辑检查和梳理中，我们也发现存在保护点单点保护的现象，如汽动给水泵轴承温度高于100℃时延时1s跳泵，该测点为单点保护。在停机检修时，我们对该点加装测点，使该保护测点实现非同一卡件的冗余配置，从而大大降低机组保护的误动和拒动现象。

对于像给水流量低于545t/h触发MFT保护，虽然是三个测点分别进入不同卡件作三取二后触发，但是在冬天时候，由于气温较低，当伴热发生故障时，引起给水流量测点冻结或者测点高压侧泄露等，都会使给水流量瞬间变为零，导致机组MFT误发，引起机组停机事故，为了避免这种误动现象的发生，我们将给水流量低低逻辑与锅炉螺旋管壁温高435℃信号相与，从而避免因给水流量信号误发而引起的误动现象，具体的逻辑图如图2所示。同时对于可能出现相同情况的启动分离器水位高于14.5米的四取二跳炉信号，我们也将其跳闸信号与相应侧的分离器出口蒸汽过热度小于4℃信号。

从而避免这种锅炉侧因冬天气温较低可能出现的汽水系统重要保护误动的情况，大大加强了机组保护动作的可靠性，使机组安全运行得到保障。

随着计算机技术及DCS技术的不断完善，模件、端子卡件的可靠性在逐步提高，但在我们生产维护过程中依然发现有模件与环网之间的通讯出现问题的情况，虽然模件与环网之间均采用了双通讯卡件（NPM卡件）以及双环网冗余配置，但仍然发现有极稀少的可能出现通讯堵塞情况，当出现通讯堵塞的时候，模件与环网之间的通讯会出现暂时中断现象，这种情况在机组正常运行中是不可以发生的，为防止这种短暂的通讯中断而引起机组的保护拒动，我们采取了如下措施：将重要保护点通过两个单独端子卡件的DO通道输出，再通过不同的两根电缆硬接线至跳闸模件的非同一DI卡件，再通过跳闸模件的软逻辑判断来跳闸相应设备。这样的设计可以有效地避免因通讯短暂阻塞而引起跨模件间的环网通讯故障所造成的保护拒动情况。

3 热工保护可靠性的日常维护

热工保护的可靠性是需要在运行和维护中不断发现隐患，根除隐患来逐步提高的，对于硬件设备，也会随着运行时间的增加而出现一些隐患和老化现象。为了确保设备的安全运行，在日常检修巡检中以及在机组停运的情况下全面对各端子板驱动电源保险和DSO端子板的外回路电源保险等硬件设备进行仔细耐心地检查，最大程度的将硬件设计带来的风险降到最低［11］。尤其是在机组大修或者小修的工程中对热工保护系统和机组的设备进行彻底的检修，并进行严格的热工保护试验，及时发现热工系统的缺陷和设备的安全隐患，使机组处于良好的运行状态。

4 结论

在对热工保护系统可靠性的分析中尤其是防止热工保护误动和拒动，对热工系统的安全性和可靠性有着非常重要的意义。因此在通过采取相应地措施提高热工保护系统的可靠性对机组的安全运行就显得更加重要，文中提到的相应措施在机组的实际运行中表现良好，有效提高了热工保护系统和机组安全运行的可靠性。

［1］王胜利，李书森.电厂热工保护误动及拒动原因浅析及对策［J］.节能，2008，27（4）：10-12.

［2］孟尚虎.火电厂热工保护可靠性分析及对策［J］.安徽电气工程职业技术学院学报，2011，16（1）：86-90.

［3］张彦奎，刘相宏.热控保护误动拒动及浅析及对策［J］.新疆电力技术，2011，（4）：73-74.

［4］郭启刚.热工过程多模型控制理论与方法研究 ［D］.保定：华北电力大学，2007.

［5］王付生.热工自动与保护［M］.北京：中国电力出版社，2009.

［6］张玉青.提高热工保护可靠性的对策［J］.河北电力技术2009，28（6）：50-53.

［7］李阳春.自动控制理论在火电厂热工自动化中的应用［D］.杭州：浙江大学，2011.

［8］朱北恒，孙长生，丁俊宏.2009年浙江火电机组热工保护系统可靠性改进［J］.浙江电力，2010，29（8）：53-57.

［9］李慧婷，洪海波.热工保护误动及拒动的原因和应对策略［J］.内蒙古石油化工，2013，（22）：66-67.

［10］开平安.火电厂热工过程先进控制技术［M］.北京：中国电力出版社，2010.

［11］华志刚.先进控制方法在电厂热工过程控制中的研究与应用［D］.南京：东南大学，2006.