火电厂热工保护误动及拒动解决措施与案例分析

郑 磊

（国能锦界能源有限责任公司，陕西 神木 719319）

引言

在火电厂实际运行中，不同的主辅设备都有其正常的运行参数。在正常工况下，运行参数在允许的范围内波动，一旦主辅设备的运行参数超出了正常范围，热工保护系统就会启动，自动将相关设备的联动起来，并采取相应的措施来保护设备，避免设备发生大的损坏或者酿成大的事故。近年来，随着发电机组容量的增加，热工自动化的程度也越来越高，尤其是DCS系统的广泛应用，大大提高了火电机组运行的安全性和可靠性。但在机组容量增加的同时，参与热工保护的参数也越来越多，保护系统可能会由于自身的故障出现误动或拒动的情况。误动是机组主辅设备的运行参数正常，但由于热工保护系统自身故障而引起动作，导致主辅设备停止运行。而拒动是当机组主辅设备的运行参数不正常，出现故障时，热工保护系统却没有保护动作。在实际运行中，热工保护系统的拒动危害要远高于误动危害，因为主辅设备已发生故障，保护系统还没有工作，就会引发更大的故障。因此，提高热工保护系统的稳定性，减少误动，杜绝拒动，对于火电机组运行的主辅设备保护具有重要的意义。

1 火电热工保护误动及拒动的主要原因

1.1 DCS系统故障

DCS系统因其强大的功能在火电机组中的应用越来越广泛。但是作为一种构成复杂的控制系统，DCS系统的硬件以及软件会出现一些故障，比如输出模块、网络通讯以及控制故障等，这些故障都有可能导致热工保护系统出现误动。最常见的是端子保险丝熔断，系统就检测不到设备的真实运行状况，就容易引发误动、拒动[1]。

1.2 线路连接不牢或老化

在火电机组运行中，由于其运行环境比较恶劣，高温、粉尘以及空气潮湿等都会导致线路的连接出现接触不良、松动以及腐蚀的情况。还有就是线路在长期运行过程中，由于维护更新不及时，会出现老化现象，绝缘受到破坏，接线端子松动或进水等情况，这些现象会引起线路短路或断路，导致热工保护误动、拒动。比如，在汽轮机保护系统中，有的信号传输电缆需要经过机头的高温区，运行时间一长，就容易导致线路的绝缘老化出现短路，导致保护误动。

1.3 设备电源故障

DCS系统在热工保护系统中的应用，不仅提高了系统的稳定性，同时也会因为设备的电源故障引起热工保护误动。电源设备故障主要是电源的插件接触不良，零部件运行时间长而发生老化导致的。在实际运行中，有电厂曾经因为热工保护系统中DEH系统的电源故障导致机组停机[2]。

1.4 人为因素

由于人为因素导致的热工保护误动、拒动的实例也比较多。主要是由于热工操作人员没有严格按照操作流程进行维护检修导致的，比如，看错端子接排线、安装操作不当等。如某电厂机组在运行中，由于A引风机轴承温度过高，强制保护已启动。热工人员在检查A引风机时，看错端子，对正在运行中的B引风机轴承温度计进行了误操作，导致B引风机的轴承温度过高而出现保护误动。还有就是因为人员检修不到位导致的热工保护误动。某电厂发生过高压调节阀行程开关压杆螺栓松动脱落导致的保护误动。经检查发现，压杆螺栓在安装过程中，并未采取相应的防松动操作，未加弹簧垫圈，导致螺栓在长期振动下出现松动脱落。另外，控制系统在设计、安装过程中，也会由于设计上的缺陷以及安装不当等引发机组的热工保护误动，虽然这类原因引起的保护误动、拒动比较少，但在实际运行中也存在。

2 防止热工保护误动、拒动的措施

2.1 加强对系统的维护

加强对系统的维护，可以及时发现、排除系统的安全隐患，让系统的安全可靠性更高。首先，要加强对系统软件的维护。为了保证系统的安全性，要设置不同的安全级别，不同的用户级别只能在自己的权限内负责相应的窗口。在系统正常运行时，不得随意修改或增删保护逻辑，如果因为生产安全需要进行了保护逻辑修改，要做好修改部分的备份工作，为后续的检修维护提供数据。其次，加强对保护系统的电源管理。对于接线端子要经常检查，查看是否有松动；要经常对电源设备进行除尘处理；查看冗余电源的输出电压是否稳定、电源的指示灯是否正常等，查看两路冗余电源的切换是否正常，切换的时间间隔是不是在正常的范围内等。最后，定期检查接地。在实际运行中，接地会受到信号的干扰，因此要严格地执行接地要求，信号线的布设要远离干扰源，布设的电缆规格要符合实际运行要求，接线盒要密封防潮，防腐蚀。类型不同的信号传输需要用不同的电缆，而且信号电缆的铺设要按照不同的信号种类分开，避免使用同一电缆既作为动力线，又作为信号线[3]。

2.2 加强对热工保护设备的检修

热工保护的投入及退出流程必须严格按照运行规定执行。要确保运行机组都有热工保护，且热工保护不得随意解除。在机组投入启动前，要确保热工保护运行稳定。此外，要对热工保护回路进行定期检查，尤其是重点排查热工保护设备，查看其运行状况，发现隐患、缺陷后要及时处理，确保热工保护设备稳定运行。加强对高温环境下运行线路的排查，在进行定期检修过程中，要检测电缆的绝缘情况，将检测到的绝缘电阻与上次的检测情况相比，如果电阻出现较大变化，说明电缆的绝缘受到破坏，要及时更换。同时校验开关和定期清理保护设备，要经常对负压开关的取样管进行吹灰，防止粉尘堵塞取样管。

2.3 采取冗余设计

过程控制站的电源和控制器基本都实现了冗余设计，一些重要的热工信号也应该进行冗余设计。采用多回路冗余设置，即便其中的一条回路出现故障不能运行，其余的回路依然可以保证保护功能不受影响。比如，在实际运行中，汽轮机的转速随负荷变化而动态的进行变化。对于汽轮机的超速保护，可以设置2～3个测速卡，每个测速卡都可以独立的启动跳闸回路，它们是并联的关系，一旦检测到汽轮机的转速超出正常的运行范围，就开始进行保护。跳闸回路是由电磁阀和泄油回路组成，任意一个电磁阀动作就会泄掉油压，而且其中一个电磁阀发生故障也不会引起误动、拒动。

2.4 利用多途径实现对主要设备的停运

在实际运行中，保护控制信号停运某台设备基本是一条途径，这样的话，是单一的回路控制，如果回路发生故障，就可能会出现设备无法停运的故障。因此，要确保控制信号能够从更多的途径来实现对某设备的停运。通常情况下，可以设置三条回路：一是，保护控制信号直接通过跳闸继电器来控制停运设备；二是，保护控制信号在启动跳闸继电器的同时，把设备停运的信号传送到设备控制器中，让设备控制器来实现对控制设备的停运；三是，控制信号启动跳闸继电器，继电器动作后将跳闸的信号传给设备控制器，设备控制器再对相应的设备进行停运。通过多种不同方式来实现对设备的停运，避免了单一回路发生故障引起的保护拒动[4]。

3 电厂热工保护误动及拒动案例分析

3.1 ETS触摸屏故障导致保护误动

某火电厂2号机组ETS电源故障导致保护误动，机组跳闸。该电厂的ETS触摸屏的电源保险容量低，机组运行中，发生触摸屏供电保险熔断导致的输入电源短路，保护误动。当误动发生后，机组进一步检查了ETS保护系统，同时对该系统进行了相应的电源测试。结合测试结果发现，触摸屏的供电回路保险由于负荷过大而烧坏，ETS系统的电源电压就降低了，而且电压降低的过程很快，在这个故障的影响下，PLC系统卡件查询电压会低于正常值，而一旦低于正常的电压值，就有可能触发与之相对应的通道信号回路，导致误动发生。解决措施：首先，对2号机组与ETS相关的电源回路进行检查，尤其是保险的容量要满足实际运行要求，并定期地更换保险，防止长期运行导致保险烧毁情况。不得更换容量过大或过小的保险，容量过大起不到保险的作用，过小容易被烧坏。其次，对于重要的控制设备电源进行认真检查，确保电源回路正常，冗余配置不存在安全隐患，尽可能地消除电源回路异常对保护系统的影响。最后，结合实际的运行情况，将ETS触摸屏拆除[5]。因为ETS触摸屏并不是可以进行操作的屏，显示屏对于机组的运行来说不是必要的部件。而且ETS触摸屏的电源是与保护回路共用的，一旦触摸屏电源出现故障，就会影响保护回路，会影响机组的运行。因此，将ERTS触摸屏拆除会让保护回路更加的可靠，也就避免了由于ETS电源故障带来的主保护误动。

3.2 磨煤机出口温度高引发的保护拒动

某火电厂机组运行人员将3号机组的B制粉系统启动后，B给煤机启动不到5 min，B磨煤机的出口温度突然升高，两个出口的温度一个升至280℃，一个升至135℃，已经超出了正常的运行参数范围，但磨煤机并没有进行跳闸保护。根据此情况，机组运行人员紧急将B磨煤机停止，同时采取降温措施，磨煤机出口温度才逐渐降低，之后磨煤机才有跳闸动作。在该机组中，B磨煤机的出口温度设定最大值为102℃，而且每台磨煤机上都设置了两个测量温度的点，采用的是二取二的设计。在B磨煤机出口温度快速升高的同时，两个温度测量点的温度都已经超过了设定的102℃，但B磨煤机的温度高保护却发生了拒动。

经过分析发现，该电厂机组磨煤机的温度高保护逻辑是选取测量温度的最低值进行输出，之后再与保护设定值进行比较，如果测量点的最低温度超出了保护设定值，就会进行温度高保护。但是在该案例中，B磨煤机出口的两个测温点的温度都超过了最大设定值，却没有进行温度高保护。是因为磨煤机出口的两个温度测量点还具有坏质量判断功能，只要有坏质量参数，信号输出就会被屏蔽，温度高保护也就不会启动。而坏质量参数判断的依据是温度输入信号高于145℃时，或者是温度的变化速率超过了8 K/s时，这两个条件是“或”的关系，只要有一个条件满足就会被认为是坏质量参数。根据实际的运行情况来看，磨煤机内的煤粉进行燃烧时，出口温度会迅速的上升，而相对应的温度变化的速率也是远超8 K/s的。因此，保护逻辑就将两个温度测量点的测量参数判定为坏质量，也就进行了信号屏蔽，导致没有保护动作。

解决措施：机组运行人员结合实际运行工况，经过认真考虑后决定，采用相应的措施来完善出口温度的坏质量参数判断条件。考虑到实际运行中，磨煤机内部煤粉燃烧的过程剧烈，短时间内温度上升很快，8 K/s的温度变化速率设定值不满足实际的运行要求。因此，将温度变化的速率值改为45 K/s，经过较长一段时间的运行，没有发生过因为温度速率变化超过设定值而发生保护拒动的情况。说明这个改善措施是有效的，温度变化速率值满足了磨煤机实际燃烧的工况要求。

4 结语

随着我国科学技术的发展，火电厂的机组设备越来越自动化、智能化，系统的安全性、可靠性也越来越高。但设备在长期运行过程中，由于自身的磨损，加上运行环境的影响，不可避免会发生故障。设备的故障虽然不可避免，但事故可以避免，这就需要相关的工作人员切实担负起责任，做好日常的检修维护工作。尤其是热工保护操作人员，要确保让热工保护尽可能的做到正确动作，最大可能地减少误动，杜绝拒动，真正把好热力设备的安全运行关。