浅析电厂热工保护系统误动与逻辑优化

摘 要：通过对电厂因电缆虚接、积水、螺杆脱落等问题造成热工保护误动的各类事件进行分析，发现热工设备检修治理巡视不到位是导致热工保护误动的重要原因，对相关保护逻辑进行进一步调整与优化后，能在保证保护正确动作的同时，降低设备误动的可能性。为此，从认真检查和巡视，设备检修到边到角，加强培训，提高技能水平等方面提出了设备治理措施，以期从源头上降低火电厂热工保护系统的误动率。

关键词：热工保护;误动;逻辑优化;设备治理

0 引言

热工保护系统是火力发电机组不可或缺的一部分，其能否可靠准确地动作，对于机组的安全稳定运行起着关键作用。但在机组正常运行过程中，往往由于DCS软/硬件故障、热控元件故障、电缆接线短路/断路/虚接、电源故障、人为因素或设计安装存在缺陷等各类原因，热工保护会发生误动或拒动的事件。这些情况轻则造成机组快减负荷，严重的就会直接导致停机，给企业带来不同程度的经济损失。因此，在机组稳定运行时，加强日常巡视、规范操作、认真排查设备隐患，在主/辅机可能发生事故前，及时采取相应措施加以保护，才能避免机组发生减负荷或停机事件，从而减少经济损失。

经过不断完善和改进，DCS系统的功能和性能都得到了极大提升，发电机组运行的可靠性、安全性、经济性也得到了很大提高，但热工保护误动或拒动的事件还是时有发生。针对如何提高热工保护的可靠性，在优化DCS保护逻辑细节上还有很多值得探讨之处。

1 热工保护系统中常见的保护误动原因

调查统计发现，电厂热工保护系统故障中，设备检修作业不到位、巡视不到位和工作人员责任感不强是造成保护误动、机组非停的重要因素，如螺丝松动、电缆虚接、积水渗入开关柜、行程开关压杆脱落等。以本厂2017年“2·25”事件为例，#2机组负荷359.5 MW，汽轮机高压调门控制方式为顺序阀方式（CV2、CV3调门处于关闭位置），由于#1高压调节阀行程开关压杆顶部固定螺母因振动脱落（图1），行程开关压杆靠自身重力下落，导致CV1关闭行程开关（最底部处）信号发出（图2）。高调门关闭“四取三”判断条件满足，触发“高调门关闭”，引起锅炉BT跳闸，机组停运。

这一方面说明了设备管理和巡视检查很多地方不到位，检修项目安排不够细致，没有CV1行程开关连接杆检查的相关要求;另一方面也反映了安装工艺的不规范，CV1行程开关压杆螺栓应采取加弹簧垫圈和锁紧螺母等防松动工艺，实际执行中均没有采取，导致压杆螺栓运行中在振动作用下松动。

再比如集团公司某电厂因汽机房积水渗入开关柜，流到端子排上，造成端子接地，导致“润滑油压力低跳闸”保护误动作，机组跳闸;某电厂又因ETS柜内DC24 V电源负极接线端子排公共端内部连接片紧固螺丝滑丝、接触不良，造成三块电超速表失电，电超速保护误动作，机组跳闸。这些都充分表明了热工保护系统设备的治理还有很大的改进空间，对于日常巡视检查不能走过场，检修作业要仔细认真，只有严格把关，才能及早发现设备问题，把隐患消除在萌芽状态。

2 DCS保护逻辑的进一步优化

DCS系统经过多个阶段的发展，在各方面已日趋完善，但保护逻辑的严密性在细节方面还有很多值得改进的地方，在实际运用中通过优化改进能进一步减少保护的误动或拒动。

针对本厂多次因保护误动而造成机组非停，对相关逻辑进行了优化。如上面提到的“2·25”事件，因#1高压调门（CV1）关闭信号误发，最终造成机组停机，东汽原设计高调门关闭为“四取三”逻辑，虽然已考虑了单个调门信号误动的风险，但实际运行中未考虑到汽机切换到顺序阀后，在低负荷运行时两个调门关闭的工况，此时保护逻辑实际已由“四取三”变成了“二取一”，如此保护的可靠性就大大降低。通过与主机厂沟通，对该逻辑进行了以下优化：

（1）“高调门关闭”逻辑中，增加调门（CV1、CV2、CV3、CV4、ICV1、ICV2）模拟量信号判断，即当每个调门关行程开关发出且模拟量开度<5%才作为该阀关闭信号。

（2）将高调门关闭逻辑由“四取三”改为“四取四”，如图3所示。

（3）“高调门关闭”逻辑中，增加蒸汽流量判據（由汽轮机调节级压力“三取二”逻辑算出）条件，即当蒸汽流量<300 t/h时，才触发保护动作，如图4所示。

如此优化后既保证了热工保护的正确动作，同时又大大降低了设备误动的可能性。

同样，本厂#2机组2020年因DCS接收到电气功率异常（外部干扰造成）输出信号，负荷在1 s内由56 MW突变至660 MW，触发机组“孤岛运行”逻辑，#2机组主汽阀入口温度过低保护动作（该保护逻辑是：主汽阀入口温度过低信号在机组有功300 MW时自动投入），最终机组跳闸解列。为避免该保护再次误动作，在DCS逻辑中将主汽阀入口温度过低增加了调节级压力、流量闭锁，从而防止在低负荷时发电机功率发生异常波动而引起机组跳闸。

逻辑优化工作要持之以恒，进一步梳理单点保护（包括随着工况可能变成单点保护的情况），梳理排查涉及机组保护的热工设备行程开关及位置反馈的保护逻辑，对可能存在误动误报的逻辑逐条分析，从取源、回路、测点布置、卡件分布、逻辑关系、输出等方面逐一进行梳理，优化保护回路逻辑系统，如此才能提高保护的可靠性。尤其是针对本厂#2机组超低排放改造，新增逻辑难免存在瑕疵，在熟悉工况后，有必要结合实际有针对性地开展相关热工保护排查工作，对各重要辅机保护、联锁控制等分阶段、分区域逐步开展排查，切实做好后期逻辑优化工作，提高保护的可靠性。

3 加强设备治理，避免保护误动

3.1    认真检查和巡视

热工保护装置及相关的测量装置、执行机构等大量采用集成电路器件，对环境温度、湿度、粉尘、振动等环境因素比较敏感。在DCS、PLC等装置集中布置的电子设备间、工程师站等场所，应重点关注空调设备配置及运行情况;现场设备重点关注防水、防高温、防冻等措施;电缆夹层重点关注防火、防鼠措施。认真检查巡视，仔细查看执行器各连接件有无松动现象，了解设备当前状况，着重检查线路、盘柜是否有积水、积灰、渗油或出现电缆外露情况，做到及时发现问题及时消除。

3.2    设备检修到边到角

机组停机设备检修期间严格按照工序卡、文件包要求做好每一步，做到应修必修、应检必检。明确责任，杜绝侥幸心理，拒绝偷工减料、减少步序，保证设备检修完后能处于完好状态。重要设备应安排清扫热工装置积灰，清灰时要防止静电损伤设备，防止人为损坏设备，按要求紧固仪器控制设备的通信电缆、接线端子，定期吹扫涉及保护调节的一、二次风系统中风量取样管路等，确保机组安全稳定运行。按《二十五项反措》规定完成锅炉、汽机的相关重要联锁保护试验和阀门传动试验，确保各设备正常工作。

3.3    加强培训，提高技能水平

电厂热控专业设备多而杂，管辖设备多样化，这就要求热工人员能全面熟悉所辖设备的检修维护工作，针对员工技能水平薄弱面和影响机组安全运行的重大设备缺陷方面，要制订专项培训方案，并确保培训落到实处。定期开展培训教育工作，促使每一个工作人员的安全意识和责任感得到增强，技术水平与业务能力得到提升。打好基础，练好基本功，才能对电厂热控保护系统有全面认识，才能不断查缺补漏，优化保护逻辑，并将设备检修治理做到位。

4 结语

总而言之，随着技术的发展，热工保护系统的可靠性变得日益重要。虽然无论多么先进的设备都不可能做到绝对可靠，但优化、完善热工保护逻辑，提高检修维护技术水平和员工职业素养，加强设备日常巡视管理，仍然可以极大地提高热工保护的可靠性，从源头上减少火电厂热工保护系统误动或拒动的可能性，这对火电机组的安全、稳定、经济运行有着非常重要的意义。

[参考文献]

[1] 张丽敏.包旭东.电厂热工保护系统故障探析[J].中国新技术新产品，2011（4）：231.

[2] 马文晖，白育宁.完善电厂热工保护系统可靠性措施浅析[J].中国新技术新产品，2011（17）：113.

收稿日期：2021-04-27

作者简介：司俊（1991—），男，湖北浠水人，助理工程师，研究方向：发电厂热工。