火电机组热工保护可靠性分析

2019-09-26 版权声明 举报文章

摘 要:热工保护系统是火电机组不可或缺的部分,是至关重要的一个环节,其可靠与否对于机组主辅设备的安全稳定运行意义重大。随着机组自动化程度越来越高,热工保护系统也逐渐成为了被关注的焦点,

关键词:电厂;热工保护系统;可靠性;误动;拒动

DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2016.22.143

0 引言

如今,火电机组的单机容量和装机容量日益增加,热工保护系统在火力发电厂中的地位也在不断提升,提高其可靠性可以有效地降低机组运行中的不安全事件发生概率,显著提高发电企业的经济效益。但是机组在实际的运行工况中,常常有很多不可控的因素,致使热工保护系统出现拒动或误动的事件,给发电企业造成巨大的经济损失和设备损坏。因此,如何提高热工保护系统的可靠性,也逐渐成为火力发电企业日益关注的焦点。

1 提高热工保护系统可靠性的意义

热工保护系统在火力发电机组中占据着重要的位置,是不可或缺的部分,其可靠性对于机组的主辅设备能否安全稳定运行起着至关重要的作用。当机组的主辅设备运行出现参数超出可控范围时,热工保护系统会联动相关设备,同时采取及时有效的措施对机组加以保护,从而避免出现重大设备损坏甚至更严重的后果。因此,热工保护系统是否可靠是提高发电机组主辅设备正常运行的关键所在。近年来,我国火电机组的设备不断更新换代,直接表现为发电机组的容量增大、参数提高、热工自动化程度也不断提升,DCS(分散控制系统)也已广泛被火电企业采用,凭借其强大的功能及优越性,使机组的稳定性、安全性、经济性和可靠性都得到极大的提升。但由于机组容量越来越大,工艺越来越发杂,致使参与保护控制的热工测量参数也不断地增多,使得设备和机组发生误动和拒动事件的几率明显升高。所以,想要消除或减少误动和拒动,就要提高机组热工保护系统的可靠性。

2 热工保护系统误动及拒动的原因

2.1 误动与拒动

在机组主辅设备正常运行时,由于热工保护系统本身存在故障而动作,致使机组主辅设备停机,这种情况被称为保护误动。还有一种情况为保护拒动,是指机组主辅设备在运行过程中出现异常,参数超出可控范围,但热工保护系统因故障而无法动作。热工保护误动,会造成发电企业不必要的经济损失,而拒动,会造成设备损坏或者更严重的后果。这两种事件都是我们在生产运行中应该极力避免的。

2.2 原因分析

由于当今火电机组的自动控制技术越来越先进,随之控制系统也越来越“庞大”,热工保护系统发生误动或拒动的原因也变得越来越多样化。总结起来,大致可以归结为以下几类:

(1)人为因素。人为因素多为热工人员在工作中思想麻痹或者技能不够成熟导致。例如将端子排接线看错、对信号进行漏强制或错强制、使用万用表时操作不当造成短路或是走错间隔等等,都会引起保护系统的误动、拒动。例如,某厂热工人员办理#3机组(停运)火检系统检修工作票后,走到#4(运行)机组电子设备间内将火检控制柜电源断开,造成#4机组火检丧失触发锅炉MFT,联动汽轮机、发电机,机组被迫停运。

(2) 控制系统的软、硬件故障。随着DCS(分散控制系统)的日益发展, BMS(燃烧管理系统)、CCS(协调控制系统)、DEH(数字电液调节系统)、FSSS(炉膛安全监视系统)、ETS(汽轮机危急遮断系统)等过程均纳入DCS(分散控制系统),由于加入了这些子功能,使得DCS(分散控制系统)的负荷越来越高,其信号处理卡件、设定值模块、网络通讯以及输出模块等会出现故障而引起误动、拒动的发生。

(3) 现场热控元件故障。控制系统的功能日益强大也意味着生产现场测量元件和执行机构越来越多,如果质量不过关、维护不到位、或是存在元件老化和单元件工作等情况时,就会误发信号,最终造成保护系统的误动或者拒动。此类原因引发的保护误动或拒动的比例相对较高。

(4)热工电源系统故障。热工系统的自动化程度不断提高,系统设计软硬件设置越来越复杂,使得热工电源系统成为保护系统可靠与否的一个重要因素。电源的冗余配置、电源监视以及失电报警都应该成为电源系统的着重点。某厂曾发生过控制柜直流电源模块损坏而冗余电源切换不及时造成失电,导致信号翻转触发机组保护动作的案例。

(5) 机组设计、安装、调试阶段存在缺陷、隐患。机组在设计、安装、调试阶段存在的缺陷、隐患也会导致热工保护系统的误动与拒动。例如保护回路采用单点保护,尤其是温度保护采用单点,而现场采用热电阻元件,元件开路时会使信号示值变大,导致超温保护动作。

3 提高热工保护系统可靠性

针对以上所述,对于提高热工保护系统的可靠性,可从以下几方面入手:

(1)增强从业人员的专业技能与风险意识。定期组织技术讲课,提高热工从业人员的技能并树立其风险意识,杜绝单人作业,当两台机组的电子设备间互通式,应设置明显的提示和警告标识,将人为的因素降至最低。

(2)严格执行设备的定期维护,建立完善的设备维护台账。加强对现场设备的日常管理工作,严格执行定期维护工作,建立并完善设备维护台账,及时发现设备存在的隐患,做好维护和保养工作。利用机组停运的时机对保护回路进行传动试验。

(3)提高DCS(分散控制系统)的抗干扰能力。DCS(分散控制系统)的抗干扰能力,是关系到整个控制系统能否可靠运行的关键。从系统的接地、电缆的抗干扰、信号的防干扰等方面入手,可以有效的提高系统的抗干扰能力。系统应正确的选择接地点,完善接地系统。应采用直接一点接地的接地方式,接地点必须与强电设备接地点相距10米以上。信号电缆应选用铠装屏蔽电缆,降低动力线产生的电磁干扰。信号电缆应按传输信号种类分层敖设,严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号,避免信号线与动力电缆靠行敖设,以减少电磁干扰。信号电缆的屏蔽层应单端接地。

(4) 采用技术成熟、质量可靠的元件。目前热工保护系统对热控元件可靠性的要求不断提高,要提高其可靠性就要保证采用的热控元件技术成熟、质量可靠。由于控制系统的不断发展,热控设备的投资也“水涨船高”,切不可为了算经济账而“因小失大”。在合理的投资下要选用质量可靠、口碑较好的设备,才会达到高“性价比”。

(5)对控制逻辑进行优化。对控制系统中的保护回路进行优化设计,尽量避免单点保护,采用“三取二”、“三选中”等思路,尤其是温度保护,受元件质量、现场环境、接线松动等各种因素的影响,极易出现信号的跳变。所以在保护回路的设计中应采用速率限制,质量判断,并增加声光报警,以便第一时间发现故障,及时处理,消除隐患。

(6) 新建机组在设计、安装、调试阶段严格把关。新建机组在设计阶段应该严格把关,及时发现错误和不合理的地方,并论证修改。设备的现场安装须严格遵循工艺要求和施工规范,以保证测量的准确性。调试阶段要做到细致、认真,不放过每一个细节,及早发现隐患并及时处理。

(7)提高和改善就地设备的运行环境。就地热控设备应尽量避免受潮、受热、腐蚀,尽量远离热源、辐射源,高纬度地区的机组还应注意现场设备的防冻,对取样管和仪表柜应加装伴热系统。

(8)对重要保护配备硬手操。对于一些重要的保护回路,应合理配备硬手操,以防分散控制系统失灵的情况下对机组运行设备失控。此时通过人工操作,来直接作用于现场设备来达到保护设备的目的。例如MFT(主燃料跳闸)和ETS(汽轮机危急遮断系统)的硬手操,可以实现在DCS(分散控制系统)失灵的时候对锅炉和汽轮机的保护功能。

(9)增加DCS(分散控制系统)硬件的自诊断报警功能,严格控制电子设备间的温度和湿度,保证电子设备的运行环境。

4 结语

综上所述,热工保护系统的可靠性与火电机组主辅设备的安全稳定运行息息相关,随着发电设备日趋高度自动化,系统的安全性、稳定性也变得日益重要。同时也对保护系统提出了更高的要求。热工保护系统可靠性的提高也将成为一个永久的课题。

参考文献:

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[2]李硕,丛雷.关于电厂热工保护可靠性的探讨[J].科技创新与应用,2014(09):120.

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[5]李海龙,刘海波.火电厂热工保护系统可靠性分析[J].中国新技术新产品,2010(19):142-143.

作者简介:张宁(1981-),男,山东济南人,现担任检修分场热控班组技术员。

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