浅析电厂热工保护系统误动与逻辑优化

引言

热工保护系统是火力发电机组不可或缺的一部分,其能否可靠准确地动作,对于机组的安全稳定运行起着关键作用。但在机组正常运行过程中,往往由于DCS软/硬件故障、热控元件故障、电缆接线短路/断路/虚接、电源故障、人为因素或设计安装存在缺陷等各类原因,热工保护会发生误动或拒动的事件。这些情况轻则造成机组快减负荷,严重的就会直接导致停机,给企业带来不同程度的经济损失。因此,在机组稳定运行时,加强日常巡视、规范操作、认真排查设备隐患,在主/辅机可能发生事故前,及时采取相应措施加以保护,才能避免机组发生减负荷或停机事件,从而减少经济损失。

经过不断完善和改进,DCS系统的功能和性能都得到了极大提升,发电机组运行的可靠性、安全性、经济性也得到了很大提高,但热工保护误动或拒动的事件还是时有发生。针对如何提高热工保护的可靠性,在优化DCS保护逻辑细节上还有很多值得探讨之处。

1热工保护系统中常见的保护误动原因

调查统计发现,电厂热工保护系统故障中,设备检修作业不到位、巡视不到位和工作人员责任感不强是造成保护误动、机组非停的重要因素,如螺丝松动、电缆虚接、积水渗入开关柜、行程开关压杆脱落等。以本厂2027年"2·25"事件为例,#2机组负荷359.5MW,汽轮机高压调门控制方式为顺序阀方式（CV2、CV3调门处于关闭位置）,由于#2高压调节阀行程开关压杆顶部固定螺母因振动脱落（图2）,行程开关压杆靠自身重力下落,导致CV2关闭行程开关（最底部处）信号发出（图2）。高调门关闭"四取三"判断条件满足,触发"高调门关闭",引起锅炉BT跳闸,机组停运。

这一方面说明了设备管理和巡视检查很多地方不到位,检修项目安排不够细致,没有CV1行程开关连接杆检查的相关要求:另一方面也反映了安装工艺的不规范,CV1行程开关压杆螺栓应采取加弹簧垫圈和锁紧螺母等防松动工艺,实际执行中均没有采取,导致压杆螺栓运行中在振动作用下松动。

图1#1高调阀行程开关压杆顶部

图2行程开关压杆关到位

再比如集团公司某电厂因汽机房积水渗入开关柜,流到端子排上,造成端子接地,导致"润滑油压力低跳闸"保护误动作,机组跳闸:某电厂又因ETS柜内DC24V电源负极接线端子排公共端内部连接片紧固螺丝滑丝、接触不良,造成三块电超速表失电,电超速保护误动作,机组跳闸。这些都充分表明了热工保护系统设备的治理还有很大的改进空间,对于日常巡视检查不能走过场,检修作业要仔细认真,只有严格把关,才能及早发现设备问题,把隐患消除在萌芽状态。

2DCS保护逻辑的进一步优化

DCS系统经过多个阶段的发展,在各方面已日趋完善,但保护逻辑的严密性在细节方面还有很多值得改进的地方,在实际运用中通过优化改进能进一步减少保护的误动或拒动。

针对本厂多次因保护误动而造成机组非停,对相关逻辑进行了优化。如上面提到的"2·25"事件,因#1高压调门(CV1）关闭信号误发,最终造成机组停机,东汽原设计高调门关闭为"四取三"逻辑,虽然已考虑了单个调门信号误动的风险,但实际运行中未考虑到汽机切换到顺序阀后,在低负荷运行时两个调门关闭的工况,此时保护逻辑实际已由"四取三"变成了"二取一",如此保护的可靠性就大大降低。通过与主机厂沟通,对该逻辑进行了以下优化:

(1）"高调门关闭"逻辑中,增加调门(CV1、CV2、CV3、CV4、ICV1、ICV2）模拟量信号判断,即当每个调门关行程开关发出且模拟量开度<5%才作为该阀关闭信号。

(2）将高调门关闭逻辑由"四取三"改为"四取四",如图3所示。

(3）"高调门关闭"逻辑中,增加蒸汽流量判据(由汽轮机调节级压力"三取二"逻辑算出）条件,即当蒸汽流量<300t/h时,才触发保护动作,如图4所示。

如此优化后既保证了热工保护的正确动作,同时又大大降低了设备误动的可能性。

同样,本厂#2机组2020年因DCS接收到电气功率异常(外部干扰造成）输出信号,负荷在1S内由56MW突变至660MW,触发机组"孤岛运行"逻辑,#2机组主汽阀入口温度过低保护动作(该保护逻辑是:主汽阀入口温度过低信号在机组有功300MW时自动投入）,最终机组跳闸解列。为避免该保护再次误动作,在DCS逻辑中将主汽阀入口温度过低增加了调节级压力、流量闭锁,从而防止在低负荷时发电机功率发生异常波动而引起机组跳闸。

逻辑优化工作要持之以恒,进一步梳理单点保护(包括随着工况可能变成单点保护的情况）,梳理排查涉及机组保护的热工设备行程开关及位置反馈的保护逻辑,对可能存在误动误报的逻辑逐条分析,从取源、回路、测点布置、卡件分布、逻辑关系、输出等方面逐一进行梳理,优化保护回路逻辑系统,如此才能提高保护的可靠性。尤其是针对本厂#2机组超低排放改造,新增逻辑难免存在瑕疵,在熟悉工况后,有必要结合实际有针对性地开展相关热工保护排查工作,对各重要辅机保护、联锁控制等分阶段、分区域逐步开展排查,切实做好后期逻辑优化工作,提高保护的可靠性。

3加强设备治理,避免保护误动

3.1认真检查和巡视

热工保护装置及相关的测量装置、执行机构等大量采用集成电路器件,对环境温度、湿度、粉尘、振动等环境因素比较敏感。在DCS、PLC等装置集中布置的电子设备间、工程师站等场所,应重点关注空调设备配置及运行情况:现场设备重点关注防水、防高温、防冻等措施:电缆夹层重点关注防火、防鼠措施。认真检查巡视,仔细查看执行器各连接件有无松动现象,了解设备当前状况,着重检查线路、盘柜是否有积水、积灰、渗油或出现电缆外露情况,做到及时发现问题及时消除。

3.2设备检修到边到角

机组停机设备检修期间严格按照工序卡、文件包要求做好每一步,做到应修必修、应检必检。明确责任,杜绝侥幸心理,拒绝偷工减料、减少步序,保证设备检修完后能处于完好状态。重要设备应安排清扫热工装置积灰,清灰时要防止静电损伤设备,防止人为损坏设备,按要求紧固仪器控制设备的通信电缆、接线端子,定期吹扫涉及保护调节的一、二次风系统中风量取样管路等,确保机组安全稳定运行。按《二十五项反措》规定完成锅炉、汽机的相关重要联锁保护试验和阀门传动试验,确保各设备正常工作。3.3加强培训,提高技能水平

电厂热控专业设备多而杂,管辖设备多样化,这就要求热工人员能全面熟悉所辖设备的检修维护工作,针对员工技能水平薄弱面和影响机组安全运行的重大设备缺陷方面,要制订专项培训方案,并确保培训落到实处。定期开展培训教育工作,促使每一个工作人员的安全意识和责任感得到增强,技术水平与业务能力得到提升。打好基础,练好基本功,才能对电厂热控保护系统有全面认识,才能不断查缺补漏,优化保护逻辑,并将设备检修治理做到位。

4结语

总而言之,随着技术的发展,热工保护系统的可靠性变得日益重要。虽然无论多么先进的设备都不可能做到绝对可靠,但优化、完善热工保护逻辑,提高检修维护技术水平和员工职业素养,加强设备日常巡视管理,仍然可以极大地提高热工保护的可靠性,从源头上减少火电厂热工保护系统误动或拒动的可能性,这对火电机组的安全、稳定、经济运行有着非常重要的意义。