电厂热控保护系统可靠性分析

闫冠宇

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：热控；保护系统；可靠性

热工自动化系统已成为了火电厂的重要枢纽部分，电厂的大部分设备都是由它控制着，汽包水位、过热蒸汽温度、锅炉燃料量、机炉协调控制、再热蒸汽温度等是其主要组成部分。其次一些比较先进的系统还包括了引风控制、送风控制等调节系统。热工自动化系统的系统构成比较复杂，其可靠性不仅需要热工人员有牢固的专业知识，对系统的工作原理熟悉清楚，还要可以正确的操作。特别是在主要设备或者辅助设备出现较为严重的故障时，正常手工技术人员必须及时对热工保护系统采取有效措施，只有这样，才能够有效避免故障的继续扩大减少设备以及对人员的伤害。所以确保火电厂能够安全稳定的运行，热工保护系统必须有较高的安全性及可靠性。换而言之，热工保护系统的可靠性是设备安全运行的首要条件。

一、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。

二、热工保护系统可靠性出现问题的原因

1. 系统设计及安装存在漏洞

热控设备安装是火电厂基建工作内容的一部分，在安装过程中，由于对系统的认识不足或者安装使用的侧重点不同，就会留下可靠性的隐患。当前，大多数火电厂在系统的设计及安装过程，更多的是从使用的角度进行考虑，例如更好的提高设备的运行状态，更大限度的提高热控效率，但是，在提高系统的可靠性层面投入的较少。这种设计以及安装的思路，会导致很多大型机组在投产运行的初期，出现大量的非计划停运，从而极大的降低了整体机组的工作效率。由此可以看出，系统设计以及安装过程中存在的客观漏洞使得控制设备的可靠性较低，无法满足实际大型机组的工作需求。

2. DCS系统软、硬件故障

随着热工保护系统的发展，为了保证发电机组的安全和可靠性，一般在机组的热工保护过程中会加入一些过程控制站，以便热工保护系统的 CPU 出现故障时均能停机保护，但是，由于热工保护系统的软，硬件故障也时常有发生，会引起热工保护的误动，信号处理卡，输出模块，设定值模块出现问题时也会引起软，硬件故障。

3. 控制电源故障

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。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. 管理水平、模式滞后

热控设备管理目前仍停留在传统的管理模式上，所有设备的检修，不管运行状况如何，基本都采用定期检修与校验方式。例如仪表调前合格率统计达98%甚至更高，仍按规定的周期全部进行检测校验。一些单位设备采购时，因对设备质量好坏不了解和无设备选型参考依据，购入一些质量不好的产品，影响甚至威胁到机组的安全运行。因此，如何通过对在线运行设备进行可靠性分类，制定合理的仪表校验周期，是火电厂管理工作中迫切需要解决的问题。

三、热工保护系统的可靠性策略

1. 采用冗余設计

当前，发电机组的热工保护系统中，比较普遍的是过程控制站的电源和 CPU冗余设计，为了提高热工保护的效率，对一些执行保护的设备，如跳闸电磁阀等设备的动作也应该要监控起来，对热工保护系统中的一些比较重要的热工信号也要进行冗余设置，并且要对来自同一个样本的测点信号进行记录和有效地判断，对重要的测点进行测量，应该要将卡件分布在不同的地方，以提高系统的可靠性，对重要的测量点进行取样要对多个点进行取样，并且各个点之间要保持相对的独立，也是保证可靠性的一个重要措施，当前的取样方式多是多点并列取样的，这种方法还有待改进，热工系统的冗余设计对于查找故障并且对故障进行软化和排除都十分方便。

2. 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”。

3. 现场人员要有事故预想

针对不同情况、案例，制定合理的防范措施。重点对控制逻辑的条件合理性和系统完善性、保护信号的取信方式和配置、保护联锁信号定值和延时时间设置、系统的安装调试和检修维护质量、热控技术监督力度和管理水平等方面进行评估。通过对设备微观变化的分析，掌握设备状况的变化趋势，以此判断安全程度，采取预防措施，防患于未然。通过评估工作的开展，促进热控系统全过程监督的科学化、规范化、精细化管理，提高监督工作的实效性和机组运行的可靠性。

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，可以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）建立科学的评价体系及专业人员培训。

四、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。