火力发电厂热控保护动作的可靠性分析

邢恒波

摘要：近年来很多电厂机组在保护上出现了拒动作和误动作造成的很多非停事故，这些故障的发生会导致发电厂轻则跳机损坏机组设备造成经济损失重则造成人身伤亡事故造成社会损失。这就要求热控保护的可靠性要达到非常高的高度。

关键词：分散控制系统（DCS）;冗余;独立性;可靠性

前言：本文针对当前热控系统的发展状况来对热控系统保护装置中可靠性方面存在的问题进行分析，提出一些在提高保护可靠性方面的一些做法。保护的两个重要原则防止误动作以及拒动作，关于误动和拒动的关系要认识清楚，这是一对矛盾，在加强防止误动作方面可能会引起拒动作，在加强防止拒动作方面可能会引起误动作。在主保护方面，如MFT和ETS的保护，拒动作引起的危害大于误动作，所以主保护设计上以防止拒动作为第一考虑，而一般保护方面，可以加强防止误动作的工作。

热控保护的重要性

今天DCS已經成为电站控制的标准设备，目前大到1000MW的主力单元机组，小到几十兆瓦的自备电厂机组，都有DCS保障其安全运行。DCS系统已经发展到了一个相当成熟的阶段，它的广泛应用除了其性价比的提高以外，还得益于其可靠性的不断提高。随着我国经济的高速发展各种大型火力发电机组不断投入运行，大容量、高参数的火力机组不但发电效率高而且在节能减排方面也有着很好的保证。从而对电厂控制的神经中枢系统---控制系统提出了更高的要求，而热控保护是保证电厂设备正常运行的最关键的系统。

安全可靠性对于电力生产至关重要。热控系统的可靠性、保护系统的独立性原则都是从安全角度出发，以期最大限度地避免事故发生的可能性。

DCS系统在电厂的安全生产、减少机组跳闸次数、生产效率、经济性提高、节能减排的方面也起到了相当大的作用。大部分热控保护装置的系统主要是通过DCS系统实现，也有少数关键性保护由硬接线组成的操作按钮以供运行人员紧急情况下操作。

分析热工保护的故障原因

DCS故障

在热控保护装置中，DCS系统也会出现一些故障，造成其发生故障的原因有很多，这里主要列举三个方面，第1个方面是因为DCS硬件问题，包括控制器故障、卡件故障的问题，电子元器件是有寿命的，有的元器件长期运行性能下降。第2个方面是DCS通讯故障，通讯方面的故障，笔者所在的电厂就发生过由于通讯故障而造成跳机事件。第3个方面是保护设计存在不合理的情况，控制逻辑的完善性和合理性不够，热控技术人员没有发现保护回路设计的隐患，比如有的保护设计把算法块的坏点也作为保护的条件之一，设计人员为了保险还把条件做了三选二，这样做法的确加强了防止拒动作，但是当DCS系统出现故障时可能算法块都会出现坏点发生的情况，最终导致机组跳机。

人员专业技能存在缺失

随着技术发展和新建机组增加，新老电厂都面临人员技术素质跟不上需求局面。加强技术培训、实现远程或网上技术教育，提高专业人员技术素质是做好热工监督工作的基础。通过网络定期发布技术水平测试卷，促进各单位技术培训工作深入;开展行业技术操作比武竞赛，调动热工专业人员自觉学习和一专多能积极性。提高专业人员积极的工作责任性、科学严谨的工作态度、功底扎实的专业和管理技能。

技术管理方面

现场操作人员的工作失误是威胁可靠性的一大隐患。失误的原因多种多样，如操作人员未按规程操作、操作失误，没有进行事故预想、管理有漏洞等原因。这样对于热控保护的管理要有一整套的制度配合，要用制度去规范人员的行为。

提高热控保护装置的可靠性措施。

保证DCS系统的可靠性

DCS厂家的硬件软件一直都在升级，对于备件的采购一定跟踪DCS厂商的信息，有的设备厂商不再生产，那么厂商更新的设备是否可以应用到老版本的系统上要确认。包括软件的配套也要跟踪确认，如果新旧软硬件配合不好、造成控制器负荷率高和系统抗干扰性能差，如采用不同时期制造的硬件，硬件有了局部变化后相应的软件未做更新、软件版本不一致、软硬件版本不协调、系统软件与组态应用软件的不协调。案例：某厂ETS发生误动作，造成机组非停，其误动作原因就是由于软硬件版本不协调。该ETS系统硬件采用PLC实现，使用的网络模块硬件版本较新，在进行网络编程规划时使用了老版本软件，造成了网络模块软硬件版本冲突，虽然网络能正常工作，切换试验也正常，但是长时间运行后网络出错信息越来越多，系统抗干扰能力变差，最终造成网络瘫痪。后来采用的新版本的软件重新进行网络配置及编程后，解决了版本冲突问题，此类问题系统正常运行时，不易发现，应引起重视。

坚持热控系统可靠性的五大原则

分配控制任务应以一个部件故障时对系统功能影响最小为原则。而热控系统“独立性”原则也指明：

机、炉跳闸保护的控制器应单独冗余设置;

保护系统应有独立的I/O通道

冗余的I/O信号应在不同的支线上

触发机组跳闸的保护信号的开关仪表应单独设置，当确有困难而需要与其他系统合用时，其信号应首先进入保护系统

机组的跳闸命令不应通过通讯总线传输。

建立完善的管理制度

制定DCS保护退投、工程师站分级授权等管理制度;

主保护的退投操作避免对主保护信号直接进行点强制操作;

编写事故处理预案，提高处理故障过程安全可靠性;

同行业技术交流，技术人员不但需要对本厂其发生故障的原因进行有效的分析，并采取措施来进行解决与制止，还需要参考行业内其他电厂的故障分析，看看本厂有没有类似的隐患，如果有要尽快整改消除隐患。

提高职工的能力

人员素质—落实“安全第一，预防为主，综合治理”方针关键，它决定了控制系统运行可靠性，故障的发生概率，机组防范措施的有效性，

人员的故障处理能力—决定控制系统故障后分析判断的正确性、处理时的快速性，处理后的可靠性和故障机组停机时间的长短。

控制系统可靠性保证—控制系统本身，有效的管理制度 + 人员的严格执行 + 和谐的环境 + 技能专家以点带面。

以人为本，本强业稳。重视人员安全意识、规程掌握与基础技能培训（包括外出学习交流，调研取经）

结束语：

热工系统保护的可靠性对保证火电机组安全稳定经济运行至关重要，特别是减少机组跳闸次数、机组灵活性提升、超低排放以及节能改造等关键技术直接影响机组的经济效益。在当前发电运营模式与形势下，如何提高热控设备与系统可靠性、增强机组调峰能力、缩短机组启停时间、提升机组爬坡速度，增强燃料灵活性、实现热电解耦运行及解决新能源消纳难题等方面，仍是热控专业需要探讨与研究的重要课题。

参考文献：

【1】赵燕萍等编著 热控连锁保护系统配置优化技术. 北京：中国电力出版社，2016

【2】王常力 罗安 分布式控制系统（DCS）设计与应用实例 电子工业出版社 2014

【3】火力发电厂分散控制系统运行检修导则