火力发电厂热控电源系统故障分析与治理措施

庄义飞

（中国大唐集团科学技术研究院有限公司华东分公司，合肥 230088）

火力发电厂热控电源系统故障分析与治理措施

庄义飞

（中国大唐集团科学技术研究院有限公司华东分公司，合肥 230088）

火力发电机组热控系统由于电源故障引发的机组故障甚至机组非停案例，在热控专业因素中占比较高。对热控电源系统发生的常见故障进行分析，总结造成热控电源系统故障的主要因素，有针对性地提出治理措施，从技术处理和专业管理等方面强化热控电源系统设计与维护工作的规范性。

热控电源；故障分析；治理措施

热控电源系统作为热控系统的一个重要部分，其设计是否合理、能否稳定运行将直接影响控制系统乃至发电机组的安全性和可靠性。《防止电力生产事故的二十五项重点要求》等规程对于热控系统电源的配置、功能、性能都有明确要求，各发电企业和DCS厂家对配电部分也都十分重视，除选择可靠的电源部件外，在设计上也不断追求完善。

1 热控电源系统范围

热控电源系统主要包含DCS（分散控制系统）电源、热控交流动力电源和热控仪表电源系统以及控制装置及设备电源系统，其分类及配置要求如表1所示。

1.1 DCS电源系统

DCS系统主要包括控制站、I/O站、通信网络设备、操作员站、工程师站等设备。DCS系统电源采用冗余配置原则，2路独立电源，优先考虑用UPS（不间断电源）供电，如果采用一路UPS和一路保安段电源供电时，工作电源优先选用UPS电源。操作员站、工程师站、服务器以及网络通信等设备的工作电源，应该分别单独通过切换装置接入，或将设备的电源合理分配在2路电源上。

1.2 热控电源柜系统

热控交流动力电源和热控仪表电源系统主要涉及380VAC电动阀门配电柜、220VAC电磁阀配电柜以及其他热控仪表电源柜。该系统应有2路不同段输入电源：交流动力电源应该分别引自厂用低压母线不同段，其中一路宜引自厂用事故保安电源；热控仪表电源系统应由2路电源冗余供电，且保证能够自动切换。

1.3 控制装置及设备电源系统

控制装置及设备电源系统中MFT（锅炉主燃料跳闸系统）、ETS（汽轮机危机遮断系统）等系统的执行继电器采用外部电源冗余供电时，2路电源可自动切换且不会对系统产生干扰，确保电源的可靠性。ETS、火检装置、TSI（汽轮机安全监视系统）、循环水泵控制站及I/O站等系统应该配置双路电源并通过电源模件冗余供电。DEH（汽轮机数字电液控制系统）或为使DEH系统正常工作而另外配备的仪表等所需的单相交流电源、直流电源应该由DEH系统提供。给煤机控制柜、等离子系统的电源配置要求是2路冗余电源能够实现无扰切换且对系统不会产生干扰。

表1 热控电源系统分类及配置要求

2 热控电源系统常见故障原因

随着热控行业技术的成熟，热控电源相关系统的设计水平也不断提升，但热控电源系统的设计、工程施工、产品选型以及后期设备维护等方面仍存在一些细节部分被忽视，这些细节往往都是导致故障的关键因素。

2.1 规程理解差异

在施工过程中，由于对设计图纸或者相关规程的理解存在差异，给热控电源系统留下了隐患。某发电厂火检装置系统的电源配置如图1所示。

图1 某发电厂火检电源配置情况

图1中火检装置系统由2路电源供电，经2只直流电源模块转换高选后作为系统的工作电源。从设计上分析，该火检控制系统提供了2路电源，并且具有电源切换装置，但是此供电方式曾因UPS电源电压波动，造成火检装置失电，导致“全炉膛无火”跳闸信号触发MFT。

事故分析发现切换装置的输出存在优选问题，正常情况下由于UPS电源品质和稳定性较好，切换后优选UPS电源，2路火检电源实质上都是UPS电源。因此当UPS电源出现故障，切换至保安电源供电过程中，造成2路火检装置电源同时失电，引发机组跳闸。

《火力发电厂热工自动化系统可靠性评估技术导则》中对火检系统要求是“独立配置的重要控制子系统，应配置双路电源冗余供电”。从图纸上分析，满足了2路冗余电源的要求，《火力发电厂热工电源及汽源系统设计技术规程》冗余供电有明确规定：“锅炉火焰检测装置、汽轮机监视仪表等重要检测装置的供电，应各有2路电源，一路引自交流不间断电源，另一路可引自交流保安段电源或第二套交流不间断电源”。目前各电厂控制系统供电基本实现了2路冗余，但进线电源不清，经过切换装置后的主供电电源设定混乱，存在保安段电源作为常用电源或者双路电源同源等现象。保安段电压波动大，易引发DCS系统故障，而双路电源同源则会导致故障切换时双路失电。因此要对输入的供电电源以及输出电源进行核查时，不仅要注重电源回路的实现形式，还要提高进线电源选取的合理性。

2.2 施工遗留问题

热控电源系统施工质量将决定控制系统的可靠性，影响整个机组运行的安全性能。《火力发电厂热工自动化系统可靠性评估技术导则》要求“所有的热控电源（包括机柜内检修电源）应专用，不得用于其他用途。严禁非控制系统用电设备与控制系统的电源相连接”。

系统电源外用引发系统故障的案例较多，某发电厂机组在低负荷时AMEH/METS一体机柜失电，对应给水泵跳闸，给水流量低导致MFT。事故排查发现MEH/METS一体机柜中，220VAC电源负载带有4个遮断电磁阀、1个试验电磁阀以及4个疏水电磁阀。电磁阀带电状态下若发生短路、接地等问题，极易造成电流超限导致机柜电源空气开关断开，本次机组跳闸就是因为疏水电磁阀短路，电流的幅值过大、持续时间长，造成一路电源断开后，切换至另一路电源，空气开关也断开，机柜失电。

事故本身反映出基建施工过程中，不注重细节，将热控电源用于其他用途，从而引发机组非停事故。

2.3 管理维护不到位

热控电源管理方面要求：电源系统配置图、各电源开关、熔断器等额定电流清册齐全、数据正确；控制系统以及交直流配电柜电源的切换试验要按时进行，且保证试验记录齐全；热控系统配备的小UPS装置蓄电池应该定期进行充放电试验，检修期间要进行UPS电源切换试验；按一定周期对电源各项质量指标进行检测。确保上下级熔丝（开关）额定电流比的合理性；在后期改造过程中，对于新增设备容量、型号等选取要正确合理，保证原供电系统各级空开容量不超限。

目前，电源管理存在的问题主要包括：

（1）电源系统图纸清册不全，热控电源的来源混乱。电气输出至热控输入之间线路专业归属不明确，双方在检修维护期间缺少整体层面的交流。

（2）设备新增、改造等可研工作程度不够。例如新增电动执行器等是热控的常规改造项目，但缺乏可行性研究，随意扩展交流动力柜的负载电源，对上级空开等装置的容量要求未核算，或者选取的熔断保护装置与设备额定电流不匹配，容易发生超额、越级跳闸故障。

（3）热控电源设备的定期维护、试验工作不到位，降低了设备运行的可靠性。相关规程规定热控专业自配UPS装置蓄电池要进行定期充放电试验，但不少发电厂工作不到位，导致现场蓄电池漏酸腐蚀的现象严重，不但失去了UPS的续航作用，而且蓄电池自身漏酸也是重大的安全隐患。

2.4 设备自身问题

热控电源系统中大部分设备都需要随机组长周期运行，即使在机组停运检修期间，相关设备也难以有机会进行隔离检修。另外，热控电源系统几乎囊括各低压等级的电源设备，设备种类、品牌型号、电压等级繁杂，常见故障难以预判。

电源切换装置是实现控制系统冗余供电、电源故障时快速切换的重要设备。切换装置的切换时间、切换阈值等参数影响着控制系统的安全可靠性。需要通过电源切换装置的相关性能检测试验，获取设备自身的工作参数，及时掌握装置的可靠程度。

图2是某发电厂电源切换装置的切换时间试验结果，其切换过程超过了4 s，失去了配置切换装置的意义，导致设备的运行可靠性降低。

图2 某发电厂电源切换时间试验结果截图

为降低设备自身故障带来的风险，在设备选型方面选择设备可靠性高、技术支持到位的设备产品。同一电压等级的电源模件尽量统一品牌型号，简化备品备件工作，同时有利于热控专业人员熟悉设备特性、掌握设备故障分析和检修技能。

3 热控电源系统治理措施

3.1 完善基础管理工作

热控电源系统隐患主要存在于设计、管理以及设备选型等方面，要做好基础管理工作，做好台账管理和定期检验工作。

3.2 电源系统隐患排查

热控电源系统的隐患排查主要有两种方式，一是做好电源系统的各项定期试验工作，利用试验机会检验设备性能。二是制定合理计划，对现有的电源系统从供电电源、传输途径、切换方式、设备特性以及电源输出等方面进行整体配置梳理，从热控电源的可靠性和供电方式的合理性等方面进行改进，并实现电源系统各节点的故障报警。

3.3 优化热控电源系统的配置

在设计符合规程要求的基础上，寻求电源系统最优配置。例如，原给煤机系统中，控制电源取自工作段电源，给煤机发生变频器低电压穿越时，造成给煤机继电器启动回路和主控板供电中断而导致给煤机跳闸。部分发电厂对给煤机控制部分进行了低电压穿越（抗电压扰动）改造，选用自带UPS或者主机UPS来提供备用控制电源，但是此种供电方式仍存在单路供电问题。针对该问题，部分发电厂进行了优化改造，分别从主机UPS和保安段取2路电源经电源切换装置后作为给煤机控制电源，实现了无扰切换，避免因低电压扰动造成的给煤机跳闸。

为了提高热控电源系统配置的可靠性，需要加强专业之间的交流，分析供路电源的合理性，探索电源系统的优化策略。

4 结语

热控电源系统的安全隐患存在于设计、施工、管理、维护以及设备选型等各个方面，对于电源系统的可靠性提升需要从如下几个方面开展工作：

（1）做好台账管理、图纸和定值核对、定期试验等基础管理工作。

（2）对现有的电源系统应该从供电电源、传输途径、切换方式、设备特性以及电源输出等进行整体配置梳理。

（3）编制和完善电源故障的应急处理预案，制定失电恢复的操作步骤和安全措施，防止电源失去时因指挥和操作慌乱造成故障扩大。

（4）优化热控电源系统的配置方案，提升其可靠性。

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（本文编辑：张 彩）

表17 优化调整后机组最佳运行背压 kPa

表18 优化调整后机组最佳运行背压 kPa

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收稿日期：2016-09-08

作者简介：闫 旭（1982），男，工程师，主要从事火电厂集控运行相关工作。

（本文编辑：陆 莹）

Faults Analysis and Treatment Measures of Thermal Control Power Supply System in the Thermal Power Plant

ZHUANG Yifei
（East China Branch of China Datang Corporation Science and Technology Research Institute，Hefei 230088，China）

It takes a greater part in thermal control profession that unit faults and unscheduled shutdown cases due to power supply faults in thermal control system of thermal power units.The paper analyzes commons faults of thermal control power supply system and summarizes the fault causes.In addition，the paper proposes treatment measures to strengthen thermal control power supply system design and maintenance standardization in terms of technical treatment and professional management.

thermal control power supply system；fault analysis；treatment measure

TK38

B

1007-1881（2017）02-0065-04

2016-09-22

庄义飞（1987），男，工程师，从事火电机组热控专业技术工作。