热工可靠性评估探讨和应用
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摘 要：本文在总结近几年热工设备异常案例，不断总结经验，结合生产实际，从技术管理、软件优化、现场防护等方面探讨提高热工可靠性评估因素，提升热工专业管理水平。
关键词：可靠性；评估；稳定运行
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.08.015
1 前言
目前，火电机组容量越来越大，自动化水平也越来越高，对机组的安全稳定运行也提出更高的要求。但近几年，因热控方面原因引起机组非停问题成为火电企业的新的焦点。加强热工技术监督，研究如何提高热控设备可靠性，防止保护误动。对火力发电厂热控系统硬件配置、软件功能、现场设备安装、系统防护、技术管理等方面进行系统的查评，是发现设备隐患及管理漏洞的有效手段；通过对评估发现问题的研究，优化控制策略，提升热工专业管理水平，提高热控系统可靠性。
2 热工可靠性评估关键因素
目前，无论是老企业还是新建厂，热控专业人才都比较紧缺，在技术管理上存在很大的差距。在管理上，要按照国家相关规定，结合企业实际，要建立一套详实的管理制度，明确工作内容和标准，在认真分析本企业发生问题基础上，加强同行业的沟通交流，相互学习借鉴一下好的管理经验和新的技术手段。近几年不断跟踪非停事件原因分析，研究完善控制策略，重点把握关键因素，逐步提升热工可靠性。
2.1 有关DCS系统管理措施
（1）制定完善的控制系统网络、电源、控制单元控制器、操作员站、重要卡件等故障时的应急预案。
（2）坚持定期切换制度，利用停机或检修机会对DCS系统的DPU、冗余网络及交换机等进行切换试验。
（3）机组检修时，对卡件、电源、保险等进行全面检查，确保回路可靠，并根据使用时间及检查结果更换回路保险。
2.2 提高热工设备信号可靠性，防止保护误动与拒动
（1）当响应速度和可靠性满足要求时，辅机联锁、保护信号宜采用模拟量变送器替代开关量变送器。
（2）定期检查安装在有振动的汽水管道、烟风道及阀体等主设备本体上的热控设备及附件。
（3）对重要的角行程执行机构拐臂链接轴销、直行程阀杆连接件必须有如背冒螺帽、穿孔开口销、止退垫片等防松脱措施。
（4）就地重要仪表的取样阀门、排污阀门，若采用手柄式的球阀，应设置锁定装置或采取其它防误碰措施。
（5）严禁采用单一阀门开关状态信号用于保护（联锁）。
（6）重要辅机停止判断逻辑应设计为：“停止”、“运行”取非以及电流信号小于5A三路信号三取二算法作为“停止”信号；对“运行”判断原理同上。
（7）每年定期对仪用压缩空气质量进行检测，确保空气质量合格。
（8）对于三取二等冗余表决信号，需增加信号不同步报警。
（9）对使用模拟量信号作为联锁保护条件的，在逻辑中应充分考虑信号故障对保护可靠性的影响。对温度信号应增加温度跳变、信号质量判断等判据。
（10）汽轮机跳闸信号，应采用主汽门关闭信号（或同等汽门关闭判据）、汽轮机安全油压丧失二取一进行判断。
（11）严格执行炉膛压力开关定期吹扫，对于测点较远、有U型弯的取压管路，需检查管路内是否存在结露情况。
2.3 防止DCS控制系统失灵
（1）DCS网络通讯、控制器等负荷率应能够实时监视，并具备负荷率超限报警功能。
（2）DCS系统的GPS对时功能应具备故障报警或发生故障自动退出功能。
（3）保护系统的输入信号应独立，禁止使用1个外部接点信号直接并联接入多个输入信号通道。
（4）DCS系统各控制器之间的保护信号传输，应使用硬接线方式，用于保护的开关量应采用三取二（或同等冗余功能）表决方式。
（5）DCS系统组态时要注意运算时序、页扫描周期问题，运算时序的先后和保护动作顺序应一致。
（6）对于由运行人员设置的定值回路，应设置上、下限幅。
（7）机组在RB动作后，自动控制系统子回路不应因不合理设置而切为手动方式或自动调节功能受限，无法自动调节导致参数失控或调节品质的下降。
（8）DCS或其它控制系统进行升级完善时，应关注软件、硬件不同版本间的兼容问题。
2.4 防止热控测点及控制装置故障引起控制系统失常
（1）对于现场使用的重要参数冗余信号，各信号之间偏差大时要进行报警。
（2）备用设备存在闭锁启动条件应发报警。
（3）发电机定子冷却水流量低保护，应采用发电机内冷水流量三取二做为保护判据，且三个流量信号取样及回路应满足“独立性”要求。
（4）完善控制回路中热工测点品质判断、坏点切除功能，防止指令、反馈偏差大造成自动调节异常。
（5）在汽包水位、除氧器水位等调节回路应增加参与调节测点异常跳变切除自动的逻辑。
（6）协调控制系统及控制子系统，RB工况下应避免出现偏差大切手动及偏差大指令闭锁。发生满足RB触发条件的辅机跳闸后，手动方式下，也应能触发相关磨煤机跳闸等逻辑。
（7）为防止机组启动冲转过程中因转速测量异常引起超速，DEH系统中应设计“指令与反馈偏差大”跳闸逻辑。
（8）DEH系统、MCS系统电功率变送器电源应分散布置，同时设置功率变送器信号突变切除功率自动逻辑。
（9）采用液压调节的风机动调，应设置液压油失去闭锁动调指令输出的功能。
（10）禁止对锅炉汽包水位平衡容器保温，避免在汽包压力突变时造成参比水柱的不稳定。
2.5 防止汽轮机阀门行程信号故障影响机组稳定运行
（1）汽轮机主汽门和调节阀门宜配置冗余双LVDT。不得使用普通接插件，在安装调整时，两个LVDT的显示值应错开，在伺服卡中选高值进行阀位控制。
（2）LVDT的连杆定期检查连接部件，大、小修应安排重点检查。
（3）阀门行程开关安装位置要尽量远离高温热源，应增加防护罩或采取其它有效的防护措施
2.6 防止TSI装置误动、拒动
（1）汽轮机振动保护宜采用轴的相对振动作为振动保护并优化保护逻辑，应减小报警信号定值，同时，当任一轴承振动达到报警或动作值时，都应有明显的报警信号。
（2）TSI的信号输入通道，应设置断线自动退出保护逻辑判断的功能，完善相关报警。
（3）TSI系统的信号输入、输出通道宜采用分散分布方式。
（4）轴向位移大停机保护采用四路信号串并联表决回路的，防止安装在同一支架的两个轴向位移信号同时动作跳机。
（5）TSI系统各保护信号电缆应采用单独的屏蔽电缆，各电缆屏蔽必须单独接地。
（6）机组检修中，要对探头与延伸电缆连接部位及其前后的固定螺母进行检查。延伸电缆接头应通过热缩管、黄腊管等工艺，做好防水、防油污、防松脱、防接地等措施。
2.7 防止锅炉炉膛爆炸事故
（1）严禁取消给粉机变频器低电压保护，原则上以给粉机能够正常工作为底线，为了防止信号抖动等影响因素，可考虑增加1s延时。
（2）炉膛压力低保护定值的绝对值应与机组由额定负荷瞬间全炉膛灭火导致的炉膛压降相匹配。
（3）对于四角切圆锅炉，在设置单个火检灭火联跳对应给粉机保护时可以适当增加延时。
（4）燃油总管的安全关断阀关断时间应小于1s，油燃烧器的安全关断阀关断时间宜小于2s。
（5）正常运行时给粉机电源的上级电源母线宜尽量与电动给水泵等大功率设备所在母线分段运行。
（6）给粉机电源应按照给粉机失去一半能保证锅炉继续运行的原则分接在400V不同工作段上。
（7）给粉机电源回路中采用接触器进行控制的，应有防止瞬间低电压和电源切换造成接触器释放的措施。
2.8 防止锅炉灭火保护拒动
（1）取消火检放大器内对火焰丧失信号的延时，在保护逻辑中适当设置火焰丧失信号后的延时时间。
（2）严禁将火检探头参数设置在自学习状态下进行火焰监测；火焰设置增益、频率、带宽、槛值等参数，按照保护定值修改的原则进行管理。
（3）对与燃烧有关的信号，如二次风压、炉膛负压、送风流量、出口烟压等，不应在变送器内加延时。
2.9 有关热工设备电源配置问题
（1）重要系统的热工控制电源应由双路电源供电，带有电源切换装置的，应定期进行切换试验。
（2）AST电磁阀电源应按照风险分散原则配置。
（3）现场应增加ASP油压远方监视信号。
（4）对于互为备用的直流电源，应采用专门的电源切换装置进行切换。
（5）对于采用“母线制” 方式供电的热工电源，应对电源母线采用环路连接的方式。
3 热工典型风险分析
3.1 重要冗余信号未分卡件。
参与保护、调节、跳闸等重要冗余信号接入一块测量卡件，若卡件故障有保护误动或拒动的风险，参与调节信号会引起调节失调。应将参与同一保护、调节或跳闸等的信号分散到不同的卡件，同时要满足DCS系统各控制器之间的保护信号传输，使用硬接线方式。
3.2 不同系统间连接的重要信号为单线
不同系统之间连接的重要信号采用单一信号，无冗余。例如DEH未纳入CCS情况下，CCS与DEH流量指令只有一路。当信号回路发生故障时，容易产生故障或带来其他风险。应增加两路传递信号并采取冗余措施，必要时增加偏差报警。
3.3 重要测点为单点
参与保护和调节以及补偿重要测点为单点，存在保护和调节回路误动的风险中。优化方案是：现场增加冗余测点，分别接入不同卡件进行三取二判定。模拟量测点增加质量判断和速率限制。
3.4 冗余测点没有偏差大或不匹配报警
信号异常运行人员不能及时发现，易导致保护误动。优化方案： 增加不匹配报警。
3.5 CCS系统三取中算法块和重要手动设置模块没有设置高低限值
三取中算法块未设置高低限值容易误选故障点。手动设置模块容易出错。优化方案：设置高低限值。对于由运行人员设置的定值回路，设置上、下限幅。
3.6 参与保护的开关量信号和模拟量取槛值做与运算后触发保护
任一信号故障不发会闭锁保护触发，造成保护拒动。优化方案：增加一路测点做三取二判定触发保护，并增加不匹配报警。
3.7 炉膛压力开关全部布置在炉墙一侧，变送器全部布置在另一侧
不能全面反映炉膛内部的压力情况，存在调节不准和保护误动拒动的风险。优化方案：将压力开关和变送器两侧分开布置。
3.8 参与保护、调节等冗余测点或于压力表等共用同一取样管
同一管路的压力动作值一样，虽然逻辑做到了三取二，但无法避免误动或拒动。优化方案：采取独立布置管路或采取可靠的防误动措施。
3.9 控制柜照明电源和控制系统共用一路电源或配有其他检修电源插座
更换照明或灯泡回路接地和使用电源插座时，可能会影响控制系统或造成其他危险。优化方案：照明电源独立配置。
3.10 重要测量仪表排污门、气源控制门和设置的硬手操（主要是现场控制柜）无防误动措施
一旦被误碰及误开，会造成误动。优化方案：对类似阀门现场增设警示标志或增加防误碰硬隔离措施。
3.11 热控设备采用两路电源供电并带自动切换装置，任一路失电无报警
若失去一路电源不能及时提醒运行人员，导致缺陷得不到及时处理。优化方案：增加电源失电报警。
3.12 给水泵全停MFT保护取信
给水泵全停MFT保护使用的电泵停止信号，未体现电泵工作电源，见原信号逻辑，带来的危害是：给水泵全停时MFT保护有可能拒动。优化方案是电泵跳闸信号判断逻辑需要增加电泵电源方式选择信号条件，见修改后的信号逻辑。
4 结束语
隐患是动态的，查找隐患，需要精湛的业务技能和高度的责任心。热工设备虽小，但点多面广，任一疏忽都会引起一定的后果。我们在工作中，要不断查隐患，整改隐患，将隐患排查和设备评估作为一项定期工作，方可真正提高热工设备可靠性。通过近几年，不断的摸索实践，热工可靠性越来越高，曾连续两年未因热工原因发生非停事件。
参考文献：
[1]《热工可靠性评估细则》[S].