火电厂主设备热工保护优化

【摘 要】随着电力工业的飞速发展，电网不断扩大，机组单机容量不断增加，发电厂热工自动化在保证机组安全、经济、稳定运行中的作用越来越重要。没有热控设备的可靠工作，现代化的大机组不可能启停并网，也不可能经济运行，更不可能在事故状态下保障人员、机组和电网的安全。

【关键词】热控；三取二；保护

1.前言

当前，电力行业已逐步形成大电网、大机组、高参数、高自动化的发展格局，火电机组越大，其设备结构就越复杂，自动化程度也要求越高。随着火电机组容量的提高及参数的增加，机组在启停及运行过程中需要监视的参数及控制的项目越来越多，热控系统监控功能不断增强，范围迅速扩大，故障的离散性也增大。当热控系统的控制逻辑、测量和执行设备、电缆、电源、热控设备的外部环境，以及安装、调试、运行、维护，检修人员的素质等，这中间任一环节出现问题，都会引发热控保护系统的误动或机组跳闸，影响机组的安全运行。因此，如何进一步做好热控系统，提高热控设备和系统运行的安全可靠性至关重要。

2.机组简介

大唐国际托克托发电有限责任公司（以下简称“托克托电厂”）三四期发电机组均为600MW直接空冷机组，锅炉为东方锅炉厂制造的亚临界、自然循环、前后墙对冲燃烧、一次中间再热、单炉膛、全钢构架的型汽包炉。锅炉设计压力为19.1MPa，最大连续蒸发量为2070t/h（ECR为1876t/h），额定蒸汽温度为541℃。汽轮发电机组及其控制系统（DEH）由东方汽轮机厂制造，DCS系统为美国西屋公司OVATION系统。

3.热工保护的原则

热工保护是通过对机组工作状态和运行参数进行监视和控制而起保护作用的，当机组发生异常时，保护装置及时发出报警信号，必要时自动启动或切除某些设备或系统，使机组仍然维持原负荷运行或者减负荷运行。当发生重大故障而危及机组设备安全时，停止机组（或某一部分）运行避免事故进一步扩大。热工保护系统是火力发电厂一个十分重要的、不可缺少的组成部分，对提高机组的可靠性和安全性具有十分重要的作用。随着DCS控制系统的日益发展，热工自动化程度越来越高，使机组的安全、可靠性得到了很大的提高。但热工保护误动和拒动的情况还时有发生，如何提高热工保护的可靠性，使其"该动时则动，不该动就不动"。

热工保护的基本配置原则是“既要防止拒动，也要防止误动”。为防止单个部件或设备故障和控制逻辑不完善而造成机组眺闸，在新机组逻辑设计或运行机组检修时，应采用容错逻辑设计方法。对运行中易出现故障的设备、部件和元件，从控制逻辑上进行优化和完善。通过预先设置的逻辑容错措施来降低或避免控制逻辑的误动作。运行机组应对热控保护连锁信号取样点的可靠性进行论证确认。对控制系统的硬件、逻辑条件、定值进行可靠性梳理和评估分析，对机组设备安全运行有严重影响的热控保护逻辑从提高可靠性角度进行优化，例如：

a.条件许可的单点信号保护逻辑，改为信号三取二选择逻辑――即采用三个一次元件进行测量，当其时两个或两个以上的信号动作时，信号单元就有输出，这样大大降低了信号的误动作率和拒动作率，提高了系统的可靠性。或根据单点信号间的因果关系加入证实信号改为二取二逻辑。b.单点测点信号状态无法改变的.通过专题论证，在保证安全性的前提下可改为报警。c.实施上述措施的同时，对进入保护联锁系统的模拟量信号。合理设置变化速率保护、延时时间，以及缩小量程来提高坏值信号剔除作用等故障诊断功能。设置保护联锁信号坏值切除与报警逻辑，减少或消除因接线松动、干扰信号或热电阻故障引起信号突变而导致的系统故障。

依据《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求实施导则》，确定原则如下：

（1）必备的主机保护过程开关量信号应采用“三取二”配置。

（2）由过程模拟量输入的保护信号，与保护输出为同一DPU的系统，输入信号经模拟/开关量转换后实现“三取二”配置。

（3）由过程模拟量输入的保护信号，与保护输出为不同DPU的系统，输入信号经模拟/开关量转换后通过硬接线送入保护机柜，实现“三取二”配置。

（4）需经过速率判断等计算，用于保护输出的模拟量信号，应采用“三选中”配置。

（5）保护输入的一次元件、取样管、输入模件均应相互独立。

（6）可选保护应尽可能实现“三取二”或“三取中”，确因测点数量原因无法实现“三取二”时，可采用二取二的形式。

（7）必备保护必须投入，可选保护根据设备特点，按制造厂要求或运行要求，确实需要投入的，须履行审批程序（分子公司批准，集团公司备案）确定。

（8）各种作用于主设备停运的热工保护，必须有防止因单一测点、回路故障而导致保护误动的技术措施。

4.保护优化

目前我厂三四期机组六大风机及给水泵的保护在逻辑中均采用了三取二的保护，这些保护点均为硬件点，即现场的一次元件通过电缆将信号送入DCS中相对应的硬件地址，当其中有两个信号动作时保护动作。虽然为三取二保护，但却存在三个信号单点取样的情况，例如引风机油压低连跳引风机保护，虽然为三个压力开关，但却在同一取样管取样，如取样管发生堵塞等情况将导致三个开关同时动作，致使保护误动作。而且还存在多个保护点送入DCS同一卡的情况，如A一次风机两台油泵停信号分别位于DROP4同一块卡件的4、8通道等。如果保护点多点同卡的卡件故障，即可能导致保护误动，甚至拒动。如A一次风机油泵停信号监测故障，可能会导致误跳A一次风机，甚至不能正确跳闸A一次风机，从而导致重大设备损坏的恶性事故。例如托电#6机组曾发生过2号控制器2号拓展柜电源故障问题而导致拓展柜内所有卡件通讯故障问题，导致测点故障。所幸此柜内卡件所接测点并无保护测点，没有发生保护误动或拒动，没有造成严重危及设备及机组安全运行的事故。

为防止六大风机保护误动、拒动，热控专业利用停机临修对风机保护进行相关改造。首先对现场取样管的改造，对于三个测点在同一取样管路上的保护重新进行取样，实现一次元件的相互独立。

其次对风机的保护进行核实，对进入同一卡件的多个保护点进行分散处理。在DCS中每一个控制器最多放两块I/O接口卡（PCI），一块接口卡最多可有八条支线（Branch），每个支线最多可连8块卡（Slot）。所以每一个测点都拥有属于自己唯一的硬件地址，地址的第一位标示的为控制器号，第二位为PCI号，第三位为Branch号，第四位为Slot号，第五位则为卡件的通道号。我们通过增加卡件及接线调整，在DCS中重新进行组态，使保护测点分别送入不同卡件。

通过此次改造，我们将测点实现了取样独立，信号输入模块独立，大大加强了系统的可靠性，为发电机组的安全稳定运行奠定了良好的基础。

5.总结

随着我国电力工业的迅速发展，火电厂的装机容量和单机容量日益增大，大量超临界、超超临界机组投入运行。在日益严峻的环境形势下，脱硫系统成为火电厂的标准配置，脱硝系统也逐渐投入使用。因此，相应的热工保护系统的规模也大幅度上升，对热工保护系统的控制方式、系统可靠性、运行水平的要求也越来越高，热工保护控制系统的安全可靠性对保障机组的安全稳定运行显得十分重要。本次通过对就地取样管路的改造以及DCS卡件处接线的调整，使得一次元件实现真正意义上的相互独立，达到三取二保护的目的，实现了真正的三取二保护。这样进一步提高了热控保护的可靠性，更好的保证设备运行的安全性和经济性。

提高火电厂热控系统的可靠性是一个系统工程。客观上涉及热控测量、信号取样、控制设备与逻辑的可靠性，主观上涉及热控系统设计、安装调试、检修运行维护质量和人员的素质。目前我们所做的工作只是一个起点，有待于继续深入开展这方面的研究，努力提高热控系统的可靠性，让我们的机组能够更安全稳定运行。

参考文献：

[1] 中国大唐集团公司提高火电厂主设备热工保护及自动装置可靠性指导意见（内部资料）.

[2] 李树坤。电厂热控保护装置的检修及维护.2010.

[3] 王潜博。火电厂热控保护工作的重要性及对策.2011.