浅谈绥阳发电分厂热工保护设计存在的隐患与整改措施

钟阳

摘要：电厂热工保护系统是确保电厂发电机组安全稳定运行的重要保障。依据GB50217-2007《电力工程电缆设计规范》、《DLT-5210.4-2009-电力建设施工质量验收及评价规程》和《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》，针对绥阳发电厂的部分设计施工存在的现状，对重要保护进行了完善，完善后的重要保护信号能得到更加稳定可靠运行。因此提高电厂热工自动化的保护意识，降低热工保护系统的故障概率是一项重要工作。

关键词：电厂；热工保护；拒动；误动；非停

一、电缆清册设计存在的问题与整改

按照常规设计，大多数火电厂热控保护都采用冗余性设置。常见的冗余分为三取二与四取二。这些冗余保护不仅要求现场的设备要独立取样与采集，而且DCS的通道分布也不能进入相同的卡件与控制器。保护信号更不能使用通信总线传输。绥阳电厂AST危急遮断电磁阀组是通过4个电磁阀两两并联再串联的常规布置方式来进行汽轮机的安全停机控制的。AST1与AST3电磁阀都通过独立的电源长期带电而使电磁阀保持着封闭状态维持着整个AST油压系统稳定。当接收到机组的跳闸指令后，通过断开AST电磁阀电源使之动作。从而打开AST电磁阀卸掉高压油。使汽轮机各高中压主汽阀与高中压调门失压后迅速关闭。完成汽轮机的紧急停机。根据GB50217-2007《电力工程电缆设计规范》中明确提到：“双重化保护的电流，电压，以及直流电源和跳闸控制回路等需增强可靠性的两套系统，应采用各自独立的控制电缆”而绥阳电厂的设计清册如下：

通过以上设计院设计电缆清册编号可以看出AST电磁阀、真空低、润滑油压低、EH油压低等采用冗余信号重要跳机保护条件信号与控制指令都合并使用了同一颗电缆进行信号传输。信号的源头虽采用了多重冗余，但最终却用了单一的电缆进行信号传输。电缆的使用工况是非常复杂的，现场电缆容易因高温、外部机械损坏、施工质量、电缆质量等发生通断问题、干扰问题。这些问题的发生由于使用单一电缆传输都将会不可避免的导致机组发生非停的风险。为了提高重要信号的可靠性，最终调整了电缆设计清册，将重要的跳机保护信号电缆改用单一信号采用单一电缆方式进行传输，防止了单一电缆传输多重信号而可能因电缆原因导致事故发生的隐患。

二、热工测点接线布置优化

合理配置现场保护信号测点，将最大程度的降低人为因素导致的重要设备信号的误碰、误判而引发的机组非停是热工最简单也最直接的方式；绥阳电厂汽轮机由南京汽轮机提供，根据汽轮机厂家设计配置与提供的图纸，汽轮机本体信号测点共155个，分别通过汽轮机左右两侧的5个接线盒进行二次信号传输。其中包含振动、回油温度、金属温度、法兰温度，转速等等。而5个接线盒之中都分别配置着重要的带保护的测点信号与无保护的测点信号。

这种布置方式，将会给热工检修人员在工作中造成非停风险增加，可能会导致在处理未带保护的测点时而发生误碰带保护的信号测点而引发误动作停机的风险。为降低后期热工人员检修所带来的风险。最终解决办法是将进入接线盒155个测点进行重新分配，将未带保护的测点接入同一接线盒。重要保护信号单独接入一接线盒。将接线盒数量增加，使带保护接线盒内接入少量的保护信号，并使保护信号接线端子间有足够距离，使检修人员在对检修保护信号设备时避免触碰其余带保护信号设备。并对此接线盒进行标识。防止检修人员与运行人员误动接线盒内保护信号而发生机组发生非停的风险。

三、热工重要信号的控制设计

防范热工保护信号故障的发生需要在设计、施工、安装、调试、使用、维护等一系列过程中提高系统的安全性、可靠性。绥阳发电分厂按设计为孤网运行机组，在原有的DCS系统上增加了一套机网协调系统。由机网协调系统取代原有的DEH系统。按照此设计，机组的挂闸信号、并网信号将通过继电器而拆分为两路，一路送往DEH，一路送往机网协调系统。而在通过继电器对信号进行分配时，厂家将两路信号的继电器电源线负端采用了公用的24V电源。当这芯线发生开路时，将导致挂闸信号与并网信号的三个继电器同时掉电而发生机组非停的事件。机网协调设计回路如下：

改造前接线回路图：

解决方案：将六组信号电源24伏电源负端拆除独立，使六个信号单独24V正负接线方式。避免因为24V负端接线松动或线路问题导致的6个信号全部丢失而引发的非停的隐患。

改造后的接线回路图：

四、DCS逻辑组态优化组态

设置合理的DCS逻辑组态模块。将重要的保护信号如汽包液位采用三取二、发电机定子温度采用六取二等逻辑设置，可防止因单个热工设备故障引起的保护误动。同时可增加温度保护速率限制功能，即当系统检测到单个温度测点以≥20℃/s的速率上升时，自动判定为信号故障，闭锁该温度保护的动作，同时发报警信息提示操作人员检查故障。根据《防止电力生产事故的二十五项重点要求》中8.3.2条高压外缸上、下缸温差不超过50℃，高压内缸上、下缸温差不超过35℃，否则不准启动要求。绥阳发电厂通知DCS厂家增加了温差保护逻辑。而在增加逻辑后。一次下半内壁温度发生由490瞬间降至390度时，而上半内壁温保持着492度未发生变化的情况下，触发了ETS保护信号。发生了机组非停事件。下图未温差保护逻辑图。

按以上逻辑设计，高压内缸下半内壁温与上半内壁温温度测点都将通过输出定速器相减而得出温差后通过高限模块限定温度定值后与质量判断后相与而触发跳机保护。以上逻辑中温差相减后的输出未采用温度速率限制，当上半内壁温或下半内壁温度发生跳变并未恢复时将导致温差突然达到限定值。正常运行的机组温差是不会瞬间发生这么大变化的。所以此逻辑的设计并未达到严禁逻辑误动的功能。虽然在两个温度点后都设置了输出定速器，但当温度瞬间突变时，此模块只能起到延迟温度输出的功能，最终依然会使输出信号达到与输入温度信号相同的值，故温度突降或突变，此逻辑只能延迟温差保护信号输出，但并无法判断出温差是否为正常出现温差或温度点跳变出现的温差。

解决方案：将高限模块更换为带温度速率限制的模块，同时删除输出定速器模块。防止温度的突然变化而差生的较大的温差，发出误停机的错误指令。同时增加温差提前预警功能。提前告知运行人员温差的变化。防止温差控制不当而发生停机的可能。此类保护逻辑的优化能大大了提高系统的可靠性，降低了热工保护系统的误动率。

具体逻辑图如下：

五、热工误动与拒动的具体分类与防范措施

5.1人为因素导致的误动与拒动与防范措施

5.1.1热工人员检修工作中未核实清楚设备的电源，断错重要设备电源，或送错设备电源都将可能导致设备的跳闸或误启动而造成热工保护的误动与拒动。

5.1.2热工人员在未退出保护或退错保护时拆装、检修有联锁保护的热工元件、撤除保护后未及时恢复等情况造成热控保护的误动、拒动。

5.1.3热工人员检修过程中由于技术经验欠缺错误的短接或拆开重要保护信号而造成的热工保护的误动与拒动。

5.1.4为方便运行或满足某些要求私自修改设备厂家设计的保护定值与保护逻辑而造成的热工保护误动与拒动。

5.2设备缺陷导致的误动与拒动

5.2.1由于热工元件的精度不达要求、误差大、取样点不满足工艺、质量不可靠、保温达不到要求多种原因，会造成热工信号偏差过大，从而引起保护系统误动及拒动。

5.2.2由于热工电缆的接线开路、短路、松动、等问题均可引起热工保护系统误动与拒动。产生原因有接线问题、电缆老化、防水未做好导致进水短路、电缆敷设时强弱电未分开、重要3取2、4取3等信号电缆没有采用单独电缆敷设。设计时电缆的使用规格达不到要求。

5.2.3由于热工取样管的泄露、堵涩、等问题导致的热工保护系统误动与拒动。产生的原因有取样管接头紧固不牢、纸铜垫混用、取样管延长焊接采用电焊、取样管存在积灰弯头、未按时对取样管进行吹扫或吹扫压力不足。

5.2.4由于热工重要设备控制电源、DCS系统电源发生切换或断电而引起热工保护系统误动与拒动。产生的原因有使用接触器闭锁控制回路电源切换装置、机械式电源切换开关。此类开关大多切换时间在50ms以上，只能作为电源切换用，无法满足电源的勿扰切换。热工重要电源只采用不通段的保安电源，未采用UPS电源供电。

5.2.5由于热工DCS系统、PLC系统发生网络切换或中断引起的DCS现场设备失控而发生的热工保护系统误动与拒动。产生的原因有DCS与PLC的主副DPU与CPU程序不匹配，DCS系统发生病毒感染、A/B网存在单网通信，使用价格低廉、无保证的通信设备；

5.3环境因素的误动与拒动

5.3.1由于DCS控制室环境无法满足厂家设计要求而引起的误动与拒动。产生的原因有未设计或未使用能满足DCS硬件设备运行空调系统，DCS电子设备间未进行严格的封堵而导致粉尘的进入卡夹、DPU、交换机、服务器等。

5.4防范措施

加强对DCS系统的管理，防止DCS系统工程师站电脑密码外泄、电脑中毒事件的发生。同时对现场设备与DCS系统按时保质的巡检，防止机组运行中DPU由于不匹配等因素导致的失电或脱网时无法进行正常的冗余切换。加强热工检修人员的技术练兵与理论知识培训，提高检修人员的故障判断能力与分析能力。熟悉各种控制设备的控制原理与测量设备的测量原理，加强安全教育培训，严格遵守《安全规程》与《检修规程》中的各项规定，严格执行“两票三制。”与“热控保护的投退制度”、“工程师站的管理制度。对于重要停机跳闸信号故障处理的危险点做到人人必知，人人必会。

结语

随着电力事业和新技术的快速发展，发电设备设施的大量国产化，设备质量参差不齐。保护系统设计的合理性、可靠性变得更加重要。人员的检修水平缺乏将导致热工保护系统拒动与误动发生几率的增加。因此，更合理的逻辑组态，更合理的控制方式，更全面型的热工技术人员可极大的提高热工保护系统的安全性、可靠性，从而提高整个机组的安全性和经济性。

参考文献

[1]GB50217-2007《电力工程电缆设计规范》.

[2]DLT-5210.4-2009-电力建设施工质量验收及评价规程置.

[3]DL-T-5428-2009-火力发电厂热工保护系统设计技术规定.