火电机组热工保护误动及拒动案例分析

胡轶群

(神华国华广投(柳州)发电有限责任公司， 广西鹿寨 545600)



火电机组热工保护误动及拒动案例分析

胡轶群

(神华国华广投(柳州)发电有限责任公司， 广西鹿寨 545600)

摘要：对热工保护误动及拒动的几起案例进行了分析，提出了防止措施或对策；并从热工保护系统的硬件和软件方面总结了应用经验。实践表明：这些措施提高了保护信号的可靠性和稳定性，保障了机组稳定运行。

关键词：火电机组； 热工保护； 预防措施

热工保护是火电厂热工自动化的重要组成部分，是保证电厂设备及人身安全的重中之重。目前热工保护系统基本由DCS及PLC实现。虽然热工控制系统的可靠性较之以前有了极大的提高，但是热工保护误动及拒动仍时有发生：或者因为防范措施不够完善，或者因为人员的操作失误等[1]。对于如何防范热工保护误动及拒动的发生，提高热工保护系统的可靠性，笔者做了介绍，并对几起案例进行分析。

1热工保护误动及拒动

热工保护系统出现的问题主要表现为：在主辅设备正常运行时，保护系统因自身故障而引起动作，造成主辅设备停运，称为保护误动；在主辅设备发生故障时，保护系统也发生故障而不动作，称为保护拒动[2]。由此可见，保护拒动的危害比保护误动更加严重，因此热工保护系统的基本配置原则为“杜绝拒动，防止误动”。

保护系统在设计阶段，应考虑测量元件在厂房现场使用的环境条件，对测量原件及测量通道的冗余配置可以有效提高保护信号的可靠性；同时根据信号功能的重要性，采用不同的信号通道配置策略是防止热工保护误动及拒动的有效措施。

2案例分析

2.1 增压风机失速保护误动

2.1.1 事件经过

2012年2月6日，某电厂1号机组增压风机失速保护动作跳闸，1号锅炉送、引风机和一次风机跳闸，锅炉MFT。

2.1.2 原因分析

增压风机失速保护设计为单点保护，可靠性较差；另外保护信号压力取样管设计不合理，没有设计压力取样管的吹扫回路，取样管积灰导致两侧压力不平衡，造成1号增压风机失速保护误动跳闸。烟气中的水蒸气不断在取样管中凝结，形成水珠，此时压力测点处压力开关测得的压力高于风机喉部实际压力。当压力开关测得值将大于开关定值时，压力开关动作，保护信号误发，这就是造成保护误动的可能原因之一。烟气取样口细小，极易被堵塞，更加剧了保护误动的可能性。

2.1.3 改进措施

对两台机组增压风机失速保护逻辑改为三取二，以增加可靠性；另外增加取样管吹扫回路，对失速测量装置进行定期清扫与维护。

2.2 处理ETS的PLC故障时保护信号误发

2.2.1 事件经过

某电厂4号机组ETS硬件配置两套冗余的PLC并列运行。两套PLC中任意一套发出“系统停役”信号都会停机，只有当两套PLC同时发出AST电磁阀动作信号时，才能导致AST电磁阀动作引起停机。2008年5月热控维护人员发现：4号机组ETS系统“从”PLC框架状态在非工作位，“从”PLC的“RUN”(工作模式)指示灯不亮，PLC处于“REM”模式(远程模式)。经过专业讨论后，决定将PLC由“REM”模式切换至“RUN”模式后进行观察，如果PLC无法恢复正常，就需要进行下装程序，并认为切换过程不会造成DI、DO信号跳变。

为确保4号机组ETS异常处理成功，维护人员在其他停运的机组进行故障复现和处理试验，但由于机组停运，汽轮机一直未在挂闸状态，无法见证导致4号机组跳机的停役信号的变化。试验结束后，执行相关风险预控措施，4号机组负荷降至330 MW，运行许可开工。在运行人员的监护下，热控维护人员开始按照处理步骤将PLC的模式切换开关由“REM”位置切至“RUN”位置，随即锅炉灭火(首出汽轮机跳闸)，汽轮机跳闸(首出锅炉MFT)。

2.2.2 原因分析

在4号机组ETS系统“主”PLC、“从”PLC按照处理步骤进行模拟试验，发现PLC由“REM”模式切至“RUN”模式后，PLC程序初始化扫描，系统停役1、系统停役2(至锅炉MFT动作)短暂状态由“0”变“1”。汽轮机AST电磁阀动作逻辑见图1。

由图1可以看出：当一个PLC故障时不会引起跳机，因为电磁阀不会失去励磁；但是在锅炉FSSS中的锅炉跳闸逻辑会引起MFT动作，见图2。

由图2可以看出：在发电机并网并且主汽流量>8%的情况下，汽轮机跳闸引起的锅炉MFT有四个条件：ETS系统PLC1跳闸(即PLC1发出跳闸指令)、ETS系统PLC2跳闸、主汽门全关1、主汽门全关2。这四个条件是“或”的关系，即只要有一个条件触发则会发生锅炉MFT。这次机组跳闸事件就是因为“从”PLC的跳闸指令送到锅炉MFT逻辑，引起锅炉MFT，从而汽轮机跳闸。“从”PLC的跳闸指令送出的原因是：由“REM”状态切至“RUN”状态过程中，程序初始化扫描，数据库中的DO点瞬时发生翻转。此次事件也说明进行故障处理的相关人员对PLC的工作特性不够了解，对保护信号的去向不十分清楚，导致对处理过程可能存在的风险认识不足，安全技术措施存在漏洞。

2.2.3 改进措施

(1) 加强热工维护人员的技术培训工作，全面提高维护人员对设备的了解程度及技能水平。

(2) 重要设备异常处理时，必须对所有相关设备原理及系统结构、特性等进行认真研究，对处理过程存在风险进行全面辨识。

(3) 设备异常处理不要抱有侥幸心理，如在停运机组所做的试验与运行机组的设备状态存在差异，不能够完全反映实际情况，不能以此说明处理步骤的正确性。

2.3 ETS触摸屏电源异常造成汽轮机主保护误动

2.3.1 事件经过

2013年11月某电厂3号机组ETS保护误动，机组跳闸。该机组ETS采用AB公司1746系列PLC控制，配置了AB公司专用触摸式监视屏。触摸屏电源保险容量为5 A，PLC系统及触摸屏电源为2个24 VDC电源通过二极管并联供电，ETS跳闸电磁阀电源为110 VAC单独供电。经检查，ETS触摸屏故障，触摸屏供电保险熔断(容量5 A)，输入电源短路。

2.3.2 原因分析

事件发生后，对ETS保护系统保护进一步检查测试，对3号机ETS系统进行电源测试，目的在于测试ETS系统供电特性及复现误动作工况。测试结果表明：触摸屏供电回路保险烧坏时，ETS系统电源电压瞬间被拉低至7 V,PLC系统卡件查询电压(24 VDC)过低，瞬间拉低所有并联的DI模件扫描电压和转速模件供电电压，导致保护误动。机组正常运行时，润滑油压低、EH油压低、凝汽器真空低等信号为“1”，当无扫描电压时，该信号变为“0”。当查询电压低至7 V时，对应的通道信号回路存在被触发可能，导致机组保护跳闸。

2.3.3 改进措施

(1) 对3号机组ETS机柜设备的电源回路进行核查，核对保险容量并更换新保险。

(2) 由于ETS触摸屏仅作为显示作用，并不用于操作，非必需存在部件，其电源与保护回路共用电源，存在较大故障隐患，故拆除3号机组ETS触摸屏，提高保护回路电源的可靠性。

(3) 针对机组重要控制装置电源配置开展专项核查，针对供电级别、电源回路、冗余配置、多余设备对保护系统影响进行核查，消除同类隐患。

2.4 磨煤机出口风粉混合物温度高保护拒动

2.4.1 事件经过

2010年12月某电厂运行值班人员启动2号机组A制粉系统(制粉系统为直吹式，磨煤机为中速磨)，A给煤机启动4 min后，A磨煤机出口风粉混合物温度(简称A磨出口温度)突然升高，两个出口温度最高分别上升至300 ℃、128 ℃，已超过保护值，但此时磨煤机没有跳闸。运行人员发现温度异常后紧急停止A给煤机运行，开大A磨煤机入口冷风调门，A磨出口温度逐渐降低，磨煤机跳闸，运行人员投入消防蒸汽进行吹扫。经过检查确认，由于2号机组A磨煤机内部煤粉燃烧导致A磨出口温度突然升高。A磨出口温度高的保护定值为103 ℃，每台磨煤机有两个出口温度测点，保护设计为二取二。在温度升高的过程中，两个温度测点均超过保护定值，但A磨出口温度高保护没有动作，发生保护拒动。

2.4.2 原因分析

磨煤机出口风粉混合物温度高保护逻辑为两个磨煤机出口温度测点选低值进行输出，与保护定值103 ℃进行比较判断，同时温度测点具有坏质量判断，当两个测点全部为坏质量时将屏蔽保护信号输出。温度测点坏质量判断的依据为温度输入信号低于-5 ℃、高于150 ℃或变化速率超过8 K/s。当磨煤机内部煤粉发生燃烧时，磨煤机出口温度瞬间急剧升高，温度变化速率超过8 K/s，保护逻辑判断为两测点均为坏质量，保护动作条件不足，因此，保护没能正常动作。发生保护拒动主要是因为对极端工况的考虑不足，对磨煤机出口温度变化速率的判断条件过于严格，造成对温度测点坏质量的误判。

2.4.3 改进措施

将磨煤机出口温度坏质量判断条件进行完善，将温度输入信号的变化速率的限值改为40 K/s，即温度变化速率超过40 K/s才认为测量信号故障。

3结语

热工保护误动及拒动的原因多种多样，仅通过几个案例难以全面反映保护误动及拒动发生的各种情况。希望通过这几起案例，提高对保护误动及拒动的防范意识，预防和排除故障，避免故障的进一步扩大，提升发电设备的可靠性及安全性。

参考文献：

[1] 张成立,侯耀,张海滨,等. 电站热工保护信号防误动策略及优化措施[J]. 中国仪器仪表,2013(2):43-45.

[2] 廖原,乔欣. DCS系统保护误动、拒动原因浅析及对策[J]. 内蒙古石油化工,2013(3):59-61.

Analysis on Malfunction and Action-rejected Cases in Thermal Protection System of a Coal-fired Power Unit

Hu Yiqun

(Shenhua Guohua Guangtou (Liuzhou) Power Generation Co., Ltd., Luzhai 545600,Guangxi Province, China)

Abstract：An analysis was conducted on several malfunction and action-rejected cases in thermal protection system of a coal-fired power unit, to which preventative measures were proposed. Meanwhile, the experience of hardware and software application was summarized for the protection system. Application results show that above measures have helped to improve the reliability and stability of the protection system, thus securing stable operation of the unit.

Keywords：thermal power unit; thermal protection system; preventative measures

中图分类号：TK323

文献标志码：A

文章编号：1671-086X(2016)02-0138-03

作者简介：胡轶群(1983—)，男，工程师，从事火电厂热控技术工作。E-mail: 144071@ghepc.com

收稿日期：2015-08-24