火电厂热工设备保护系统优化分析与研究

田爱军

（中电投新疆能源化工集团有限责任公司乌苏热电分公司，疆乌苏市，833000）



火电厂热工设备保护系统优化分析与研究

田爱军

（中电投新疆能源化工集团有限责任公司乌苏热电分公司，疆乌苏市，833000）

摘要：在火电厂运行过程中，热工设备保护可以在机组运行和启停的过程中，如发生危险及异常情况时采取及时有效的措施，从而避免事故进一步扩大或消除异常情况，热工设备保护措施对于整个火电厂的安全运营与长久发展有着极为重要的意义。依据火电厂的实际需求和热工设备保护的主要工作原理，对如何优化火电厂热工设备保护系统进行了全面的分析与研究，并重点探讨了汽轮机TSI系统保护优化过程中的几个关键点。希望本文能够为提升火电厂热工保护系统的可靠性提供一定的参考价值。

关键词：火电厂；热工设备；汽轮机TSI系统；优化

引言

火力发电对于满足当前社会中电能的需求有着极为重要的意义。在当前我国环境资源约束大、能源供应日趋紧张的大背景下，火电厂在我国人民日常生活和经济发展与建设中占据着十分重要的地位，发挥着极为关键的作用。

随着技术的进步，其单机容量不断增大，体现出越来越高的自动化、智能化等特征。在火电厂所有的设备与设施中，热工保护是非常重要的一环，其能够在机组运行和启停的过程中发生危险及异常情况时采取及时有效的措施，从而有效应对这些发生的紧急情况。然而当前火电厂中，大部分的热工保护系统多少都会存在拒动、误动等现象，对于机组的安全运行产生了极大的威胁[1-2]。下面笔者将对火电厂热工保护系统发生拒动、误动的原因进行分析，并针对原因对热工保护系统提出相应的优化对策。

1　火电厂热工保护系统

1.1硬件组成分析

火电厂热工保护系统的硬件构成部分主要有保护执行回路、输出模件、控制器、输入模件以及测量元件。其中，测量元件主要的工作内容就是检测整个机组设备的大体工作状况，然后通过输入模件的作用把获得的各方面信息最终传输到控制器之中。此时，控制器的主要作用就是在利用算法和设置的基础上，进一步发出有用的控制信号，最后借助输出模件的作用，把控制信号输送到输出模件之中。保护执行回路就能在参考动作信号作出动作，最终对机组有关设备出现的危险或异常情况进行处理，为机组的稳定及安全运行奠定重要的基础。

1.2拒动、误动的影响因素分析

导致热工保护系统发生拒动、误动的主要原因有：设计安装调试存在缺陷、人为因素、电源故障、热控元件故障、DCS软硬件故障以及电缆线故障等。随着DCS控制系统应用的不断推广，在火电厂人工保护过程中加入了一些十分重要的过程控制，从而有效提升了机组运行能力和运行时的安全性。然而DCS软硬件发生故障的话，则可能会导致出现保护误动等方面的文坛，例如信号处理故障、通讯障碍，有时候也会发生设置错误。如：

（1）电磁阀元件老化、流量、压力以及温度等方面因素出现异常，都会导致产生故障误发信号，从而诱发输机、主机出现拒动误动等故障。

（2）空气潮湿、电缆线老化、接线进水以及绝缘破坏等则会导致电线发生很多的文坛，如短路和断路等，这些问题的存在同样会导致整个热工系统出现故障。

此外，其也受到其他因素的影响，如安装不当、工作因素、设备电源等方面存在不足，都会在一定程度上导致热工保护系统出现拒动误动等故障。

2　火电厂热工保护系统优化研究

火电厂热工设备保护系统地位非常重要，是系统中的重要内容。传统开关控制系统存在很多不足之处，其在设计的时候往往都是从火电厂生产方面需求考虑的，在提高热工系统的运行能力方面则有所欠缺，其合理的设计思路并没有过多的体现[3]。

2.1开关容错优化设计分析

火电厂以往的热工保护系统运行过程中，设计开关容错模块时都是按照设备和工艺要求开展的。该设计思路存在多方面的问题，特别是在变送器、一次元件、逻辑开关以及继电器等硬件设备，这些元件是否能够一直可靠运行，主要取决于维护管理、运行时间、运行环境以及产品质量等因素受到很大的影响，一旦这些环节出现问题，可可能直接导致热工保护系统将错误的动作发出去，进而产生误动或拒动等现象，对机组的安全生产和稳定运行产生很大的影响[4]。所谓的容错优化设计，就是指的是在设计开关系统操作逻辑的时候，对设备可能出现的故障进行分析与研究，从而体现进行逻辑措施设置，这样一来就能有效避免出现逻辑控制失效等方面的问题。

火电厂热工保护系统本身的容错能力只有在具备容错技术的前提下才能发挥出来，借助其能够对故障作出科学的检测、识别与隔离措施，从而在发生故障之后使得整个开关控制系统进行重构，逐步提升系统运行的可靠性和稳定性[5]。就当前的情况而言，一般说来，容错控制技术就是为了针对变动器和执行器出现故障而发挥有效的作用的。然而在火电厂的热工保护系统中，该技术本身的逻辑参数一般都是通过对电机线圈和轴承的温度进行的，一旦温度信号在设定值之上时，则就会对保护动作产生触动[6]。然而因温度测量回路会出现断线故障和接触不良等情况，有时候就会诱发拒动、误动等问题，所以需要全面监测测量回路，当回路正常时再依据设定的值对保护动作进行设计触发，当回路不正常时则就会触发报警信号，等到回路故障消除之后再将其切换为正常的状态，从而保证其能稳定运行。该容错设计思路不仅能采用温度控制，还能在风量保护系统和风烟系统压力中使用，从而防止出现误动的问题。

2.2逻辑代数优化设计分析

火电厂整个热工保护系统中，当开关控制逻辑发生补充或是修改之后，一般就会变得越来越复杂，从而就导致整个系统发生错误。对其维护管理和安全性产生影响。然而在实际情况中，在设计热工保护系统开关控制逻辑时，相关设计人员应当追求的是简单方便、容易操作，因为无论多出何种元件，或者增加了一个环节，都可能会导致出现系统故障方面的风险。然而在以往的热工保护系统中，缺乏PLC、DCS的应用，导致其控制回路较为复杂[7]。采用逻辑代数则能够对逻辑控制回路进行科学的设计与分析，对于开关量控制逻辑作出科学的等效变换，这样就能够使得逻辑控制简化与分析变得较为容易。逻辑非、逻辑加、逻辑乘是基本而常见的逻辑运算，利用该逻辑运算，在借助相关规则的基础上，最终实现复杂的逻辑关系。然而在实际应用中，火电厂热工保护系统开关量控制逻辑其实不算复杂，通过一系列的数学计算方法，如定律交换、逻辑代数等，再应用配项法、消去法、吸收法以及并项法等就能实现逻辑控制的关系，从使得整个系统变得更加简化与明了，不会出现太过复杂的逻辑关系，最终为系统运行的可靠性及安全性奠定保证。

3　汽轮机TSI系统保护优化对策分析

3.1汽轮机TSI系统存在的问题分析

汽轮机安全监视系统TSI是汽轮机一项重要的监测保护系统。该系统在整个运行的过程中，可以对汽轮机参数发生的任何变化进行监视，只要参数超过极限值就会触动报警信号，此时保护系统就会自动驱动汽轮机出现跳闸现象。要想保证汽轮机TSI系统的安全性和可靠性，就应当对其存在的问题进行分析，从而提出具有针对性的优化策略。

某省在线运行的TSI系统主要有德国Epro公司的MMS6000系统和本特利3500及3000装置，经过该省各火电厂TSI系统展开的分析和研究，对其在运行时发生的系统误动和拒动现象[3-5]，主要包括：第一，绝对振动单点信号保护误动的概率较大。该省火电厂机组运行中对于汽机振动的保护，一般都是通过绝对振动信号进行触发。而对于外部的电磁场来说，其产生的任何变化都会造成错误的振动速度，进而导致输出错误信号。第二，从电缆延伸至前置器的接头出现了污染和松动的现象。第三，受到周边环境因素的影响，就会使得整个信号出现问题。汽轮机TSI系统的一次元件使用的探头是电涡流的，当外部的磁场影响到线圈的磁场的时候，则电涡流强弱就很难将被测物与探头之间的距离反应出来，诱发测量异常。除此之外，接地不规范，导致串入干扰信号以及测量回路电缆老化等都是存在的问题。

3.2汽轮机TSI系统保护优化分析

随着当前市场上发电成本的逐渐增加，我国电力企业的市场竞争压力也在不断加大，所以如何保证汽轮机TSI系统能够具有可靠的动作信号和准确的参数，从而逐步提升系统运行的经济性和安全性，逐渐成为各个发电集团面临的主要问题[6-7]。在全面分析故障问题及影响因素之后，再对TSI系统作出进一步的优化处理，最后降低单点信号保护导致的误动率，是一项十分重要的优化措施。

第一，汽轮机TSI系统建议采用常开信号作为跳闸信号；第二，ETS在接受TSI系统输出的停机开关量和轴承报警信号，（当机头所朝方向就是气机，如果转子转动的顺序是顺时针，则可以设左探头为X向；如果转子的转动方向是逆时针，则可以取右探头为X向。）无论是轴承方向任何一端轴振信号在达到停机设定值的时候，同时其他的轴振信号达到报警设定值并持续数秒的时间。此时，ETS就会发出汽轮机遮断的信号（参考某常规火电厂600MW机组振动停机逻辑）。其中涉及到的技术改进材料包括继电器、接电线端子、端板、标记座、空白标记条、屏蔽电缆、导线等等。

4　结束语

火电厂热工保护系统对于整个电厂机组设备的安全运行意义重大，但由于整个系统涉及到很广的范围，并且组成结构十分复杂，工作较为繁琐，因而往往容易由于自身系统的文坛导致出现拒动误动等现象，为了避免出现这方面问题影响到火电厂的正常运行，应当采用逻辑代数优化的方法进一步优化与完善系统。尤其是在汽轮机TSI系统保护优化方面，其在经过优化之后有效减少上述提到的各类问题的发生率。

参考文献

[1]丛雷,李硕.浅析电厂热工保护系统的常见故障及防控措施[J].科技创新与应用,2014,08:132.

[2]朱晓星,刘武林,王伯春,谢红卫,袁艳纯.600MW机组热工主要保护系统的分析及完善[J].中国电力,2010,03:42-45.

[3]徐艳军.BN3500汽轮机监测保护系统在某厂300MW机组改造中的应用[J].湖南电力,2012,03:54-56.

[4]张秋生,范永胜,史文韬,胡晓花,丁俊宏,高爱民.1000MW汽轮机组轴瓦振动保护误动的原因分析及对策[J].中国电力,2012,12:7-11.

[5]张步和.基于PLC的火电厂汽轮机热工保护系统的设计及实现研究[J].科技创业家,2013,09:128.

[6]费阳阳,李兴照.汽轮机检测保护系统安装要点及示值异常的鉴别[J].科技创新导报,2011,04:78+80.

[7]周奕勤.巧用万用表判断汽轮机监视保护仪表(TSI)的测量异常[J].发电设备,2015,03:216-219.

田爱军(1983-)，工学学士，华北电力大学，任职单位：中电投新疆能源化工集团有限责任公司乌苏热电分公司，职务：设备维护部热控主管。研究方向：热工保护、热工自动化。

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

作者简介：

DOI:工业技术创新 URL:http//www.china-iti.com10.14103/j.issn.2095-8412.2016.01.012

中图分类号：TK284.1,TM621.4

文献标识码：A

文章编号：2095-8412(2016)01-644-04