【摘要】熱工保護系統(tǒng)是火力發(fā)電廠中一個不可或缺的組成部分，它可以提高機組主輔設備的安全性和可靠性，在主輔設備發(fā)生故障時，及時采取相應的措施，可以軟化故障，避免重大安全事故的發(fā)生。隨著DCS分散控制系統(tǒng)在電力過程中的廣泛應用，DCS控制系統(tǒng)的優(yōu)越性和強大功能也逐漸顯現，但是隨著機組容量的增大，參與保護的熱工參數也越來越多，使得機組設備誤動的幾率也逐漸上升，因此，本文針對上述情況，對火電廠熱工DCS保護誤動原因進行分析，提出了一系列的應對策略，以期能夠提高熱工保護系統(tǒng)的可靠性。

【關鍵詞】火力發(fā)電廠;熱工保護;誤動

隨著電力事業(yè)的不斷發(fā)展，各種高新技術也呈現出日新月異的發(fā)展現狀，使得各種發(fā)電設備日益自動化和智能化，提高系統(tǒng)的安全性和可靠性變得更加重要。對于火電廠的熱工DCS控制系統(tǒng)來說，分析其誤動拒動的原因，在熱工保護系統(tǒng)在技術和管理制度上采取可靠的措施，加強對其故障的檢測和防范能力，有利于提高整個機組的安全性和經濟性。

一、熱工DCS系統(tǒng)的內涵和研究價值

DCS是分布式控制系統(tǒng)的簡稱，在我國的自控行業(yè)中又被稱為集散控制系統(tǒng)，它主要包括現場控制站、人機接口、通訊網絡，以及現場的儀表閥門系統(tǒng)這四個部分。其中，人機接口主要是指計算機與人之間所建立的存在一定聯系、負責信息輸出和接入的接口，根據生產廠家的不同，DCS的配置也不一樣，同時，只有在供電的情況下，所有的人機接口才能正常運行。現場控制站簡而言之就是機柜，它是構成DCS的重要的組成部分，在整個生產中，所有的控制方案都是依靠這個現場控制站來完成。DCS的通訊網絡主要包括光纖、交換機、通信模塊等，許多的DCS廠家在設計時，大部分的系統(tǒng)都是隨著整個單元一起供電，只有交換機內的網絡單元需要單獨供電。最后，對于DCS現場儀表以及閥門系統(tǒng)來說，它們構成了DCS系統(tǒng)的供電最基本的部分，離開了這些基本的部件，DCS系統(tǒng)就無從談起。將DCS的控制系統(tǒng)應用到火電廠的熱工保護系統(tǒng)中，具有以下價值。

由于火力發(fā)電廠需要消耗大量的能源，在鍋爐、汽機的控制方面，需要很多種的設備，這就要求電廠使用DCS控制系統(tǒng)，利用其回路反饋機制、混合控制功能，盡量降低生產過程中的能量損耗，最大限度地提高機組的運行效率。此外，DCS控制系統(tǒng)還具有實時監(jiān)測、事故追蹤、連鎖保護的功能，一旦火力發(fā)電廠中設備出現故障，DCS控制系統(tǒng)將會在第一時間進行數據的分析和處理，供檢修人員進行判斷和處理。最后，由于火力發(fā)電廠的就地控制回路比較繁瑣，相關的熱力設備也比較多，各個單元制機組之間的聯系也比較密切，但是由于不同設備的指令下發(fā)要求不同，這就要求發(fā)電機組運用DCS控制系統(tǒng)，對不同的運行狀態(tài)進行分別控制，進而實現各個設備協調工作的功能。此外，DCS控制系統(tǒng)具有多方面的功能，比如它具有數據采集控制功能、順序控制功能、爐膛安全監(jiān)視功能等。

熱工保護系統(tǒng)是火力發(fā)電廠中一個重要的組成部分，對于提高機組的安全性具有重要意義，但是在機組的運行過程中，常常會發(fā)生保護誤動或者拒動的現象。保護誤動主要是由于保護系統(tǒng)自身故障引起的，使得主輔設備停運;保護拒動的產生，主要是在主輔設備發(fā)生故障時，需要保護系統(tǒng)的運行和工作時，但是保護系統(tǒng)由于自身的故障而停止工作，進而造成了事故的擴大，產生了保護拒動。分析火電廠熱工DCS保護誤動的原因，找出相關的防范對策，對于提高火力發(fā)電廠的經濟效益具有重要意義。

二、熱工DCS保護誤動的原因

1.DCS軟硬件故障

DCS軟硬件故障是造成熱工保護誤動的一大原因，這主要是因為，隨著DCS控制系統(tǒng)的不斷發(fā)展，相關部門為了確保機組的安全性、可靠性，在熱工保護系統(tǒng)中加入了諸如CCS、DEH等控制站，使得兩個控制器在同時發(fā)生故障時能夠進行停機保護，這也就引起了DCS軟硬件保護誤動情況的發(fā)生，其主要的情況包括以下幾種，信號處理卡損壞、輸出模板有誤、設定值模板出現故障、以及網絡通訊不暢等。

此外，在DCS系統(tǒng)中，對運行設備啟停的檢測，一般是通過DCS本身的查詢電壓來實現的，但是為了防止外圍電路對DCS造成損害，在大多數的DCS控制系統(tǒng)中，每個端子板上都設置有相應的保險絲，在短路或者強電倒送時，保險絲就會自動熔斷，進而達到保護整個電路的目的。但是由于保險絲的容量一般都比較小，常常會發(fā)生熔斷的現象，導致系統(tǒng)無法檢測到設備的真實情況，這就引發(fā)了熱工保護的誤動現象。

2.熱工元件故障

熱工元件是熱工保護中，進行信號采集的重要組成部分，熱工元件能否安全可靠地運行，直接關系到熱工保護的安全性和可靠性。但是，由于溫度、壓力、流量以及閥門位置燈原因，常常會造成誤發(fā)信號，使得主輔機產生保護誤動的現象。有的火力發(fā)電廠中，因熱工元件故障引起的熱工保護誤動甚至占到了所有故障發(fā)生率的一半以上，通過調查分析發(fā)現，主要的原因是由于元件的質量不高、部分元件老化引起的。因此，要加強對熱工元件的選購和設計，盡量避免單點參與機組保護的模式，進最大可能降低機組保護誤動的風險。

3.電纜接線故障

市場經濟的不斷發(fā)展，許多火力發(fā)電廠的工作環(huán)境有了很大的改觀，在一定程度上提高了工作效率，激發(fā)了員工的工作積極性。但是，由于電廠自身的特殊性，常常因為自身高溫、潮濕、粉塵的作用，造成大部分的電纜老化，降低了電纜的絕緣性，很大可能造成短路的現象，進而導致保護誤動的現象。比如汽輪機保護系統(tǒng)中，有的信號電纜必須經過機頭的高溫區(qū)域，這就造成了電纜的絕緣性降低，存在很大的安全隱患，其中在部分省份中，已經出現過汽機保護信號電纜絕緣性降低，導致熱工保護誤動的現象。比如：惠州熱電#1機組4月7日，#12電泵勺管由65%突降至0，由于鍋爐汽包水位低觸發(fā)鍋爐MFT動作，機組跳閘。檢查原因為勺管接線盒信號線接地所致。我國的眾多火力發(fā)電廠應該引起高度的重視，在管理和檢修中，列出處于高溫、潮濕等惡劣環(huán)境中的電纜，然后在每次的檢修工作中，加強對這部分電纜的電阻測量，檢測其絕緣性，如果發(fā)現存在電阻值誤差比較大的情況，應該及時更換電纜，降低熱工保護誤動的概率。

4.設備電源故障

隨著火電廠熱控系統(tǒng)自動化程度的不斷提高，火電廠在熱工保護中加入了DCS控制系統(tǒng)，部分過程控制站還采取了電源故障停機保護，但是近年來，由于熱控設備電源故障引起的熱工保護誤動也有逐年上升的趨勢。這主要是因為熱控設備電源系統(tǒng)設計不合理，或者是電源接插件的解除不良引起的，電源故障，造成系統(tǒng)停機的現象。還有一些設備電源故障如電磁閥的線圈電源接地短路，導致熱工保護系統(tǒng)誤動。

此外，DCS系統(tǒng)的電源均是由冗余配置構成的，電源一般不容易出現故障，但是當電源模件使用時間過長時，就會造成電源模件的老化，使得輸出電壓不能維持正常的運轉活動，進而引起機組保護誤動。

5.人為因素

人為因素也是引起火力發(fā)電廠熱工DCS保護誤動的重要原因，人為因素的發(fā)生，絕大部分是由于工作人員在進行日常工作和維護時，看錯端子排接線、使用萬用表時不規(guī)范、沒有嚴格執(zhí)行兩票三制的制度等，比如在某一發(fā)電廠中，曾經發(fā)生過投汽機真空低保護時，導致汽機保護誤動作，對其進行調查和分析之后發(fā)現，該工作人員在沒有得知測量信號是否存在的情況下，直接將該保護投入，沒有按照嚴格的保護和規(guī)定程序執(zhí)行，進而導致了汽機低真空保護的誤動情況。

就地誤碰主要設備也是造成人為因素的一個主要方面，誤碰設備或者緊急事故按鈕，將會導致一系列的主要設備停運，進而引發(fā)一系列的聯鎖保護現象，最終引發(fā)跳機事故的發(fā)生。為了避免此種現象，要對現象重要設備事故按鈕，加裝保護盒子，在進行現場巡邏檢查時，著重檢查這些保護盒子，同時還要確保在真正的緊急情況下，能夠輕易地打開保護盒子，以便進行熱工保護的一系列操作。

三、防止熱工DCS保護誤動的防止措施

1.改善DCS電源切換問題

DCS系統(tǒng)是由獨立的兩路冗余電源進行供電，但是在實際的操作過程中，兩條冗余電路的電源切換方式，很可能導致設備電源的故障，這也是在生產活動中容易被忽略的地方。一般來說，電源切換電路是由兩個繼電器組成的，每個繼電器都承擔了一半的負荷，但是如果其中的一條電路出現電壓波動現象，那么將會出現電源環(huán)流的現象，有可能導致整個DCS系統(tǒng)失電情況的發(fā)生。對于電源切換問題，可以通過以下切換電路進行，具體的原理圖如下所示。

圖1 DCS電源供電系統(tǒng)圖

DCS電源供電切換的原理主要是，將第一路的電源作為主要的負載電源，然后將第二路電源作為輔助供電電源，只要主供電電源存在，那么整個系統(tǒng)將以主供電電源為主，這樣的方案可以使得電源切換回路比較安全可靠。另外一路的負載切換回路原理也跟這個相同，僅僅將第一路和第二路的位置調換下即可。此外，如果在一定的條件下，可以由UPS為兩路電源供電，這樣可以提高整體電壓的穩(wěn)定性，減少波動情況的發(fā)生。

2.增強DCS系統(tǒng)的抗干擾能力

增強DCS系統(tǒng)的抗干擾能力，能夠最大限度地保障整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，本文從電纜的抗干擾性、信號的防干擾、以及系統(tǒng)接地等幾個方面，進行著重的分析和研究，能夠有效地提高火力發(fā)電廠的系統(tǒng)抗干擾能力。首先，對于DCS系統(tǒng)來說，應該選擇正確的接地地點，不斷完善接地系統(tǒng)，提高系統(tǒng)接地的方式。在進行接地時，一般選用截面大于20mm2的通道線，接地的電阻應該小于2歐姆，同時，接地極要盡量埋在距離建筑物15m的地方，控制DCS系統(tǒng)接地點與強設備的距離，最起碼要保證在10米以上，這樣才能最大限度地增強DCS系統(tǒng)的抗干擾能力。

其次，在選擇信號電纜時，要盡量選擇帶有屏蔽電力的電纜，能夠有效降低因動力線而產生的電磁干擾，還能夠減少后期的維修資金，實現資金的節(jié)約和資金的最優(yōu)化配置。還要根據不同的信號選擇不同類型的電纜，堅決杜絕使用同一電纜的不同導線，對電源和信號進行同時傳輸，也要避免信號線和動力電纜的平行鋪設，最大限度地減少電磁干擾的可能。最后，信號電纜在接入DCS系統(tǒng)之前，應該在信號兩級之間，添加相應的濾波器，實現信號線與地間的并接，盡量減少差模干擾。

3.改善熱控就地設備的工作環(huán)境條件

根據火力發(fā)電廠熱工DCS保護產生誤動的原因可以看出，熱控就地設備的工作環(huán)境，對于提高整個系統(tǒng)的安全性、可靠性也具有很重要的意義。因此，火力發(fā)電廠要加強對熱控就地設備的工作環(huán)境條件的重視，從以下幾個方面出發(fā)，比如讓就地設備盡量遠離熱源、干擾和輻射，就地設備的接線盒要盡量設計的密封、防潮，同時還要加強防腐蝕的能力。此外，諸如一些變送器、過程開關等就地設備，要盡量將其安裝在儀表柜中，在必要的時候，可以采取防凍伴熱的措施，最大限度地降低外界環(huán)境對DCS控制系統(tǒng)的影響，延長熱控設備的使用壽命，同時，也提高了系統(tǒng)的工作可靠性。

4.完善冗余設計、優(yōu)化系統(tǒng)設備

由于熱控設備覆蓋了熱力設備和熱力系統(tǒng)的整個過程，涵蓋了所有的數據參數，任何一個環(huán)節(jié)出現故障時，都會使得熱工保護系統(tǒng)發(fā)出跳機的信號，進而給火力發(fā)電廠造成一定的經濟損失，因而，不斷完善完善冗余設計、優(yōu)化系統(tǒng)設備，對于提高保護系統(tǒng)的可靠性具有重要意義。

首先，對于DCS控制站的電源和DPU的冗余設計已經很常見，對于一些重要的熱工信號，可以采用冗余設置，進行有效的監(jiān)控和判定，在很重要的測量通道中，要設置不同的卡件，來分散未知的危險，同時也可以提高系統(tǒng)的可靠性。對于涉及重要保護、自動的測點，要采用三取而邏輯進行判斷，避免使用單測點作為保護信號。對于重要的溫度、壓力等量模擬量要增加速率壞質量判斷剔除功能，提高信號的準確性。

5.加強技術培訓、提高熱控人員工作素質

在加強上述幾個方面的重視之后，還要加強對熱控人員的技術培訓，不斷提高熱控人員的工作能力和工作素質。這是由于在對火力發(fā)電廠的熱工DCS保護誤動原因進行分析時，人為因素所造成的誤動拒動因素占很大比例，因而，在制定相關的對策時，要加強對熱控人員的技術培訓和約束管理，敦促相關的熱控人員嚴格執(zhí)行DCS邏輯保護投退等相關制度。及時做好機組的設備維護管理，在工作中做到有條不紊，謹慎細致，充分保障整個設備處于良好的工作狀態(tài)。此外，熱控人員也要不斷提高自己的工作意識，承擔起應該擔負的責任，在進行工作培訓時，積極學習先進的維修知識，不斷積累自身的經驗，利用機組停機檢修機會，對設備進行徹底的檢修，嚴格執(zhí)行DCS邏輯傳動、試驗，充分保障整個系統(tǒng)的安全有效進行，保證機組安全、穩(wěn)定長周期運行。

四、總結

火力發(fā)電廠的熱工DCS系統(tǒng)對于整個火力發(fā)電廠來說，對生存和發(fā)展的關鍵，本文通過對熱工DCS系統(tǒng)的內涵和研究價值的了解，從DCS軟硬件故障、熱工元件故障、電纜接線故障、設備電源故障、人為因素等五個方面，對熱工DCS保護誤動的原因進行了詳細的分析，進而從改善DCS電源切換問題、增強DCS系統(tǒng)的抗干擾能力、改善熱控就地設備的工作環(huán)境條件、完善冗余設計、優(yōu)化系統(tǒng)設備等幾個方面，對火電廠熱工DCS系統(tǒng)提出了一系列的改進措施，以期能夠促進其更好的發(fā)展。

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作者簡介：萬太浩（1981—），男，遼寧撫順人，碩士，工程師，現供職于神華陜西國華錦界能源有限責任公司維護部，從事現代火電廠熱控專業(yè)技術工作。