引言

熱工保護系統是火力發電機組不可或缺的一部分,其能否可靠準確地動作,對于機組的安全穩定運行起著關鍵作用。但在機組正常運行過程中,往往由于DCS軟/硬件故障、熱控元件故障、電纜接線短路/斷路/虛接、電源故障、人為因素或設計安裝存在缺陷等各類原因,熱工保護會發生誤動或拒動的事件。這些情況輕則造成機組快減負荷,嚴重的就會直接導致停機,給企業帶來不同程度的經濟損失。因此,在機組穩定運行時,加強日常巡視、規范操作、認真排查設備隱患,在主/輔機可能發生事故前,及時采取相應措施加以保護,才能避免機組發生減負荷或停機事件,從而減少經濟損失。

經過不斷完善和改進,DCS系統的功能和性能都得到了極大提升,發電機組運行的可靠性、安全性、經濟性也得到了很大提高,但熱工保護誤動或拒動的事件還是時有發生。針對如何提高熱工保護的可靠性,在優化DCS保護邏輯細節上還有很多值得探討之處。

1熱工保護系統中常見的保護誤動原因

調查統計發現,電廠熱工保護系統故障中,設備檢修作業不到位、巡視不到位和工作人員責任感不強是造成保護誤動、機組非停的重要因素,如螺絲松動、電纜虛接、積水滲入開關柜、行程開關壓桿脫落等。以本廠2027年"2·25"事件為例,#2機組負荷359.5MW,汽輪機高壓調門控制方式為順序閥方式（CV2、CV3調門處于關閉位置）,由于#2高壓調節閥行程開關壓桿頂部固定螺母因振動脫落（圖2）,行程開關壓桿靠自身重力下落,導致CV2關閉行程開關（最底部處）信號發出（圖2）。高調門關閉"四取三"判斷條件滿足,觸發"高調門關閉",引起鍋爐BT跳閘,機組停運。

這一方面說明了設備管理和巡視檢查很多地方不到位,檢修項目安排不夠細致,沒有CV1行程開關連接桿檢查的相關要求:另一方面也反映了安裝工藝的不規范,CV1行程開關壓桿螺栓應采取加彈簧墊圈和鎖緊螺母等防松動工藝,實際執行中均沒有采取,導致壓桿螺栓運行中在振動作用下松動。

圖1#1高調閥行程開關壓桿頂部

圖2行程開關壓桿關到位

再比如集團公司某電廠因汽機房積水滲入開關柜,流到端子排上,造成端子接地,導致"潤滑油壓力低跳閘"保護誤動作,機組跳閘:某電廠又因ETS柜內DC24V電源負極接線端子排公共端內部連接片緊固螺絲滑絲、接觸不良,造成三塊電超速表失電,電超速保護誤動作,機組跳閘。這些都充分表明了熱工保護系統設備的治理還有很大的改進空間,對于日常巡視檢查不能走過場,檢修作業要仔細認真,只有嚴格把關,才能及早發現設備問題,把隱患消除在萌芽狀態。

2DCS保護邏輯的進一步優化

DCS系統經過多個階段的發展,在各方面已日趨完善,但保護邏輯的嚴密性在細節方面還有很多值得改進的地方,在實際運用中通過優化改進能進一步減少保護的誤動或拒動。

針對本廠多次因保護誤動而造成機組非停,對相關邏輯進行了優化。如上面提到的"2·25"事件,因#1高壓調門(CV1）關閉信號誤發,最終造成機組停機,東汽原設計高調門關閉為"四取三"邏輯,雖然已考慮了單個調門信號誤動的風險,但實際運行中未考慮到汽機切換到順序閥后,在低負荷運行時兩個調門關閉的工況,此時保護邏輯實際已由"四取三"變成了"二取一",如此保護的可靠性就大大降低。通過與主機廠溝通,對該邏輯進行了以下優化:

(1）"高調門關閉"邏輯中,增加調門(CV1、CV2、CV3、CV4、ICV1、ICV2）模擬量信號判斷,即當每個調門關行程開關發出且模擬量開度<5%才作為該閥關閉信號。

(2）將高調門關閉邏輯由"四取三"改為"四取四",如圖3所示。

(3）"高調門關閉"邏輯中,增加蒸汽流量判據(由汽輪機調節級壓力"三取二"邏輯算出）條件,即當蒸汽流量<300t/h時,才觸發保護動作,如圖4所示。

如此優化后既保證了熱工保護的正確動作,同時又大大降低了設備誤動的可能性。

同樣,本廠#2機組2020年因DCS接收到電氣功率異常(外部干擾造成）輸出信號,負荷在1S內由56MW突變至660MW,觸發機組"孤島運行"邏輯,#2機組主汽閥入口溫度過低保護動作(該保護邏輯是:主汽閥入口溫度過低信號在機組有功300MW時自動投入）,最終機組跳閘解列。為避免該保護再次誤動作,在DCS邏輯中將主汽閥入口溫度過低增加了調節級壓力、流量閉鎖,從而防止在低負荷時發電機功率發生異常波動而引起機組跳閘。

邏輯優化工作要持之以恒,進一步梳理單點保護(包括隨著工況可能變成單點保護的情況）,梳理排查涉及機組保護的熱工設備行程開關及位置反饋的保護邏輯,對可能存在誤動誤報的邏輯逐條分析,從取源、回路、測點布置、卡件分布、邏輯關系、輸出等方面逐一進行梳理,優化保護回路邏輯系統,如此才能提高保護的可靠性。尤其是針對本廠#2機組超低排放改造,新增邏輯難免存在瑕疵,在熟悉工況后,有必要結合實際有針對性地開展相關熱工保護排查工作,對各重要輔機保護、聯鎖控制等分階段、分區域逐步開展排查,切實做好后期邏輯優化工作,提高保護的可靠性。

3加強設備治理,避免保護誤動

3.1認真檢查和巡視

熱工保護裝置及相關的測量裝置、執行機構等大量采用集成電路器件,對環境溫度、濕度、粉塵、振動等環境因素比較敏感。在DCS、PLC等裝置集中布置的電子設備間、工程師站等場所,應重點關注空調設備配置及運行情況:現場設備重點關注防水、防高溫、防凍等措施:電纜夾層重點關注防火、防鼠措施。認真檢查巡視,仔細查看執行器各連接件有無松動現象,了解設備當前狀況,著重檢查線路、盤柜是否有積水、積灰、滲油或出現電纜外露情況,做到及時發現問題及時消除。

3.2設備檢修到邊到角

機組停機設備檢修期間嚴格按照工序卡、文件包要求做好每一步,做到應修必修、應檢必檢。明確責任,杜絕僥幸心理,拒絕偷工減料、減少步序,保證設備檢修完后能處于完好狀態。重要設備應安排清掃熱工裝置積灰,清灰時要防止靜電損傷設備,防止人為損壞設備,按要求緊固儀器控制設備的通信電纜、接線端子,定期吹掃涉及保護調節的一、二次風系統中風量取樣管路等,確保機組安全穩定運行。按《二十五項反措》規定完成鍋爐、汽機的相關重要聯鎖保護試驗和閥門傳動試驗,確保各設備正常工作。3.3加強培訓,提高技能水平

電廠熱控專業設備多而雜,管轄設備多樣化,這就要求熱工人員能全面熟悉所轄設備的檢修維護工作,針對員工技能水平薄弱面和影響機組安全運行的重大設備缺陷方面,要制訂專項培訓方案,并確保培訓落到實處。定期開展培訓教育工作,促使每一個工作人員的安全意識和責任感得到增強,技術水平與業務能力得到提升。打好基礎,練好基本功,才能對電廠熱控保護系統有全面認識,才能不斷查缺補漏,優化保護邏輯,并將設備檢修治理做到位。

4結語

總而言之,隨著技術的發展,熱工保護系統的可靠性變得日益重要。雖然無論多么先進的設備都不可能做到絕對可靠,但優化、完善熱工保護邏輯,提高檢修維護技術水平和員工職業素養,加強設備日常巡視管理,仍然可以極大地提高熱工保護的可靠性,從源頭上減少火電廠熱工保護系統誤動或拒動的可能性,這對火電機組的安全、穩定、經濟運行有著非常重要的意義。