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火电厂热工保护系统的优化

发表时间：2020/11/19 来源：《基层建设》2020年第22期作者：邱振华

[导读] 摘要：热工保护系统是火力发电厂热工设备运行安全的基础保障，热工保护的可靠性对提高机组主辅设备的可靠性和安全性具有十分重要的作用，是现代电厂安全运行管理工作的重点。

        大唐七台河发电有限责任公司黑龙江
        摘要：热工保护系统是火力发电厂热工设备运行安全的基础保障，热工保护的可靠性对提高机组主辅设备的可靠性和安全性具有十分重要的作用，是现代电厂安全运行管理工作的重点。通过热工保护系统的应用能够在热工设备故障发生后及时进行处理，以此避免设备故障的进一步扩大、避免设备故障危害生产人员的人身安全。发电厂的热工保护成为越来越关键的技术，需要我们不断的加以研究和完善。
        关键词：火电厂；设备；热工保护；可靠性
        1当前我国的电厂设备发展现状
        当前，电力行业已逐步形成大电网、大机组、高参数、高自动化的发展格局，火电机组越大，其设备结构就越复杂，自动化程度也要求越高。随着火电机组容量的提高及参数的增加，机组在启停及运行过程中需要监视的参数及控制的项目越来越多，热控系统监控功能不断增强，范围迅速扩大，故障的离散性也增大。当热控系统的控制逻辑、测量和执行设备、电缆、电源、热控设备的外部环境，以及安装、调试、运行、维护，检修人员的素质等，这中间任一环节出现问题，都会引发热控保护系统的误动或机组跳闸，影响机组的安全运行。因此，如何进一步做好热控系统，提高热控设备和系统运行的安全可靠性至关重要。
        2热工保护误动和拒动的原因分析
        热工保护误动、拒动的原因大致可以概括为：DCS软、硬件故障；热控元件故障；中间环节和二次表故障；电缆接线短路、断路、虚接；热控设备电源故障；人为因素；设计、安装、调试存在缺陷。
        2.1DCS软、硬件故障
        随着DCS控制系统的发展，为了确保机组的安全、可靠，热工保护里加入了一些重要过程控制站（如：DEH、CCS、BMS等）两个CPU均故障时的停机保护，由此，因DCS软、硬件故障而引起的保护误动也时有发生。主要原因是信号处理卡、输出模块、设定值模块、网络通讯等故障引起。
        2.2设备电源故障
        随着热控系统自动化程度的提高，热工保护中加入了DCS系统一些过程控制站电源故障停机保护。因热控设备电源故障引起的热工保护误动、拒动的次数也有上升的趋势。主要原因是热控设备电源接插件接触不良、电源系统设计不可靠导致。
        2.3热控元件故障
        因热工元件故障（包括温度、压力、液位、流量、阀门位置元件、电磁阀等）误发信号而造成的主机、辅机保护误动、拒动占的比例也比较大，有些电厂因热工元件故障引起热工保护误动、拒动甚至占到了一半。主要原因是元件老化和质量不可靠，单元件工作，无冗余设置和识别。
        2.4电缆接线短路、断路、虚接
        电缆接线断路、断路、虚接引起的保护误动主要原因是电缆老化绝缘破坏、接线柱进水、空气潮湿腐蚀等引起。
        2.5人为因素
        因人为因素引起的保护误动大多是由于热工人员走错间隔、看错端子排接线、错强制或漏强制信号、万用表使用不当等误操作等引起烧损。
        3 火电厂热工保护系统优化研究
        火电厂热工设备保护系统地位非常重要，是系统中的重要内容。

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传统开关控制系统存在很多不足之处，其在设计的时候往往都是从火电厂生产方面需求考虑的，在提高热工系统的运行能力方面则有所欠缺，其合理的设计思路并没有过多的体现[3]。
        3.1 开关容错优化设计分析
        火电厂以往的热工保护系统运行过程中，设计开关容错模块时都是按照设备和工艺要求开展的。该设计思路存在多方面的问题，特别是在变送器、一次元件、逻辑开关以及继电器等硬件设备，这些元件是否能够一直可靠运行，主要取决于维护管理、运行时间、运行环境以及产品质量等因素受到很大的影响，一旦这些环节出现问题，可可能直接导致热工保护系统将错误的动作发出去，进而产生误动或拒动等现象，对机组的安全生产和稳定运行产生很大的影响[4]。所谓的容错优化设计，就是指的是在设计开关系统操作逻辑的时候，对设备可能出现的故障进行分析与研究，从而体现进行逻辑措施设置，这样一来就能有效避免出现逻辑控制失效等方面的问题。
        火电厂热工保护系统本身的容错能力只有在具备容错技术的前提下才能发挥出来，借助其能够对故障作出科学的检测、识别与隔离措施，从而在发生故障之后使得整个开关控制系统进行重构，逐步提升系统运行的可靠性和稳定性[5]。就当前的情况而言，一般说来，容错控制技术就是为了针对变动器和执行器出现故障而发挥有效的作用的。然而在火电厂的热工保护系统中，该技术本身的逻辑参数一般都是通过对电机线圈和轴承的温度进行的，一旦温度信号在设定值之上时，则就会对保护动作产生触动[6]。然而因温度测量回路会出现断线故障和接触不良等情况，有时候就会诱发拒动、误动等问题，所以需要全面监测测量回路，当回路正常时再依据设定的值对保护动作进行设计触发，当回路不正常时则就会触发报警信号，等到回路故障消除之后再将其切换为正常的状态，从而保证其能稳定运行。该容错设计思路不仅能采用温度控制，还能在风量保护系统和风烟系统压力中使用，从而防止出现误动的问题。
        3.2 逻辑代数优化设计分析
        火电厂整个热工保护系统中，当开关控制逻辑发生补充或是修改之后，一般就会变得越来越复杂，从而就导致整个系统发生错误。对其维护管理和安全性产生影响。然而在实际情况中，在设计热工保护系统开关控制逻辑时，相关设计人员应当追求的是简单方便、容易操作，因为无论多出何种元件，或者增加了一个环节，都可能会导致出现系统故障方面的风险。然而在以往的热工保护系统中，缺乏PLC、D C S的应用，导致其控制回路较为复杂[7]。采用逻辑代数则能够对逻辑控制回路进行科学的设计与分析，对于开关量控制逻辑作出科学的等效变换，这样就能够使得逻辑控制简化与分析变得较为容易。逻辑非、逻辑加、逻辑乘是基本而常见的逻辑运算，利用该逻辑运算，在借助相关规则的基础上，最终实现复杂的逻辑关系。然而在实际应用中，火电厂热工保护系统开关量控制逻辑其实不算复杂，通过一系列的数学计算方法，如定律交换、逻辑代数等，再应用配项法、消去法、吸收法以及并项法等就能实现逻辑控制的关系，从使得整个系统变得更加简化与明了，不会出现太过复杂的逻辑关系，最终为系统运行的可靠性及安全性奠定保证。
        4总结
        随着我国电力工程的不断发展，我国的火电厂的发展也面临越来越多的挑战，在日益严峻的发展形势下，我们需要采用新技术和新设备来提高我国的火电厂的发展水平。当前我们常用的是脱硫系统，脱硫系统也成为火电厂的标准配置。提高火电厂热控系统的可靠性需要从多个方面入手，目前我们所做的工作只是其中的一部分，因此我们只有深入开展这样方面的研究工作，尽全力提高我国的热控系统的可靠性。
        参考文献：
        [1] 中国大唐集团公司提高火电厂主设备热工保护及自动装置可靠性指导意见（内部资料）.
        [2] 蔡建飞，钱兴文.火电厂热工保护逻辑的优化[J].电力安全技术，2015，17（7）：44-49.
        [3] 刘一福.火电厂热工保护逻辑与设备优化[J].2009年鄂、苏、皖、冀四省电机工程学会汽轮机专业学术研讨会，2010.