火力发电厂热控保护系统完善

胡剑波

摘要

随着火力发电厂的自动化水平不断提高，热工自动化、热工保护涉及的范围越来越广。热控专业设备引起的故障占据了火力发电厂机组非停、出力受阻、各类障碍的一定比例，需要对热控保护设备进行持续改进、改造。本文描述近几年收集到的由热控设备引起的典型缺陷进行统计、归类分析后，对提高热控保护设备的可靠性进行改进、改造的成功案例。

【关键词】有缺陷必有改进 持续学习 持续改进

火力发电厂热控保护系统设备必须不断改进，主动采取措施避免发生各类障碍、出力受阻、甚至非停和设备损坏。原因有以下几个。

各种行业标准、规定的更新。原有系统和设备不再符合新标准、新规定。

系统和设备投产后现场的工况发生改变，在生产设计时考虑的工况不再符合现场实际情况，必须进行现场改进。

任何设备都有使用年限，热控设备投产超过使用年限之后必须改造。

由于电力生产的特殊性，地域分布和人员水平不同，任何的产品并不是百分之百适应每个电力生产现场，总有水土不服的现象，必须经过现场改进、改造，才能和现场设备、工况完美匹配。

自动化技术发展迅速，新技术、新产品解决了以前存在的问题。

下面详细说明各改造项目。

1 主机和辅机保护三取二改造

1.1 改造原因和依据——新的《二十五项反措》要求

某电厂4台300MW机组均为20世纪90年代投产，在机组运行过程中，发生过数次因为单一测点误发信号造成的保护误动、非停、降出力事件。例如：发电机断水保护的单一压力开关误动作造成非停;送风机润滑油压力、喘振单一压力开关误动作造成送风机跳闸;一次风机油箱温度单一测点误动造成一次风机跳闸。

当时的《二十五项反措》中没有关于主机、辅机保护必须采取“三取二原则”的规定，所以在投产时，许多保护是单点带保护。2014年，国家能源局在新版《防止电力生产事故的二十五项重点要求》中‘第9.4.3条要求：“所有重要的主、辅机保护都应采用‘三取二的逻辑判断方式，保护信号应遵循从取样点到输入模件全程相对独立的原则，确因系统原因测点数量不够，应有防保护误动措施。”根据此条规定要求，所有主机、辅机保护均应采取三取二原则。

1.2 改造原理、方法

如图1所示，3个测点从取样点、信号电缆到DCS输入卡件全程相对独立。以送风机润滑油压力低保护为例说明。原有的润滑油压低跳闸压力开关不变。新增2套压力开关，组成润滑油压三取二保护系统。改造时，在润滑油油泵出口滤网后至轴承处，增加2个取样测点，保证3个测点独立取样。新敷设电缆2根，电缆从DCS端子排直接接到压力开关内部端子（不再经过就地端子排接线，尽量减少中间环节，防止端子排问题造成的误动和拒动）。新增的2个测点分别接入不同的DCS输入卡件，保证3个测点在不同的输入卡件。

类似原理方法的改造还有汽轮机‘中压缸排氣压力高保护、小汽机‘真空低保护、小汽机‘润滑油压力低保护、引风机‘喘振保护、引风机‘润滑油压力低保护等。

1.3 改造后的测点动作不一致监视

原有测点为单一测点不存在动作不一致的情况。新改造后3个测点存在动作不一致问题，压力保护的测点多数为压力开关数字量所带。运行监视画面没有相关的测点显示，发生问题后不容易发现。经过研究讨论我们决定采取如下方案在主机监视报警光字牌中增加“重要测点信号不一致”光字牌。（见图2，图3）让运行人员帮助监视，发现报警立即通知热控人员检查处理。

1.4 改造效果

三取二改造过的保护未再发生保护回路本身原因的保护误动、拒动事件。2低缸胀差探头安装方式改造（本特利3300系列）

汽轮机转子与汽缸的相对膨胀的差值，称为胀差。习惯上规定转子膨胀大于汽缸膨胀时的胀差值为正胀差，汽缸膨胀大于转子膨胀时的胀差值为负胀差。根据汽缸分类又可分为高差、中差、低Ⅰ差、低Ⅱ差。胀差数值是很重要的运行参数，若胀差超限，则热工保护动作使主机脱扣。

2.1 胀差探头支架改造原因

某电厂300MW机组为哈尔滨汽轮机厂生产，在低压缸与发电机之间测量低缸胀差，数值超限后汽轮机跳闸。在机组正常运行期间，发生过因为低缸胀差探头安装位置偏差大造成的失去监视事件。

某电厂300MW机组TSI系统采用的是本特利公司3300测量系统。低缸胀差监视仪表是3300/47补偿式输入差胀监视器，配备2个直径25mm探头，探头间隙电压为每毫米0.787VDC。由于胀差量程大于28mm，超过了单独一个探头的测量极限，所以使用互为补偿的2个探头，各负责一半量程。2个探头的交接电压为11.8±0.30VDC。原理如图4所示。

低缸胀差汽机跳闸保护定值为“+16.4mm，-1.5mm”。如果距离小于交接范围，低缸胀差数值显示到7.5mm不再变化，失去监视和保护作用。如果距离超过交接范围，数值会跳变到15mm，有保护误动停机隐患。导致A、B探头安装距离超过交接范围，造成仪表的2个探头都失去作用。

深入分析，笔者发现：机组检修探头拆装过程中，由于在拆装过程中没有精确的测量方法，只能依靠游标卡尺测量机械尺寸，加上拆除时和安装时温度不一致导致的实际尺寸误差，安装误差远大于1mm。再者，2个探头分别安装在机壳上，不能固定安装距离。还有，探头安装完毕后无法对探头和仪表同步进行联动试验。而且，此探头属于隐蔽工程，汽机轴承扣盖后不能再调整。为了解决上述问题，我们决定改造低缸胀差探头的安装方式。

2.2 改造方法

设计一个可以固定2个探头的支架，避免交接过程中再出问题。再增加滑轨和调节旋钮，使探头可以向正向和反向移动，装上标尺同步测量数值。在安装探头完毕后，汽机检修扣盖前，可以进行探头仪表同步试验。如图5所示。

2.3 改造效果

每次检修安装探头时，同步进行探头、前置器、仪表、DCS示值比对工作。保证在改造后的探头没有再发生测量回路原因的保护误动拒动事件，没有再发生运行过程中失去监视的事件。

3 炉膛压力取样装置改造

3.1 取样装置改造原因

炉膛压力是锅炉的重要监视参数，既是引风机自动调整的被调量，还带着FSSS系统的炉膛压力高、低MFT保护。某电厂一单元和二、三单元均采用巴威公司生产的前后墙对喷型锅炉。最初巴威公司设计炉膛压力取样装置时，三单元取样口设计为圆形，外直径只有18mm（图6），一、二单元取样口设计为前端矩形后端圆柱形，约长50×宽18mm（图7）。在实际运行过程中，由于设计煤种的关系，炉膛燃烧产生的烟尘浓度达到30000mg/Nm³，造成前端小圆口和矩形口处容易积灰堵塞。虽然配有连续吹扫装置，但是由于吹扫流量只有2.5 至3m³/h，非常微小，吹扫防堵的作用不大。另外，一、二单元取样管路是普通碳钢材质，容易掉落铁锈堵塞取样管路。综合以上几个原因，造成运行中炉膛压力测点取样口经常堵塞，压力测量不准确，引风机自调经常摆动，还有带保护的炉膛压力开关取样口堵塞后，有炉压保护拒动的重大隐患。

3.2 改造方案

更换取样装置，改变取样口容易积灰的机械结构，扩大取样口（见图8）。水冷壁直管段改为增加弯头绕过取样装置。更换新的连续吹扫装置。使用直径16×2mm不锈钢管路重新配接取样管路。炉膛压力变送器模拟量测点和高2值开关量公用一个取样装置和管路，保证带保护测点堵塞后及时发现。

3.3 安装时注意事项

（1）风压测量取样管路中应尽量不要配备阀门，如果必须增加阀门，则必须采用球阀，不要使用针型阀等其他类型阀门，否则容易造成瓶颈，灰尘会集聚在瓶颈处.

（2）管路中接头垫片必须保证完好，各接头紧固，管路无渗漏。否则，极易造成取样装置和管路内壁积灰。

3.4 改造效果

解决了保护用取样测点和管路堵塞重大隐患，未发生炉膛压力保护误动和拒动。

炉膛压力测量稳定，自动调整效果良好。

4 ETS超速保护完善（增加转速表上电闭锁）

4.1 增加闭锁原因

某电厂ETS系统超速保护使用4块Philips飞利浦TRACK30型转速表实现，该表在上电自检期间所有开关量输出继电器会吸合

1.5 至2秒。2012年，#6机组因为UPS电源故障，UPS供电电压瞬间低于150V，导致#1、#2转速表失电重启，ETS系统的2个通道均发出超速跳闸信号，机组跳闸。

4.2 改进方法

4块转速表，#1、2转速表使用的是川'S电源，#3、4转速表使用的是保安电源。利用原有电源监视继电器的常闭接点，上电时闭锁3秒钟超速跳闸信号（图9）。

4.3 改进后效果

未再发生上电时转速仪表原因的ETS超速保护误动。

5 汽轮机跳闸反馈信号改进

5.1 改进原因

某电厂FSSS系统“机跳炉”保护采用汽轮机A、B高压主汽门均关闭信号相“与”，再“与”上并过网信号（图10）。

曾经发生过汽机跳闸后，主汽门机械卡涩，实际无法关闭的故障，这样的话主汽门行程开关关闭位信号无法返回FSSS系统，FSSS系统“机跳炉”保护拒不动作。为了防止发生机炉大联锁保护拒动的故障，必须进行改进。

5.2 改进方案

主汽门行程开关信号不可靠，必须找到相应的备用信号来替代。AST油压，即“汽轮机危急遮断油压”可以很好的代表汽轮机跳闸信号。而且压力开关动作可靠性比行程开关要高。所以增加AST油压监视压力开关3个，采用三取二的方法代表汽机已跳闸信号，和主汽门关闭信号相“或”。

5.3 改进效果

沒有再因为主汽门卡涩实际没有关到位或者行程开关不到位，引起机炉大联锁保护拒动的故障。

6 锅炉引、送、一次风机停止反馈信号改进

6.1 改造原因

改前状态分析：以送风机为例说明。电气提供状态反馈点3个，一个运行信号，两个停止信号。由于原来A公司DCS系统网络点功能有缺陷，为了避免DCS控制器之间使用网络点，所以3个反馈状态点分别进入4个DCS子控制器。运行信号进入锅炉 SCS控制柜，停止信号SOE进入锅炉SCS的B侧控制柜并联接入MCS系统，另一个停止信号进入FSSS控制柜。

锅炉SCS只有一个运行信号参与逻辑运算，实现锅炉SCS的所有功能，例如停同侧风机、联锁关闭出入口挡板等等。进入SOE的点只是SOE记录，没有其他功能。并接入MCS的停止信号实现RB功能和风机动叶控制功能。进入FSSS系统的点，只是实现风机全停MFT功能。

6.2 安全隐患

电气送来3个点，但是没有按照三取二原则使用，不符合《二十五项反措》的要求，容易造成联锁、保护误动和拒动。曾经因为送风机单一运行信号消失，造成机组减负荷。电流信号是外部网络通讯点，不可靠，不能参与逻辑运算。

6.3 改进方案

根据《二十五项反措》中，“9.4.11……触发机组跳闸的保护信号的开关量仪表和变送器应单独设置，当确有困难而需与其他系统合用时，其信号应首先进入保护系统。”信号流程采用机组跳闸保护系统优先使用的原则。原运行信号不变，进入锅炉SCS系统。风机停止信号进行改进，原3-6DSOE卡上的停止SOE点进入FSSS控制柜SOE卡，作为SOE和逻辑运算使用。原来进入FSSS的停止信号不变。运行信号通过网络点在FSSS系统参与三取二运算;在FSSS系统中三取二之后的停止信号替代原来逻辑内的运行取‘非运算出来的停止信号。通过网络点和硬接线送至SCS、MCS等系统使用，防止误动和拒动。

三取二逻辑在FSSS系统内制作，如图12。并增加3个信号不匹配光字牌报警。

FSSS系统使用硬DO点和软网络点输出到其他SCS、MCS系统。取用停止信号的SCS、MCS系统，使用软点、硬回路点相“或”之后再使用，如图13。

引、送、一次风机停止信号逻辑使用列表见表1。

6.4 改进效果

电气至反馈信号动作正确，未再发生信号误动造成的减负荷事件。

7 发电机断水保护完善

7.1 改造原因

某公司#1、2机组在1991、1992年投产。当时设计的发电机断水保护为单点带保护，一个流量压力开关带跳闸。因为单一壓力开关损坏，发生过保护误动机组跳闸事件。

7.2 改造方案

发动机定子冷却水，正常工作压力为0.6Mpa，断水保护差压开关定值为6KPa左右。测量管路压力高、差压小，之前使用的差压开关不能适应此特点。必须寻找能够适应此工况的差压开关，最终选定某进口品牌。差压开关数量定为3个，并决定增加3个水压低压力开关。原因是孔板只有一个，孔板损坏的话会造成保护误动和拒动。另外，定子冷却水泵运行状态也应该作为保护条件之一。这样可以防止压力、流量测点损坏造成的保护误动和拒动。

经过研究最终确定如下方案：如图14。流量、压力均低于保护定值时，或者2台定子冷却水泵均停，输出发电机断水保护信号至电气跳闸发电机。至电气跳闸信号、压力低信号、流量低信号采用三取二方式实现，从取样管路、电缆、板卡全程独立。

7.3 改造效果

改造后，没有再发生测点原因的保护误动和拒动。

8 结束语

热控设备种类繁多、数量庞大，但是也有优点，使我们学会了用多种不同的原理和技术来实现同一个目标，极大的增强了我们技术交叉融合的能力。我们只需要在各技术原理间取长补短、举一反三，总会发现适宜的解决问题方案。

参考文献

[1]《防止电力生产事故的二十五项重点要求》（国家能源局2014年版）.

[2]《火力发电厂热工自动化系统检修运行维护规程））（DL/T 774-2015）.

[3]《火力发电厂热工控制系统设计技术规定》（DL/T 5175-2003）.