综述电厂热工自动化的保护意识

摘 要：讨论了火电厂热工保护设计、分散控制系统（DCS）及其后备监控设备配置和以“开放”的思想引进电控安全技术等三个方面的具体安全技术问题。

关键词：热工自动化 电控安全技术 热工保护设计 分散控制系统 后备监控设备

我国火电厂随着以DCS为中心的先进设备的应用及控制和保护技术的完善，大型火电机组的安全状况有了很大改善。

一、热工保护设计指导思想

如何处理“保人身、保电网、保设备”和“保发电”的关系，以及如何对待事故处理中依靠人还是依靠热工保护，决定了火电厂热工保护设计的指导思想，而不同的指导思想又决定了各个历史阶段具体热工保护系统的配置。我国火电厂热工保护发展经历了不同指导思想的三个发展阶段。

（一）低级阶段

我国火电厂热工保护处于发展的低级阶段，其特征是以报警为主，跳闸保护项目很少；事故处理时强调人的作用，依靠运行人员处理；处理事故的原则是尽量不跳机、保发电。这在当时热工自动化技术落后、可靠性低，机组容量小、参数变化慢以及电网容量小、比较脆弱的情况下，这种指导思想是完全正确的。

（二）适应大机组的发展阶段

我国电力行业逐步进入大电网、大机组时期，热工自动化技术飞跃发展，这种背景下，产生了一种全新的热工保护设计理念，主要体现在以下两个方面：

1．坚持“保人身、保电网、保设备”第一的安全指导思想，在大电网条件下，决不可将不跳机、保发电等同于保电网。

2．发挥人的能动性主要体现在精心设计和选型、精心调试上，事故处理的紧急情况下应首先依靠热工保护，运行人员则发挥辅助作用。

（三）进一步完善化的发展阶段

我国大机组热工保护理念及其配置从引进到现在的10多年来，人身伤害和设备损坏等重大事故大幅减少，而保护误动造成非计划停运的事故与初期相比虽然有所减少，但是仍高达平均每台机组2～4a发生1次，由此带来不小的经济损失。因此，客观上要求热工保护进一步完善化，即在坚持“保人身、保电网、保设备”的前提下尽可能减少误动，以获取机组最好的发电经济效益。《火力发电厂热工自动化安全技术指南》中规定的一些保护逻辑修改正是反映了这一发展阶段的部分成果，例如：

1．四角喷燃锅炉的中速磨煤机跳闸条件应修改为：A（B/C/D/E）层相邻2角或3角火焰丧失，且相邻层火焰和该层点火能源都丧失。

2．对于汽轮机振动保护常误动、可靠性差以致该保护不能投入的机组，允许“汽轮机振动大”跳机的逻辑修改为：1个轴承振动达到事故值，且相邻轴承任一振动达到报警值，经一定延时后应立即停机。逻辑修改后，当任一轴承振动达到事故值时，应有明显的声光报警，此时，运行人员应及时进行判别，除非明确断定是振动信号误发，否则运行人员应及时手动停机。

二、D C S及其后备监控设备配置指导思想

1．提高DCS可靠性，从源头上减小DCS故障发生率，如提高DCS电磁兼容性、开发安全控制器等。为此，《火力发电厂热工自动化安全技术指南》已进一步提出一系列要求。

2．合理配置DCS及其后备监控设备，减小DCS故障的影响程度。这是本节要重点讨论的课题。根据当DCS故障时最大限度减小对机组安全运行的影响这一指导思想，《火力发电厂热工自动化安全技术指南》中提出一系列新的DCS配置要求，例如：（1）对于循环水泵、空冷机组的冷却水泵及仪用空压机等重要公用系统（或扩大单元系统），应按单元或分组纳入单元机组DCS中，以免因公用DCS故障而导致全厂或2台机组同时停止运行。（2）控制器宜按工艺系统功能区配置。重要的多台冗余或组合的辅机（辅助设备）应按下列原则配置，以确保1对控制器故障不会造成机组被迫停止运行：1）送风机、引风机、一次风机、凝结水泵和循环水泵等2台冗余的重要辅机及A、B段厂用电应分别配置在不同的控制器中，但允许送风机和引风机等纵向组合在1个控制器中；2）给水泵、磨煤机和油燃烧器等多台冗余或组合的重要设备应适当分组配置到几个控制器中。（3）为了减少1对控制器故障对模拟量控制系统失灵造成的影响，重要模拟量控制回路应适当分散配置，影响同一重要参数的控制回路应尽量配置在不同控制器中，如主蒸汽一级和二级减温控制系统、再热蒸汽摆动火嘴和喷水控制系统、送风和引风控制系统等不宜配置在同一对控制器中。（4）控制器（包括汽包水位控制器）的配置必须严格遵循重要保护和控制分开配置的独立性原则。（5）DEH控制器应按失电或故障时自动停止机组运行的故障安全原则配置。炉膛安全系统（FSS）和汽轮机紧急跳闸系统（ETS）控制器在其继电器执行回路已按故障安全原则配置时，其跳闸输出可按带电动作原则配置。（6）除DEH控制器外，当任何一对控制器故障时，为确保短时恢复期间机组在稳定负荷能安全运行，除应按要求配置硬接线后备监控设备外，至少对下列重要安全参数应在2对控制器中同时予以配置：汽包水位（超临界压力机组除外）、主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热蒸汽温度、炉膛压力。

对于DCS后备监控设备，也应根据下述问题对目前的配置方案重新进行思考：（1）在DCS局部故障时能否维持短时稳定负荷下运行；（2）DCS在发生全局性或重大故障而紧急停机过程中能否确保机组的真正安全。但对以上问题，系统分析和实践都无法给出肯定无误的回答。当DCS发生全局性或重大故障时，目前机组配置的后备操作设备提供了发出停机、停炉，启动交、直流油泵，打开真空破坏门等指令的手段，但停机、停炉是一个复杂的过程，需要进行一系列操作，这将全部依赖独立于DCS的保护和联锁回路去自动执行。熟悉运行的人都很清楚，其中有相当一部分操作如果没有被正确执行将不能保证停机过程中机组的安全，如发出停炉指令后有任1台磨煤机没有停止运行、给水或减温水阀门没有关闭，发出停机指令后主汽门或调速汽门没有关闭，抽汽逆止门没有关闭，油泵不能正常供油等都将严重危及机组安全。事故调查也证明，保护和联锁拒动的现象也时有发生。

当DCS发生局部故障时，若一对冗余的给水控制器、汽温控制器或炉膛负压控制器故障，仍想维持短时运行，则目前的DCS控制器配置及后备监控设备配置是否能满足要求，答案也是否定的。根据上述配置指导思想，作者认为目前的后备监控仪表和报警装置应按下列要求修改配置：（1）后备监视仪表：锅炉汽包电接点水位表（必须选用经实践证明安全可靠，全程测量准确）；锅炉炉膛火焰工业电视；凝汽器真空表；汽轮机；（2）后备报警装置：为确保DCS故障时维持机组稳定负荷下短时运行或紧急停机过程中的安全，必须监视一些重要安全参数是否在安全范围内，主要跳闸或联锁保护是否正确动作，但装设过多后备仪表和后备操作设备带来的问题较多。因此，适当增加后备报警装置，用较小代价换取机组的安全是最好的选择。

四、结语

我国火电厂热工自动化安全技术飞速发展，并积累了丰富的经验，为了统一认识，正确总结经验，需要有一个适应形势发展的新的安全技术配置的指导思想。但是，当这些安全技术还没有成为行业规范或适当的行政指令时，设计单位或电力企业往往不应用。我国电力行业技术管理相对比较落后，特别是国家电力公司解体以来，行业技术管理明显削弱，这涉及深层次体制问题，期盼有关各方共同努力，尽快推进这个问题的解决。