提高电厂热控系统可靠性技术研究

收稿日期：2008-11-15；修回日期：2008-12-08基金项目：浙江省电力公司科技项目（2007-11）

作者简介：孙长生（1954-），男，安徽桐城人，硕士，高级工程师，从事火电厂热工自动化系统应用研究和科技项目开发工作。

E -mail:scs54@https://www.360docs.net/doc/df13210970.html,

证热控系统安全稳定运行。纵观目前热控系统的运行环境，以下问题亟待研究解决：

（1）随着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从设计、基建安装调试到运行、维护、检修的全过程质量监督与评估，提高热控设备和系统运行的安全可靠性至关重要。

（2）由于各种原因，热控系统设计的科学性与可靠性、控制逻辑的条件合理性和系统完善性、保护信号的取信方式和配置、保护联锁信号定值和延时时间设置、系统的安装调试和检修维护质量、热控技术监督力度和管理水平等都还存在不尽人意之处，由此引发热控保护系统可预防的误动仍时有发生。随着电力建设的快速发展和发电成本的提高，电力生不了解和无设备选型参考依据，购入一些质量不好的产品，影响甚至威胁到机组的安全运行。因此，如何通过对在线运行设备进行可靠性分类，制定合理的仪表校验周期，是电厂管理工作中迫切需要解决的问题。

（4）随着企业管理向集约化经营和管理结构扁平化发展，为提高经济效益，电厂在多发电、提高机组利用小时数的同时，通常通过减少生产人员以提高劳动生产率。此外，发电企业密切与外包检修企业之间的联系，专业检修队伍取代本厂检修队伍将是新建电厂发展趋势。在这种情况下，如何监督、评价、验收机组热控系统的检修、维护、运行质量，尚缺少一个系统的、可付诸操作的评估标准。

综合上述电厂控制设备的运行环境以及电厂设备维护工作方面日益严重的制约因素，本着电力生产“安全第一，预防为主”的方针及效益优先的原则，在中国电力企业联合会科技中心主持下，浙江省电力试验研究院与浙江省能源集团有限公司及所属电

孙长生等：提高电厂热控系统可靠性技术研究

第2期电力自动化

厂组成课题组，从提高热控系统的可靠性着手，开展了深入的技术研究工作。

2提高热控系统可靠性的技术研究内容

提高热控系统可靠性的技术研究需从设计开始，贯穿基建安装调试、运行检修维护和管理的整个过程。

2.1热控典型控制策略研究

目前大机组所采用的辅机控制逻辑，同协调控制策略一样，基本上是随各机组的分散控制系统（DCS）从国外引进的技术，虽各有其特点但技术差异较大。而热控保护和辅机控制逻辑的正确与完善，是大机组安全运行的基础。热控误动有很多原因来自于辅机控制逻辑的不正确或不完善，尤其是新建机组，投产前几年，热控专业一直在进行辅机控制逻辑的改进和完善，但这种改进和完善，多是针对已经发生的故障或发现的某种故障隐患，因此只是被动的事后改进且有其局限性。

控制逻辑的改进需要综合比较和整体优化，充分采用容错逻辑设计方法，对运行中易出现故障的设备，要从控制逻辑上进行优化和完善，通过预先设置的逻辑判断条件来降低或避免整个控制逻辑的失效。近几年，浙江省电力试验研究院在这方面开展了研究工作，完成的《大机组热控典型控制策略研究》项目中，提出了热控设计原则、逻辑优化方法，将特定的容错控制技术、控制系统资源的有效利用技术应用于火电厂热控自动控制系统的设计，更广泛地探讨了提高控制系统可靠性的方法和途径。其提供的容错逻辑设计方法和各类机组的典型逻辑图、SAMA图，为大机组辅机控制逻辑和模拟量控制的设计、咨询、技术改进，以及开展机组故障原因分析等工作提供了技术支持，提供的典型CAD图版为新建机组热控系统设计和组态工作提供了参考。

2.2编写《分散控制系统故障应急处理导则》

目前国内大中型火电机组热力系统的监控普遍采用DCS，电气系统的部分控制也正逐渐纳入其中。由于各厂家产品质量不一，DCS的各种故障，如电源失电、操作员站“黑屏”或“死机”、控制系统主从控制器切换异常、通信中断、模件损坏等仍时有发生。有些故障因处理不当，造成故障扩大，甚至发生锅炉爆管、汽轮机大轴烧损的事故。因此，防止DCS失灵、热控保护拒动造成的事故已成为机组安全经济运行的重要任务。多年来，从行业组织到地方集团公司，一直都要求所属电厂制定DCS故障时的应急处理预案，并对运行和检修人员进行事故演练。但到目前为止，不少电厂虽有预案但对故障时的处理起不到指导作用，多数情况下还是凭运行和检修人员的经验来处理，结果发生了一些本可避免的事件。如某机组因给煤信号瞬间误发，磨煤机热风门关过程卡涩，运行人员在7min内进行了3次操作，结果是炉膛爆燃导致MFT。笔者也曾参与某电厂一台机组的控制系统故障演习，跟踪现场人员的操作处理过程，感觉其生疏程度若在真的故障情况下，很可能造成事件扩大。因此，结合DCS问题处理方法研究，编写和完善《分散控制系统故障应急处理预案》，并在此基础上组织反事故演习，不断提高相关人员的事故处理能力，对于减少机组或设备运行异常时因操作不当造成故障扩大的发生很有必要。项目组在总结提炼各电厂开展《分散控制系统故障应急处理预案》编写工作经验的基础上，结合DCS问题处理方法研究，进一步进行了《分散控制系统故障应急处理导则》的编写研究工作，并以此在浙江兰溪电厂600MW机组上进行了反事故演习，取得了较好效果。

2.3热控系统优化专题研究

贯彻落实《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》和《热控系统检修运行维护规程》，以及电力系统近几年持续开展的设备安全评价工作，对提高热控系统的可靠性，保证电厂安全经济运行都发挥了重要作用。但随着近几年机组容量和控制系统复杂性的增加，因热控原因引起的机组跳闸事件也在上升，暴露出热控系统的可靠性还存在不少薄弱环节。为此，在调研、总结、提炼安全生产最新技术和经验教训的基础上，针对薄弱环节开展了专题研究工作。

（1）提高汽轮机监视仪表（TSI）系统运行可靠性的技术措施。由于TSI系统导致机组运行异常的情况时有发生（据统计，仅2006年1月至2007年4月，浙江省电厂因TSI系统保护误动而引起的跳机事件就多达6次），为此，这几年各大发电公司都为提高TSI系统的可靠性而组织了各类研讨会和专业会议，制定相应的反事故措施。

浙江省电力试验研究院在完成省内电厂近60台机组TSI系统运行情况调研和异动案例的统计、归类分析和研究的基础上，组织专业人员就TSI系统的事故案例、单点信号保护逻辑可靠性和普遍存在的问题进行了专题研究，提出了“从优化TSI系统电源及保护逻辑，减少单点信号保护引起机组误动的概率着手，通过全面核查TSI系统连接线路的规范性，完善TSI系统的安装检修和运行维护管理方法，来提高TSI系统的运行可靠性”的思路，并本着“既要防止拒动，也要防止误动”的原则，于2007年5月出台了《浙江省火电厂提高TSI装置运行可靠性的技术措施》，作为浙江省能源集团有限公司、浙江省电力学会热控及汽轮机专业委员会反事故措施文件，下发浙江省各电厂，实施后取得明显效果，至今未再发生因TSI系统问题导致机组跳闸的事件。

（2）

第42卷

中国电力电力自动化

技术措施。火电厂的热控系统工作环境存在大量复杂的干扰，其结果轻则影响测量的准确性和系统工作的稳定性，严重时将引起设备故障或控制系统误发信号造成机组跳闸，因此热控系统最重要的问题之一就是如何有效地抑制干扰，提高所采集信号的可靠性。接地是抑制干扰、提高DCS 可靠性的有效办法之一，本应引起足够的重视，然而在基建和生产过程中，却发现大量的热控保护误动事件都与接地有一定的关联。如某电厂机组振动信号柜内及电缆屏蔽层接地连接不规范，在机组整套启动期间，六大风机因振动信号跳变超过保护动作定值全部跳闸而导致MFT 。随着近几年因接地原因导致热控系统运行异常案例的增多，接地与干扰问题已成为热控专业的疑难问题之一。

为制定有效的机组反事故措施，减少因接地异常对机组安全运行的影响，项目组在各电厂热控专业的配合下，完成对浙江省各电厂机组接地系统运行情况初步调研，就热控系统的接地问题进行专题分析探讨，形成提高热控系统接地可靠性和抗干扰能力的初步技术措施。但热控接地与干扰问题的研究是一个复杂的课题，一些问题未能找到合理的解释和具体的解决办法，还需要继续收集资料，寻求专家咨询和指导，通过广泛的交流和对疑难问题的深入研究，继续进行提高热控系统抗干扰能力的研究。

（3）热控控制逻辑优化。当用作联锁保护的测量信号本身不可靠时，系统的误动概率会大大增加。而热控保护联锁系统中的触发信号采用了不少单点测量信号，由于这些设备和系统运行在一个强电磁场环境，来自系统内部的异常和外部环境产生的干扰（接线松动、电导耦合、电磁辐射等），都可能引发单点信号保护回路的误动。如温度测量和振动信号受外界因素干扰，变送器故障，位置开关接触不良或某个挡板卡涩不到位，一些压力开关稳定性差等。统计数据表明，热控单点信号保护回路的异动，很多情况是外部因素诱导下的瞬间误发信号引起，不少故障仅仅是因为某个位置开关接触不良或某个挡板卡涩而造成机组跳闸。如某电厂4号机组冲管初期，突然送风机B 跳闸，检查报警记录和历史曲线，发现风机轴承温度（共3点，三取二保护）同时大幅度跳变，超过90℃后风机跳闸。经查原因是就地接线盒处电缆屏蔽层有毛刺，碰到金属电缆套管造成2点接地而引起。某机组原设计单点“低压旁路位置反馈信号大于50%开度”跳机，因就地接线接触不良，该信号跳变至60%开度，触发ETS 保护动作。但如设计时将低压旁路全关的行程开关信号取“非”后和该信号相“与”，本次跳机故障可以避免。

为防止单个部件或设备故障和控制逻辑不完善，在新机组逻辑设计或运行机组检

修时，应采用容错逻辑设计方法，对运行中易出现故障的设备、部件和元件，从控制逻辑上进行优化和完善，通过预先设置的逻辑容错措施来降低或避免控制逻辑的误动作。运行机组应对热控保护连锁信号取样点的可靠性进行论证确认，对控制系统的硬件、逻辑条件、定值进行可靠性梳理和评估分析，对机组设备安全运行有严重影响的热控保护逻辑从提高可靠性角度进行优化，例如：a.条件许可的单点信号保护逻辑，改为信号三取二选择逻辑，或根据单点信号间的因果关系，加入证实信号改为二取二逻辑。b.单点测点信号状态无法改变的，通过专题论证，在保证安全性的前提下可改为报警。 c.实施上述措施的同时，对进入保护联锁系统的模拟量信号，合理设置变化速率保护、延时时间，以及缩小量程来提高坏值信号剔除作用等故障诊断功能，设置保护联锁信号坏值切除与报警逻辑，减少或消除因接线松动、干扰信号或热电阻故障引起信号突变而导致的系统故障。

浙江省内电厂通过逻辑优化取得了良好的效果，大大提高了机组运行的可靠性，有效地降低了因热控控制问题引起机组非计划停运次数和主要辅机保护的误动次数，如嘉兴发电厂二期4×600MW 机组

2005年先后投产后运行至2007年底，除2007年1

月11日4号机组4号瓦轴瓦温度误发信号（汽轮机内部元件出线磨损先接地后损坏）发生一次跳机外，未发生其他由于热控原因引起的机组非计划停运。

2.4

热控设备可靠性分类与测量仪表合理校验周期及方法

热控设备的可靠性差别很大，有的设备运行多

年无异常，有的设备一投运问题就层出不穷，其原因除设计外，与设备选型也有较大关系。为保证经济效益的最大化，不同系统的设备应根据可靠性要求，选用可靠性级别不同的设备。而测量仪表的校验周期，应按规程进行周期校验，但由于现有校验规程落后于仪表的发展，各电厂实际上都自定了校验周期，但无据可依。

为提高在线运行仪表的质量，应开展热控设备可靠性分类与测量仪表合理校验周期及方法的专题研究，通过对仪表调前合格率和设备故障损坏更换台帐的统计分析，结合设备使用场合、可靠性要求和厂家服务质量，进行热控设备可靠性分类，用于设备选型参考和管理，并以此作为电厂热控测量仪表校验周期制定的依据，实现电厂仪表校验周期的规范化。另外针对传统的测量仪表校验方法在人力、财力方面存在浪费，且不一定能确保仪表在线精度的情况，进行新的仪表校验方法及管理的探讨，如若现场条件许可，仪表运行质量检查可采用在线状态（零点和运行点）核对方式，对核对达不到要求的测量系统，再进行单体仪表的常规性校准。为确保在线热控

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测量信号的准确性，测量仪表从设备基础数据台帐的建立、设备校验计划和日常维护工作的开始、执行、校验、数据输入、结束及质量统计分析、周期调整等，实现全过程自动化管理。

2.5开展热控系统与设备质量评估工作

目前电力行业在开展设备安全评价、监督或设

备评估等工作，但评估标准的细化程度和可操作性方面还存在不足，参与评价的人员对规程的理解和专业水准不同，评价的结果差别较大，且很少开展设计和基建的评估工作。因此有必要在贯彻落实热控系统检修运行维护规程的基础上，结合安全评价标准，收集、消化吸收国内有关电厂技术管理经验，总结、提炼自动化设备运行检修和管理经验、事故教训，编制一个系统化、规范化、实用、可付诸操作的《热控系统与设备质量评估导则》，用于开展行业热控系统设计、基建、运行维护、检修、监督的评估工作。

新建机组评估工作应从设计阶段的设备配置开始，重点深化基建热控的安装调试质量评估，减少设计、选型、安装调试过程中的安全隐患和遗留问题，提高基建移交商业运行机组热控系统的可靠性，改变过去机组移交生产，也就是改造工作开始的那种局面。

运行机组评估工作应从运行、维护、检修到管

此判断安全程度，采取预防措施，防患于未然。

通过评估工作的开展，促进热控系统全过程监督的科学化、规范化、精细化管理，提高监督工作的实效性和机组运行的可靠性。

3结语

提高热控系统的可靠性是一个系统工程，客观

上涉及热控测量、信号取样、控制设备与逻辑的可靠性，主观上涉及热控系统设计、安装调试、检修运行维护质量和人员的素质，目前所做的工作只是一个起点，有待于和行业的热控同仁们一起，继续深入开展这方面的研究，努力提高热控系统的可靠性。

参考文献：

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［2］孙长生.浙江省火电厂2007年热控系统考核故障原因分析与技