火电厂热工保护系统可靠性的分析

【摘 要】近年来，随着我国经济和社会的快速发展，使得我国对能源的需求量日益增加，然而，电力又是我国经济发展所不可缺少的能源之一，势必会面临巨大的挑战与发展机遇。受此情况的影响，国家对电力的发展也提出了更高的要求，与此同时，我国的发电设备正向智能化、自动化的方向快速发展，所以，关于电力操作系统运行的安全性以及可靠性都有了一个更新的认识。火力发电厂发电设备由于煤种变化、设备故障及运行人员操作不当等各种不确定因素的影响，造成运行参数超过规定的限值，甚至危急设备及人身安全。因此切实提高热工保护系统的安全性与可靠性是当前所要解决的首要问题。本文主要对当前我国火电厂热工保护系统中存在的诸多问题进行探讨和分析，并且提出了一些切实提高火电厂热工保护系统可靠性的有效对策。

【关键词】火电厂、热工保护、可靠性分析、对策

一、前言

热工保护系统作为火力发电厂热力生产过程中十分重要的组成部分，它最基本的任务就是在发电设备正常启停和运行过程中，当相关参数超过预期规定值时能够及时采取紧急措施，自动停止相关设备的运行，制止危险工况的发展，为设备安全提供根本保障。

火力发电厂热工保护系统主要包括锅炉锅炉炉膛安全保护FSSS、主蒸汽（再热蒸汽）压力和温度高保护、汽包水位高低保护、汽机紧急跳闸系统ETS、汽机防进水保护、辅机故障保护等。

二、热工保护系统结构

热工保护系统由以下部分构成：

1、保护测量元件：主要包括压力（差压）开关、温度开关、液位开关、行程开关等。

2、就地驱动装置：主要包括电动（气动）阀门及挡板、油枪、电动机等。

3、控制电源

4、控制装置：主要由分散控制系统DCS或可编程控制器PLC或现场总线控制系统FCS等实现。设备主要包括机柜、卡件、控制元器件等。

5、电缆线路、取样管路、气源管路等。

三、热工保护系统故障原因分析

火电厂热控系统运行受多方面因素影响，电气元件故障、电缆接线故障、系统故障是常见的影响因素，此外，还有设计安装故障与人为故障等。火电厂热控系统运行必须及时排除以上故障，这就有必要分析这些故障的发生原因。

1、 控制装置故障分析

控制装置主要包括分散控制系统DCS、可编程控制器PLC以及现场总线控

制系统FCS等，是一项综合性较强的系统，其主要包括计算机技术、网络技术、过程控制技术、LED显示技术等。可以实现热工保护、数据采集与记录、模拟量控制、顺序控制等功能。随着计算机技术的快速发展，控制装置的可靠性也有明显提高。但由于计算机或元件质量造成的系统故障也时有发生。诱发其故障的原因主要包括操作站问题、主DPU死机、辅助DPU切换失败、服务器死机、控制卡件故障以及外部环境不能满足控制系统要求等因素，是影响机组安全运行的重大隐患之一。

2、就地控制设备故障分析

就地控制设备包括检测仪表、行程开关等就地保护测量元件及阀门挡板、电动机等就地驱动装置，因就地控制设备故障引起的事故很多，主要是指元件信号失真，设备拒绝动作或误动作。如果热控系统中发生故障的就地控制设备是ETS或FSSS等系统的相关重要设备，会直接引起跳闸，甚至损坏设备，造成巨大经济损失。诱发其故障的原因主要包括产品质量差、设备老化损坏、气源管路泄漏或安装调整位置不当造成执行机构操作失灵等，因此就地设备及安装质量严重影响热控系统的可靠性。

3、控制电源故障分析

控制电源故障主要原因一是电源线路接触不良、接线松动或开关质量不好，致使控制电源断路或短路，从而引起保护误动。二是在电源系统设计过程中控制电源回路的元器件容量选择错误或电压等级不匹配及控制电源未考虑冗余等因素造成事故。因此，在设计过程中控制电源的可靠性不容忽视，

4、系统逻辑缺陷

对于新机组而言，由于投入运行设备时间较短，易出现系统逻辑设计不完善问题，这易引起DCS系统判断失误，发送错误信号，导致设备做出错误动作，造成发电机组非正常停机。很多新机组试运行过程中，多次出现系统逻辑缺陷问题，导致发电机组非正常停机，延误正式投产时间，影响设备安全。

四、提高热工保护系统可靠性的措施

为提高热工保护系统的可靠性，防止事故的发生，首先在设计时要严格按照规程规范、技术标准、反事故措施要求等进行可靠性设计。

1、后备停机装置的设计

目前火电厂机组FSSS及ETS保护功能大多采用DCS系统实现，当DCS系统出现故障时，设置后备停机装置就显得尤为重要。具体措施是在集控室运行人员的操作台上设置后备操作按钮，用继电器设置一套硬跳闸回路，控制触点直接接至燃料系统及停机电磁阀，实现独立于DCS系统之外的跳闸系统。当DCS系统出现故障时，运行人员可通过后备紧急跳闸按钮切断主燃料及跳闸需要保护的设备。

2、DCS硬件冗余设计

用于保护用的一次测量元件（如逻辑开关等）根据其重要性采取双重冗余

或三重冗余设置，将冗余测点信号分配在DCS系统不同的卡件上以避免因一块卡件损坏就影响机组正常运行。

用于保护用的信号尽量放在DCS系统同一控制器中处理，当必须跨控制器时采用硬接点信号不允许采用通讯点用于保护系统，以增加保护系统的可靠性。DCS系统控制器必须冗余配置。

3、统一软件设计标准，以避免因设计不规范增加运行人员的劳动强度，增加误操作的可能性，并且避免错误的逻辑设计导致事故的发生。

4、其它措施

（1）热工控制柜和DCS系统电源一路采用不停电电源（UPS），另一路来自事故保安电源（无保安电源时采用厂用电）。并均设置电源自动切投装置，工作电源故障时及时切换至另一路电源。

（2）为避免弱电信号受现场电磁干扰，确保测量信号的准确性，拟将测量信号电缆与控制电缆和动力电缆分层敷设，提高系统的可靠性。

（3）控制设备选型和安装调试质量控制

（4）建立科学的评价体系及专业人员培训

电厂要建立规范化、系统化、可操作性强的《热工自动化系统与设备质量评估准则》，在热工自动化系统的设计、基建、运行维护、检修等各个阶段开展有效的评估工作。定期对系统和相关设备进行检测和评估，及时发现问题，及时改进。

五、结束语

热控系统纷繁复杂，任何细小的疏忽都可能致使热控系统发生故障，因此，必须从思想上重视热控系统管理工作，建立完善的热控系统管理体制，加强管理队伍建设，重视日常检测与设备维护，及时排除安全隐患，不断应用先进技术，才能满足新形势下火电机组热控系统管理工作的要求，提升热控系统的可靠性。

参考文献：

[1] 赵燕平 热工联锁保护系统配置优化技术