提高火力发电厂热工保护可靠性方案与策略探讨

郑永全

摘要：火力发电厂在电力行业中有着久远的历史，笔者希望通过探讨火力发电厂发电的热工保护科学合理性，从逻辑设计、配置以及发电厂维护管理等方面入手，通过一些科学的举措来满足国内典型配置的热工保护要求，对热工单元模块进行有效的保护，减少故障的发生，将我国热工保护的可靠稳定性提上去。希望本文的研究和分析，可以为今后类似的相关工作提供参考。

关键词：热工保护；火力发电厂；热工单元模块

伴随着火力发电厂中机组容量的日益增大，机组控制在智能化的方向上不断迈进，如何确保热工保护的安全性、可靠性已成为非常重要的议题，保护拒动和保护误动的发生，会给企业带来无法弥补的损失。本文从火力发电厂的现实角度出發研究了如何提高热工保护的安全性，并对于改进方案和措施提出了建议。

1 热工保护拒动误动原因分析

1.1 控制系统本身造成的保护误动

中央控制器、辅助设备、信号输入输出装置、相关的一些必要的模块和电源系统是控制系统主要构成元素。常见的故障包括CPU故障、指令或者信号传输过程中的某些问题（也被称为信号中断问题），电源控制系统故障等等。这些发生概率高的故障都是由误操作造成的。发电厂机组当中的相关机器经常要面临连环跳闸的情况，进而导致电厂中的高压主蒸汽阀门出现意外，整个系统因此无法正常运转。

1.2 外围设备造成的保护误动

外围设备会影响到一些物理量的测量精确度，物理量包括温度、炉内的压力和锅炉水的流量、液压开关、锅炉的阀门等。有些问题是器件自身的原因，其中尤为重要的原因是自然老化，如果设备安装过程中存在操作不当的行为也会出现问题

电路误启动，有可能导致系统的主、辅设备出现故障。发电厂内1套200兆瓦机组，有可能会突然关闭，导致炉内压力在10秒内升高1900帕，造成高压锅炉炉膛保护设施瘫痪，MFT动作使得整个系统关机。主机6W的温度测量点出现意外，过温保护信号传到中央控制器，涡轮运转保护功能，单元跳闸，由此导致1个发电厂发电机组无法运作。

1.3 逻辑设计及软件造成的保护误动

逻辑设计不科学有可能导致保护系统出现无法正常运转的情况，设定值不正确，PID 参数会自动调整，可能相当大的误差。如果发电厂有一台300MW机组的风机，它的反馈和指令出现偏差，由于控制是由同一模块驱动的2个风扇进行调整，当主模块经过100秒的正常运转后，辅助模块又容易出现跳闸的现象，导致锅炉无法顺利运转，炉内的温度下降，从而导致整个系统难以运作。

2 热工保护故障的应对策略

2.1 优化保护系统配置

（1）系统当中非常重要的一点就是辅助设备，整个系统当中存在相当多的子系统，每一个子系统最重要的结构就是测试点，当系统需要对故障进行检测时可以检测所有的子系统，可以通过检测每个子系统的测试点使得办事效率获得巨大提高。检查所有的子系统，不能有疏漏，这样可以保障系统的正常运作。任何一个子系统都可以看作一个单元，如果出现故障则不用检测整个系统，有此节约时间。所以需要对子系统的检测点进行全方位的检测研究。

（2）DCS是ETS蒸汽轮机运转的主要保护系统的运行保障，有些系统依然是独立控制的。不论修复工作是用什么样的方式，我们都需要为系统作一个备份，这些都可以通过PLC可编程软件里面的控制器来得到运作，这样可以产生更加稳定的系统，可以有效的解决故障，不会因为故障受到太大的影响。

2.2 强化保护信号管理

（1）输入或者输出口的冗余点的连接应该是不尽相同的；通过线路进行安装的双向开关应该要有保护触点，以防那些错误操作引起的抖动和断线；同样不要忘记防备那些非常重要的辅助装置，在收到指令之后，进行接下来的操作时，MFT可以凭借断路器的开关触点获取相应的信息。

（2）保护信号采样装置的使用方法类与量筒等带刻度的设备类似，炉内压力、润滑油压力、真空度、速度等重要参数开始实施冗余配置，需要使用其他相关的逻辑信号，加强信号的稳定性。

（3）在保护装置、点火系统和防火层等重要电路中，火灾探测信号是MF的主要标准，不论是强化维修火灾探测信号还是防止火灾检查出现遗漏，都可以使得锅炉保护电路失去作用的情况大大减少，避免锅炉防火误操作事故可以通过脱扣和粉化系统来避免。

2.3 优化逻辑设计

（1）全部重要的模拟信号输入设计理应具有如下功能：限制数量，判断变化率以及精确信号；三个选定逻辑中的一个或者两个出现问题就代表着一个发射机出现故障，这时候系统会自动进行优化；当系统的手动关闭无法进行时，就会有自动的光声报警等等。

（2）如果要使安全防护发生错误的概率降到最低，那么就需要相关的编程软件作为设备当中的安全电路的后台支持；设定值一定要科学合理，如锅炉水位保护的固定值设定，根据锅炉厂参考水平测量确定不同的计算和安装过程数据。

2.4 加强维护管理

（1）要有专业人士对各个模块进行看守，责任落实到位，同时相关人员要非常熟悉整个热工系统的流程，不光是理解掌握图像处理这方面，还要理解好对所有子系统是如何操作的。系统一旦出现故障，要高效准确的发现问题的根源，尤其需要留意工作人员在操作系统进行手动输入的地方，减少这种因为人为失误造成的系统崩溃，应注意定期在屏幕上检查工作，做好随时切换测试设备的准备，操作人员挨个检查，主要检查保护和待机辅助联锁（待机）输入。

（2）如果手续没有按照相关规范进行办理，就要禁止进行相关保护的操作，并强制参加 DCS 中的信号点保护；如果热保护装置系统（包括检测设备）发生事故，就需要总工程师快速下达如何处理工作指令，机组运行时低油压保护装置禁止出现在出口处；应在关机期间进行配置更改，并对于结果和相关系统进行模拟测试，确保设备符合设计标准，可以正常运转。

（3）寄存器保留的之前的数据可以用来进行在线监测，检查硬件设备的日常性能。DCS 设备具有恢复历史记录参数和实时监测的优良功能，如果要查询检测元件和夹持件，那么可以通过这些装置来进行，并且实时观察端子板和其他通道的操作特性，以此寻找硬件具有的问题，方便相关的工作人员进行维护和修理。

2.5 保護电源系统

热工电源系统如果出现了问题，热工设备的正常运行会受到严重影响，甚至引发保护的误动，使得机组出现非计划停运。热工保护设备的电源供给通常为交流220V系统及直流24V系统。交流220V主电源使用UPS电源，备用电源使用厂用电电源。直流24V系统使用两路直流电源并联的方式运行，都具有很好的可靠性。接下来对如何将电源系统进行进一步改善提一些想法。

2.5.1 交流220V电源系统

控制系统中交流220V系统通常供给直流24V电源模块、人机接口站、网络路由器、机柜照明及风扇。两路直流电源模块由UPS电源和厂用电电源分别供给即可，无需切换。

短路或接地很容易由机柜照明及风扇引起，可以将其单独剥离出来，敷设线路，从其他热工电源柜单独接取。网络路由器、人机接口站需要两路电源的切换输出，为加强安全性，改进方案如下：两路电源装置各带一半负荷同时工作，如果其中一路电源装置被损害，另一路电源装置自动带全部负荷，这种供电方式比较科学，保护功能较强，科学合理的解决了电源切换这一难题。

2.5.2 直流24V电源系统

目前控制系统过程控制单元、I/O卡件一般采用24V直流电源。

2.5.3 电源系统公用线的处理

交流220V电源零线或直流24V电源com线一般作为公用线，在端子排跨接，一般做法只在端子排首个端子排接一根公用来线，这样一旦中间任一端子松动会造成该点以下信号拒动。可以通过端子排首尾各接一根公用来线来改进。

3 结语

本文着眼于热工保护，针对不同的着手点进行相对应的热工保护措施，这样就可以确实的提升热工保护的安全性，将失误或者由于其他原因导致的损失在最大程度上降到最低，尽可能地地防止保护误动、拒动的情况，让整个系统能够平稳地运作下去。

参考文献：

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[2]楼杰力，曹武中.火力发电厂热工电源的可靠性分析[J].浙江电力，2014（7）.

[3]刘其君，朱晓云.提高火力发电厂热工保护可靠性方案与策略探讨[J].中小企业管理与科技，2017.