胡軼群

(神華國(guó)華廣投(柳州)發(fā)電有限責(zé)任公司， 廣西鹿寨 545600)

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火電機(jī)組熱工保護(hù)誤動(dòng)及拒動(dòng)案例分析

胡軼群

(神華國(guó)華廣投(柳州)發(fā)電有限責(zé)任公司， 廣西鹿寨 545600)

摘要：對(duì)熱工保護(hù)誤動(dòng)及拒動(dòng)的幾起案例進(jìn)行了分析，提出了防止措施或?qū)Σ撸徊臒峁けＷo(hù)系統(tǒng)的硬件和軟件方面總結(jié)了應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。實(shí)踐表明：這些措施提高了保護(hù)信號(hào)的可靠性和穩(wěn)定性，保障了機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：火電機(jī)組； 熱工保護(hù)； 預(yù)防措施

熱工保護(hù)是火電廠熱工自動(dòng)化的重要組成部分，是保證電廠設(shè)備及人身安全的重中之重。目前熱工保護(hù)系統(tǒng)基本由DCS及PLC實(shí)現(xiàn)。雖然熱工控制系統(tǒng)的可靠性較之以前有了極大的提高，但是熱工保護(hù)誤動(dòng)及拒動(dòng)仍時(shí)有發(fā)生：或者因?yàn)榉婪洞胧┎粔蛲晟?，或者因?yàn)槿藛T的操作失誤等[1]。對(duì)于如何防范熱工保護(hù)誤動(dòng)及拒動(dòng)的發(fā)生，提高熱工保護(hù)系統(tǒng)的可靠性，筆者做了介紹，并對(duì)幾起案例進(jìn)行分析。

1熱工保護(hù)誤動(dòng)及拒動(dòng)

熱工保護(hù)系統(tǒng)出現(xiàn)的問(wèn)題主要表現(xiàn)為：在主輔設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，保護(hù)系統(tǒng)因自身故障而引起動(dòng)作，造成主輔設(shè)備停運(yùn)，稱為保護(hù)誤動(dòng)；在主輔設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)系統(tǒng)也發(fā)生故障而不動(dòng)作，稱為保護(hù)拒動(dòng)[2]。由此可見，保護(hù)拒動(dòng)的危害比保護(hù)誤動(dòng)更加嚴(yán)重，因此熱工保護(hù)系統(tǒng)的基本配置原則為“杜絕拒動(dòng)，防止誤動(dòng)”。

保護(hù)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)階段，應(yīng)考慮測(cè)量元件在廠房現(xiàn)場(chǎng)使用的環(huán)境條件，對(duì)測(cè)量原件及測(cè)量通道的冗余配置可以有效提高保護(hù)信號(hào)的可靠性；同時(shí)根據(jù)信號(hào)功能的重要性，采用不同的信號(hào)通道配置策略是防止熱工保護(hù)誤動(dòng)及拒動(dòng)的有效措施。

2案例分析

2.1 增壓風(fēng)機(jī)失速保護(hù)誤動(dòng)

2.1.1 事件經(jīng)過(guò)

2012年2月6日，某電廠1號(hào)機(jī)組增壓風(fēng)機(jī)失速保護(hù)動(dòng)作跳閘，1號(hào)鍋爐送、引風(fēng)機(jī)和一次風(fēng)機(jī)跳閘，鍋爐MFT。

2.1.2 原因分析

增壓風(fēng)機(jī)失速保護(hù)設(shè)計(jì)為單點(diǎn)保護(hù)，可靠性較差；另外保護(hù)信號(hào)壓力取樣管設(shè)計(jì)不合理，沒(méi)有設(shè)計(jì)壓力取樣管的吹掃回路，取樣管積灰導(dǎo)致兩側(cè)壓力不平衡，造成1號(hào)增壓風(fēng)機(jī)失速保護(hù)誤動(dòng)跳閘。煙氣中的水蒸氣不斷在取樣管中凝結(jié)，形成水珠，此時(shí)壓力測(cè)點(diǎn)處壓力開關(guān)測(cè)得的壓力高于風(fēng)機(jī)喉部實(shí)際壓力。當(dāng)壓力開關(guān)測(cè)得值將大于開關(guān)定值時(shí)，壓力開關(guān)動(dòng)作，保護(hù)信號(hào)誤發(fā)，這就是造成保護(hù)誤動(dòng)的可能原因之一。煙氣取樣口細(xì)小，極易被堵塞，更加劇了保護(hù)誤動(dòng)的可能性。

2.1.3 改進(jìn)措施

對(duì)兩臺(tái)機(jī)組增壓風(fēng)機(jī)失速保護(hù)邏輯改為三取二，以增加可靠性；另外增加取樣管吹掃回路，對(duì)失速測(cè)量裝置進(jìn)行定期清掃與維護(hù)。

2.2 處理ETS的PLC故障時(shí)保護(hù)信號(hào)誤發(fā)

2.2.1 事件經(jīng)過(guò)

某電廠4號(hào)機(jī)組ETS硬件配置兩套冗余的PLC并列運(yùn)行。兩套PLC中任意一套發(fā)出“系統(tǒng)停役”信號(hào)都會(huì)停機(jī)，只有當(dāng)兩套PLC同時(shí)發(fā)出AST電磁閥動(dòng)作信號(hào)時(shí)，才能導(dǎo)致AST電磁閥動(dòng)作引起停機(jī)。2008年5月熱控維護(hù)人員發(fā)現(xiàn)：4號(hào)機(jī)組ETS系統(tǒng)“從”PLC框架狀態(tài)在非工作位，“從”PLC的“RUN”(工作模式)指示燈不亮，PLC處于“REM”模式(遠(yuǎn)程模式)。經(jīng)過(guò)專業(yè)討論后，決定將PLC由“REM”模式切換至“RUN”模式后進(jìn)行觀察，如果PLC無(wú)法恢復(fù)正常，就需要進(jìn)行下裝程序，并認(rèn)為切換過(guò)程不會(huì)造成DI、DO信號(hào)跳變。

為確保4號(hào)機(jī)組ETS異常處理成功，維護(hù)人員在其他停運(yùn)的機(jī)組進(jìn)行故障復(fù)現(xiàn)和處理試驗(yàn)，但由于機(jī)組停運(yùn)，汽輪機(jī)一直未在掛閘狀態(tài)，無(wú)法見證導(dǎo)致4號(hào)機(jī)組跳機(jī)的停役信號(hào)的變化。試驗(yàn)結(jié)束后，執(zhí)行相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控措施，4號(hào)機(jī)組負(fù)荷降至330 MW，運(yùn)行許可開工。在運(yùn)行人員的監(jiān)護(hù)下，熱控維護(hù)人員開始按照處理步驟將PLC的模式切換開關(guān)由“REM”位置切至“RUN”位置，隨即鍋爐滅火(首出汽輪機(jī)跳閘)，汽輪機(jī)跳閘(首出鍋爐MFT)。

2.2.2 原因分析

在4號(hào)機(jī)組ETS系統(tǒng)“主”PLC、“從”PLC按照處理步驟進(jìn)行模擬試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)PLC由“REM”模式切至“RUN”模式后，PLC程序初始化掃描，系統(tǒng)停役1、系統(tǒng)停役2(至鍋爐MFT動(dòng)作)短暫狀態(tài)由“0”變“1”。汽輪機(jī)AST電磁閥動(dòng)作邏輯見圖1。

由圖1可以看出：當(dāng)一個(gè)PLC故障時(shí)不會(huì)引起跳機(jī)，因?yàn)殡姶砰y不會(huì)失去勵(lì)磁；但是在鍋爐FSSS中的鍋爐跳閘邏輯會(huì)引起MFT動(dòng)作，見圖2。

由圖2可以看出：在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)并且主汽流量>8%的情況下，汽輪機(jī)跳閘引起的鍋爐MFT有四個(gè)條件：ETS系統(tǒng)PLC1跳閘(即PLC1發(fā)出跳閘指令)、ETS系統(tǒng)PLC2跳閘、主汽門全關(guān)1、主汽門全關(guān)2。這四個(gè)條件是“或”的關(guān)系，即只要有一個(gè)條件觸發(fā)則會(huì)發(fā)生鍋爐MFT。這次機(jī)組跳閘事件就是因?yàn)椤皬摹盤LC的跳閘指令送到鍋爐MFT邏輯，引起鍋爐MFT，從而汽輪機(jī)跳閘?！皬摹盤LC的跳閘指令送出的原因是：由“REM”狀態(tài)切至“RUN”狀態(tài)過(guò)程中，程序初始化掃描，數(shù)據(jù)庫(kù)中的DO點(diǎn)瞬時(shí)發(fā)生翻轉(zhuǎn)。此次事件也說(shuō)明進(jìn)行故障處理的相關(guān)人員對(duì)PLC的工作特性不夠了解，對(duì)保護(hù)信號(hào)的去向不十分清楚，導(dǎo)致對(duì)處理過(guò)程可能存在的風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)識(shí)不足，安全技術(shù)措施存在漏洞。

2.2.3 改進(jìn)措施

(1) 加強(qiáng)熱工維護(hù)人員的技術(shù)培訓(xùn)工作，全面提高維護(hù)人員對(duì)設(shè)備的了解程度及技能水平。

(2) 重要設(shè)備異常處理時(shí)，必須對(duì)所有相關(guān)設(shè)備原理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、特性等進(jìn)行認(rèn)真研究，對(duì)處理過(guò)程存在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行全面辨識(shí)。

(3) 設(shè)備異常處理不要抱有僥幸心理，如在停運(yùn)機(jī)組所做的試驗(yàn)與運(yùn)行機(jī)組的設(shè)備狀態(tài)存在差異，不能夠完全反映實(shí)際情況，不能以此說(shuō)明處理步驟的正確性。

2.3 ETS觸摸屏電源異常造成汽輪機(jī)主保護(hù)誤動(dòng)

2.3.1 事件經(jīng)過(guò)

2013年11月某電廠3號(hào)機(jī)組ETS保護(hù)誤動(dòng)，機(jī)組跳閘。該機(jī)組ETS采用AB公司1746系列PLC控制，配置了AB公司專用觸摸式監(jiān)視屏。觸摸屏電源保險(xiǎn)容量為5 A，PLC系統(tǒng)及觸摸屏電源為2個(gè)24 VDC電源通過(guò)二極管并聯(lián)供電，ETS跳閘電磁閥電源為110 VAC單獨(dú)供電。經(jīng)檢查，ETS觸摸屏故障，觸摸屏供電保險(xiǎn)熔斷(容量5 A)，輸入電源短路。

2.3.2 原因分析

事件發(fā)生后，對(duì)ETS保護(hù)系統(tǒng)保護(hù)進(jìn)一步檢查測(cè)試，對(duì)3號(hào)機(jī)ETS系統(tǒng)進(jìn)行電源測(cè)試，目的在于測(cè)試ETS系統(tǒng)供電特性及復(fù)現(xiàn)誤動(dòng)作工況。測(cè)試結(jié)果表明：觸摸屏供電回路保險(xiǎn)燒壞時(shí)，ETS系統(tǒng)電源電壓瞬間被拉低至7 V,PLC系統(tǒng)卡件查詢電壓(24 VDC)過(guò)低，瞬間拉低所有并聯(lián)的DI模件掃描電壓和轉(zhuǎn)速模件供電電壓，導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，潤(rùn)滑油壓低、EH油壓低、凝汽器真空低等信號(hào)為“1”，當(dāng)無(wú)掃描電壓時(shí)，該信號(hào)變?yōu)椤?”。當(dāng)查詢電壓低至7 V時(shí)，對(duì)應(yīng)的通道信號(hào)回路存在被觸發(fā)可能，導(dǎo)致機(jī)組保護(hù)跳閘。

2.3.3 改進(jìn)措施

(1) 對(duì)3號(hào)機(jī)組ETS機(jī)柜設(shè)備的電源回路進(jìn)行核查，核對(duì)保險(xiǎn)容量并更換新保險(xiǎn)。

(2) 由于ETS觸摸屏僅作為顯示作用，并不用于操作，非必需存在部件，其電源與保護(hù)回路共用電源，存在較大故障隱患，故拆除3號(hào)機(jī)組ETS觸摸屏，提高保護(hù)回路電源的可靠性。

(3) 針對(duì)機(jī)組重要控制裝置電源配置開展專項(xiàng)核查，針對(duì)供電級(jí)別、電源回路、冗余配置、多余設(shè)備對(duì)保護(hù)系統(tǒng)影響進(jìn)行核查，消除同類隱患。

2.4 磨煤機(jī)出口風(fēng)粉混合物溫度高保護(hù)拒動(dòng)

2.4.1 事件經(jīng)過(guò)

2010年12月某電廠運(yùn)行值班人員啟動(dòng)2號(hào)機(jī)組A制粉系統(tǒng)(制粉系統(tǒng)為直吹式，磨煤機(jī)為中速磨)，A給煤機(jī)啟動(dòng)4 min后，A磨煤機(jī)出口風(fēng)粉混合物溫度(簡(jiǎn)稱A磨出口溫度)突然升高，兩個(gè)出口溫度最高分別上升至300 ℃、128 ℃，已超過(guò)保護(hù)值，但此時(shí)磨煤機(jī)沒(méi)有跳閘。運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)溫度異常后緊急停止A給煤機(jī)運(yùn)行，開大A磨煤機(jī)入口冷風(fēng)調(diào)門，A磨出口溫度逐漸降低，磨煤機(jī)跳閘，運(yùn)行人員投入消防蒸汽進(jìn)行吹掃。經(jīng)過(guò)檢查確認(rèn)，由于2號(hào)機(jī)組A磨煤機(jī)內(nèi)部煤粉燃燒導(dǎo)致A磨出口溫度突然升高。A磨出口溫度高的保護(hù)定值為103 ℃，每臺(tái)磨煤機(jī)有兩個(gè)出口溫度測(cè)點(diǎn)，保護(hù)設(shè)計(jì)為二取二。在溫度升高的過(guò)程中，兩個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)均超過(guò)保護(hù)定值，但A磨出口溫度高保護(hù)沒(méi)有動(dòng)作，發(fā)生保護(hù)拒動(dòng)。

2.4.2 原因分析

磨煤機(jī)出口風(fēng)粉混合物溫度高保護(hù)邏輯為兩個(gè)磨煤機(jī)出口溫度測(cè)點(diǎn)選低值進(jìn)行輸出，與保護(hù)定值103 ℃進(jìn)行比較判斷，同時(shí)溫度測(cè)點(diǎn)具有壞質(zhì)量判斷，當(dāng)兩個(gè)測(cè)點(diǎn)全部為壞質(zhì)量時(shí)將屏蔽保護(hù)信號(hào)輸出。溫度測(cè)點(diǎn)壞質(zhì)量判斷的依據(jù)為溫度輸入信號(hào)低于-5 ℃、高于150 ℃或變化速率超過(guò)8 K/s。當(dāng)磨煤機(jī)內(nèi)部煤粉發(fā)生燃燒時(shí)，磨煤機(jī)出口溫度瞬間急劇升高，溫度變化速率超過(guò)8 K/s，保護(hù)邏輯判斷為兩測(cè)點(diǎn)均為壞質(zhì)量，保護(hù)動(dòng)作條件不足，因此，保護(hù)沒(méi)能正常動(dòng)作。發(fā)生保護(hù)拒動(dòng)主要是因?yàn)閷?duì)極端工況的考慮不足，對(duì)磨煤機(jī)出口溫度變化速率的判斷條件過(guò)于嚴(yán)格，造成對(duì)溫度測(cè)點(diǎn)壞質(zhì)量的誤判。

2.4.3 改進(jìn)措施

將磨煤機(jī)出口溫度壞質(zhì)量判斷條件進(jìn)行完善，將溫度輸入信號(hào)的變化速率的限值改為40 K/s，即溫度變化速率超過(guò)40 K/s才認(rèn)為測(cè)量信號(hào)故障。

3結(jié)語(yǔ)

熱工保護(hù)誤動(dòng)及拒動(dòng)的原因多種多樣，僅通過(guò)幾個(gè)案例難以全面反映保護(hù)誤動(dòng)及拒動(dòng)發(fā)生的各種情況。希望通過(guò)這幾起案例，提高對(duì)保護(hù)誤動(dòng)及拒動(dòng)的防范意識(shí)，預(yù)防和排除故障，避免故障的進(jìn)一步擴(kuò)大，提升發(fā)電設(shè)備的可靠性及安全性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張成立,侯耀,張海濱,等. 電站熱工保護(hù)信號(hào)防誤動(dòng)策略及優(yōu)化措施[J]. 中國(guó)儀器儀表,2013(2):43-45.

[2] 廖原,喬欣. DCS系統(tǒng)保護(hù)誤動(dòng)、拒動(dòng)原因淺析及對(duì)策[J]. 內(nèi)蒙古石油化工,2013(3):59-61.

Analysis on Malfunction and Action-rejected Cases in Thermal Protection System of a Coal-fired Power Unit

Hu Yiqun

(Shenhua Guohua Guangtou (Liuzhou) Power Generation Co., Ltd., Luzhai 545600,Guangxi Province, China)

Abstract：An analysis was conducted on several malfunction and action-rejected cases in thermal protection system of a coal-fired power unit, to which preventative measures were proposed. Meanwhile, the experience of hardware and software application was summarized for the protection system. Application results show that above measures have helped to improve the reliability and stability of the protection system, thus securing stable operation of the unit.

Keywords：thermal power unit; thermal protection system; preventative measures

中圖分類號(hào)：TK323

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1671-086X(2016)02-0138-03

作者簡(jiǎn)介：胡軼群(1983—)，男，工程師，從事火電廠熱控技術(shù)工作。E-mail: 144071@ghepc.com

收稿日期：2015-08-24