通过技术手段提高热工设备的可靠性

范井生

（河北西柏坡发电有限责任公司，河北 石家庄 050400）

0 引言

随着发电机组容量的不断增大，电网及企业对机组的安全性和稳定性提出了更高的要求,必然对机组自动化水平的要求也更高更细，热工自动化在发电厂的地位逐渐增强责任不断升级。作为上世纪90年代投产的一个老厂，在热工专业方面，一方面要求逐渐纳入自动控制的现场设备越来越多，监控测点数量逐渐增多且范围不断增大，自动保护、自动联锁、自动调节系统的不断完善，提高了机组自动化控制的水平、提高了机组运行的安全性和经济性，减轻了运行人员的劳动强度且减少了运行岗位人员的配置数量[1]；另一方面，热工人员不断减少和人员逐渐老化的实际情况与设备增多矛盾突出，如何在这种情况下保障热控系统运行的可靠性，保障机组运行的安全性和经济性，使发电企业在激烈竞争的环境中具有竞争力，就需要不断挖掘内部潜力，通过技术创新，通过技术和科技手段提高人员和设备的管理能力，提高日常工作中的工作效率。

发电厂中的热工设备主要包括控制系统、测量仪表、执行设备三大块，这些设备在性能、质量、价格上存在着较大的差异，自然在可靠性与稳定性上也存在不小的区别。所以，决定热工设备可靠性高低的关键因素主要在设备选型、安装与施工质量、后期检修与维护上。对于一个投产多年的发电老厂，在设备选型与施工安装方面已经固定，设备无法大范围改变的情况下，只能从检修与维护上不断对现有设备进行改造与完善，逐渐提高设备的可靠性。某企业设计规模为6台机组，一期工程两台300MW投产于1992年，二期工程两台300MW投产于1996年，三期两台600MW机组投产与2006年。在多年的检修和维护工作中，该企业热工车间不断加强人员和设备管理，充分利用先进的科学技术在工作中不断创新和实践，机组设备的可靠性不断提升，自2015年以来，热工设备连续3年未发生一类设备缺陷及机组非停事故[2]。回顾多年的设备管理和改造过程，除了按照国家的各项规程规范严格执行外，利用新技术和新思路不断结合现场设备进行创新和实践,同样起到了重要作用。

1 提高现场设备可靠性措施

热工设备以控制设备、测量仪器仪表、电动和气动执行设备为主，这些设备普遍存在使用寿命周期短，更新换代快等特点。尤其是电子元器件，运行10年以上就基本进入故障期，运行环境差的设备使用寿命将更短。根据这些特点，要求在及时进行设备更新和完善的基础上，不断缩短设备检修维护周期，运行中提前做好事故预判和事故预想，在设备将要发生问题前发现事故苗头，及早处理设备隐患[3]。在多年的工作中，电源系统完善、热工保护投退、测控仪表的监控、保温伴热系统的监视、报警及提示信息的完善、SIS系统的应用、互联网技术的应用等专项改造完善工作发挥了重要作用，特别是在人员减少与人员持续老化的情况下，更需要通过技术手段减轻职工的工作强度，提高工作效率，让科学技术成为热工管理进步的重要阶梯。

1.1 电源系统完善

电源是一切热工设备工作的基础动力，所有热工设备的运转都以电源为支撑，在电源正常的基础上进行信息的测量、数据的处理、指令的执行。在热工的各种缺陷和事故中，由于电源直接或间接原因引起的故

(3)重要电源必须加装电源监视模块，一旦电源发生故障立即在DCS系统中报警，在备用电源工作后尽快处理故障电源，电源系统始终保持冗余备用状态。

(5)工作站电源冗余配置措施：DCS系统各工作站主要采用工控机，操作系统为WINDOWS系统，供电方式为220V交流电源，在设备运行中一旦发生系统供电电源故障切换，由于交流电源系统的切换时间较长，足以导致各工作站重新启动，关键时刻运行人员将失去监控。自2005年以来，热工车间完善了全部控制系统的工作站供电方式，电源的冗余方式采用APC交流电源切换器，输出最大电流达30A以上，接收UPS和保安两路电源，切换时间完全能满足计算机稳定运行，改造完后各机组工作站没发生过电源系统故障，配置结构见下图1。障超过20%。热工电源主要有交流与直流两种类型，其中交流多直接用于执行设备中，在测量及控制系统中多采用直流弱电信号，这些直流也是由交流信号变压并直流转换获得[4]。在电源系统配置与完善过程中，始终遵循以下原则：

图1 热工DCS系统工作站交流电源冗余配置图Fig 1 Redundancy configuration diagram of ac power supply for workstation of thermal power DCS system

(1)重要设备的电源系统必须冗余配置，优先选用直流冗余，在直流冗余无法实现时，可以考虑交流冗余。

(2)电源设备的容量高于总负载的30%以上,感性负载容量应比额定值更高，电源的断路开关容量选配合适，不允许越级跳闸。

(6)热工220V直流工作电源冗余措施：热工直流电源主要取自电气直流屏，热工主要直流用电设备有MFT跳闸柜、ETS跳闸电磁阀、OPC电磁阀、电磁泄放阀、输入中继柜等设备，由于所带设备非常重要，所以必须要求可靠稳定[5]。电气直流电源所带设备除了热工设备直流负载外，电气侧直流设备众多，在运行过程中直流电源常发接地报警信号，电气专业为了判断故障点需要拉开关判断，这种判断方式直接威胁机组安全。为了提高热工直流电源的安全性并随时配合电气直流电源故障处理，热工直流电源自2006年开始，陆续对6台机组的直流电源系统进行了改造，改造后运行稳定，没发生过任何故障。改造方式采用朝阳直流电源模块，根据各机组所带220V直流设备负荷量身定做，输入电源为3路电源，一路电气来220V直流电源、一路UPS交流电源、一路保安电源，三路电源冗余无扰切换，每路电源均可以单独长时间带全部负载，各电源的运行状态均送DCS系统进行监视，具体结构图见图2。

图2 直流电源系统结构图Fig 2 Structure diagram of DC power system

1.2 保护投退

机组的保护投退操作已经是机组正常运行过程中不可缺少的一部分工作，机组的定期试验工作以及日常消缺过程中经常需要进行投退保护的操作，由于操作不规范或工作疏忽，在以往的投退操作工作中曾多次造成机组非停或联锁保护误动的发生[6]。保护投退过程中经常进行拆线或短线的工作，因为经常重复操作造成接线端子排损坏的事情时有发生。为了减少事故，简化操作流程，降低保护投退工作的风险，对日常工作中经常投退的保护进行统计和分析，通过控制逻辑和操作画面在DCS系统中设计保护投退程序，在工程师站绘制保护投退画面，根据系统的不同分别汇总入不同的投退画面中，画面编号与结构6台机组尽量保持一致性，并对保护投退画面进行权限设置，确保仅限工程师站的操作权限[7]。每个投退逻辑都编辑为标准的功能块，画面风格相同，显示清晰明了，当保护动作条件存在时逻辑禁止投入保护，画面上投入按钮变灰禁操，有效的杜绝了保护投退时保护误动的发生，具体逻辑和画面风格见下图3：

图3 跳闸功能块设计逻辑图Fig 3 Design logic diagram of trip functional block

1.3 测量信号自动判断与监控

热工信号测量的准确和稳定性是自动控制的关键，一般重要信号的测量都采用冗余测量方式，在测点取样、信号传递、卡件配置上都要相互独立，一个测点故障时不会影响其它测点的正常测量。除此之外,在信号逻辑处理以及事故预判上做以下处理能起到重要的作用：

模拟量测点监控∶在热工控制系统中模拟量测量是实现设备实事监控和连续自动化控制的重要手段，随着科技的不断进步，测量设备的质量与精度不断提升，但是毕竟测量设备由电子元器件组成，在使用寿命上有一定的局限性[8]；测量范围的增大及测量设备的增多，有一定概率的测量设备在运行中出问题是不可避免的。为了预防测量设备故障时控制系统误动，重要模拟量信号采用三取中或运行人员判断并自由选择方式，在被选信号故障时能自动切换到正常测点参与控制。在控制逻辑中增加模拟量质量坏点监视，当测点超量程或检测到变坏点时，发出报警信号同时切除该点在回路中的作用；当三个点彼此之间出现偏差时，发出报警信号，必要时切为手动运行。

开关量点信号监控：开关量是热工控制系统中实现过程控制的重要数据，是设备或系统运行状态的重要标志，是实现联锁和保护动作的重要依据。在热工系统中，重要的保护功能回路中开关量测量信号都采用三个以上测量设备，一般采用“三取二”逻辑处理或采用 “两或一与”处理，除此之外，为了实时监控每个重要测点的运行状态，在逻辑回路中对每个重要测点进行全程监视。为了实时监控测量设备运行状态的正确性，可以采用彼此比较的方法进行判断，能及时发现设备运行的健康状态，及早干预处理[9]。两路以上的同位置开关量测点，每两个点之间在一定时间内数值不同步时发出报警信号，提醒运行人员关注。

在当前城市轨道交通运行模式之中，车辆信号系统作用十分明显，由于不同城市的发展存在区别，轨道交通展示出不同特点。因此，在轨道车辆信号系统设计上，应该根据具体情况来配置设计方案。一个完善的交通信号控制可以降低安全事故的发生率，还能为城市的轨道建设带来巨大的经济效益。因此，人们应该对城市轨道车辆信号系统进行完善，确保交通体系的畅通运行。

温度点监控：对于温度测点，除了坏点监视之外，增加了速率变化监视，当测点发生突变，及时发出报警、必要时切除相关回路。测点的速率监视报警须根据设备运行的实际状况进行设置,数值需要总结长期的经验并不断摸索,在既不能误动又不能拒动的情况下,根据设备或系统的重要性选择两者的优先级别。

1.4 保温与伴热设备监控

地理位置在北方的发电厂，热工设备的冬季设备防冻是一项非常重要的工作，多年的工作经历中，冬季由于测点受冻引起的机组非停和重要缺陷数量不少，尤其是水系统的液位、流量等信号，在极寒天气或大风降温时是重点关注的对象[10]。设备的防冻要把设备保温和伴热基础工作落到实处，在此基础上加强设备的日常巡视工作。在设备检修或改造过程中，通过技术手段24小时实时监控伴热设备的运行状态，主要从以下两个方面落实：

(1)重要保温伴热设备的供电电源增加电源监视，当设备跳闸断电时在DCS系统发出相关信息的电源失电报警，提醒运行人员关注相关系统的变化并联系检修人员快速到场处理，将问题处理在萌芽状态。重要的回路可以采取单个开关测点报警，其它设备的伴热电源开关可以多个接点合并报警。

(2)汽包水位和给水流量等对自调系统影响快速的测点，在管路打保温前预埋1-2个热电阻温度元件，并将测点接入DCS系统或小DAS系统，在DCS系统中做逻辑监控和判断，当保温投入后，温度低于报警设定值时进行画面报警，提醒运行人员,必要时可以作为辅助切除自调回路的手段。

1.5 全厂SIS系统的灵活运用

SIS系统已经在发电企业普及，该系统可以给发电厂的设备管理提供便捷的条件，尤其是热工专业更可以把这个条件最大化开发利用。SIS系统的原始数据和画面全部以现场控制系统的操控界面为基础，数据资源取自控制系统的I/O测点和中间变量。根据日常工作的需要可以在SIS系统中编辑热工专业监控或分析需要的画面信息，对一些关键参数或重要设备进行实时监控，可以大幅提高工作效率，高效掌握关注设备的运行情况。主要开发了以下两个方面应用：

(1)车间每位职工可以将自己关心的或自己负责的设备在SIS系统中制作历史趋势群组，每天上班后或闲暇时不定期关注一下前一天设备的运行情况，关注测点是否发生跳变或自调系统调节性能等运行人员不易发现的问题，可以及早发现设备隐患，也可以及时掌握负责设备的运行健康情况，总结经验并及早干预。

(2)各机组的电源报警信息、保护投退信息、DPU运行状态、控制卡件状态信息、重要测点实时数据均可以编辑SIS画面方便热工人员在办公室概览查询，既提高了工作效率，又掌握了设备状态。

1.6 报警画面与提示信息的完善

现场DCS系统或PLC控制系统中，在监控画面中设置了大量的过程报警或提示信息，这些信息可以帮助运行人员快速了解系统运行状态、设备启停限制条件、跳闸首出原因，能快速处理问题，并且这些措施可以减轻运行人员对检修人员的依赖，减轻了检修人员频繁配合运行人员查询问题的次数，提高了运行与检修人员的工作效率。在近几年的DCS系统升级改造工作中，DCS系统监控画面主要完善了以下内容：

(1)机组6千伏动力设备及有多个允许启动或跳闸保护条件的一般动力设备，增加了“启动允许”、“跳闸首出”分画面，运行人员可以方便的点开设备旁的条件信息框浏览设备启动运行条件及跳闸后记录的跳闸原因，减少了运行人员对检修人员的依赖，方便了运行人员的操作，为运行人员提供了必要的系统操作指导。

（2）运行操作指导，在机组重要系统的投切以及事故状态下，为运行人员提供必要的操作指导，运行中出现问题时弹出运行提示信息，指导运行人员的正确响应。

（3）根据机、炉、电专业关注点的不同，分别在各自的操作员站增加软光子排报警画面，当运行参数超限时及时发出声光报警，提醒运行人员注意。

2 通过互联网技术完善管理措施

随着互联网技术的飞速发展,网络与广大职工的连接越来越密切,联网的电脑与手机已经深入到我们日常的工作与生活中，尤其是热工专业，现场设备的检修与维护工作已经与电脑、网络、硬件、软件等密不可分。热工专业的管理工作更需要把最新的互联网与电脑技术应用到日常管理中，利用新科技、新技术提高工作效率。微信、为知笔记、有道云笔记、文件服务器四种基于互联网的信息交换工具，构建了热控车间的管理体系，提高了车间的整体生产力。

2.1 微信软件在工作中的应用

自2014年以来，热控车间积极拓展网络思维，在车间内部3个楼层空间内安装了无线WIFI网络信号，采用TP-LINK公司的电力线路传输信号无线路由器，用1个TL-H29RA主路由器带7个TL-H29EA扩展路由器的问题，解决了全车间范围内无死角上网。在车间内部组建了各种微信平台交流群，有工作用的热控车间群，有供大家灌水娱乐的热工生活群，有专门用来发布每日DCS情况和保温伴热情况的巡检群。每个班组也都有自己班组的群，班组的大事小情每天都在群里发布。班组和车间值班员每天早晨8点前都把值班记录发到车间群和班组群。各班组把每天设备巡检的情况发布到设备巡检群里，班组群里每位职工将当天的工作内容及总结在下班后通报，车间群发布重要通知和公司的会议精神，及时的通知到每位职工。微信平台的建立，缩短了职工之间的距离，扩展了工作空间，提高了整体管理效率。微信改变了我们的工作和生活方式。

2.2 云笔记的应用

热工的日常工作专业性较强，设备更新换代快且设备的图纸资料繁多，这就需要大量的图纸资料支撑。为了能快速便捷的找到相关的资料以及记录设备情况，车间在日常管理中启用了云笔记软件，主要有为知笔记和有道云笔记两种。笔记中储存了各班组相关的设备说明书、消缺指导、图纸资料、消缺经验等日常急需资料，当在处理缺陷的时候需要查资料就可直接用手机，登录笔记app，输入设备关键字搜索，就能得到关于设备的详细说明书，设置教程，别人处理缺陷的经验等等。这些资料都存于云端，可以在电脑和手机上编辑，修改，上传，下载。大家可以随时随地使用这个资料库。这么强大并且方便快捷的资料库都是得益于大家的平时积累以及辛勤整理。众所周知，热控车间的资料、图纸、说明书、教程浩如烟海，以前都是纸质资料，随着长期的积累，越来越多，存放和查找起来特别不便。所以在车间专工的倡导下，每个班组逐渐把资料电子化。有的是现有资料的扫描，有的是个人工作经验和总结，有的是导入的微信群讨论和值班日志，有的是从网上下载的说明书和故障分析，各种渠道的获得的资料丰富了为知笔记的资料库。车间每位职工都无私地为资料库添砖加瓦，充分发挥了人人为我我为人人的精神。

2.3 部门FTP服务器建立

毕竟云端的存储容量有限，存储大文件成本较高，而且资料安全性得不到保障。车间为解决这个问题自己搭建了文件服务器，购置了大容量硬盘来存储车间的大数据文件。基于局域网共享技术，每个班组都有独立账户，分配有不同的文件管理权限。每个用户都有读取所有文件的权限，对自己班组的特定文件具有编辑和删除权限。局域网传输保证了文件的读写速度和安全，使班组内部的文件共享和车间内部文件上传下达更加方便顺畅。每个班组定期备份现场DCS数据和历史数据，上传至车间文件服务器，并刻录光盘留存，多方式保证了数据的安全。服务器管理员定期对服务器进行维护和文件进行整理，保证了服务器的稳定运行。

3 结论

发电厂热工设备更新换代较快，随着新设备的不断更新，必然又会有新问题的出现，热工专业必须时刻保持接纳新技术，吸收和消化新科技的进取精神，不断充实自我，优化设备。