提高电厂热工控制系统可靠性研究

提高电厂热工控制系统可靠性研究

发表时间：2018-08-13T17:25:15.393Z 来源：《电力设备》2018年第12期作者：张宏宇[导读] 摘要：对于大型电厂而言，热工控制系统正扮演着越来越重要的角色，如何提高热工控制系统的可靠性是当今电力行业需要重点关注的问题。

（淮浙煤电凤台发电分公司 232131）摘要：对于大型电厂而言，热工控制系统正扮演着越来越重要的角色，如何提高热工控制系统的可靠性是当今电力行业需要重点关注的问题。基于此，本文重点通过探究电厂热工控制系统现存的一些常见问题，进而提出提高电厂热工控制系统可靠性的方法。

关键词：电厂；热工控制系统；可靠性；分散；接地；MFT 引言

在大型电厂中，因控制系统不可靠而导致的异常事件时有发生。电厂热控系统中的问题主要表现在：控制系统风险分散、控制系统就地设备存在隐含问题、控制系统电源可靠性不足、专业管理缺失等方面；而这些问题并不是显而易见的，本文通过列举一些异常事件及分析，以求探究一些提高热控系统可靠性的方法。

1、电厂热工控制系统中常见的问题 1.1控制系统风险分散问题

控制系统的风险分散是非常重要的一项问题。控制系统的风险分散问题主要表现在DCS系统控制器或卡件未分散布置、信号电缆未分散布置的问题。

1.1.1控制器或卡件未分散布置，是热控系统常见问题之一。例如2014年4月30日，某电厂使用的ABB系统PCU21- M3主控制器及冗余控制器同时故障，这对控制器下同时包含了两台汽动给水泵和一台电动给水泵，控制器故障导致给水泵全停，锅炉MFT动作。控制器故障是此次事件的直接原因，但重要设备未能分散控制是导致事件扩大的重要因素。

1.1.2信号电缆未使用分散电缆。重要冗余信号共同使用一根多芯电缆，也是风险不能分散的主要问题之一。如某电厂ETS动作信号送至MFT 系统的硬接线，在ETS侧为三个不同卡件发出三个信号，MFT侧也是三个不同卡件接收三个信号，在MFT保护逻辑中也采用三取二判断。整个系统看似设计合理，但三个信号却使用同一根电缆，2011年6月8日，此电缆被小动物啃噬，有两个信号在短时间内均由“0”变为“1”，导致MFT保护误动。

1.2热控系统就地设备缺乏可靠性与安全性

受到各种因素影响，再加上热控系统监督管理不尽人意，热控系统的全过程设计有时会缺乏可靠性和安全性，会导致就地设备有一些隐含的定值设定或硬回路逻辑存在不合理，有引发保护误动的风险。

1.2.1就地设备定值不合理，可能导致保护误动。例如一般电厂火检信号失去的信号中会设置一定时间的延时，以避免火焰有跳动导致的失火误跳闸，但这类就地设备内的设定往往被设计者或工作人员忽略。2016年11月12日，某电厂因火检探头未设置延时时间，导致低负荷时二次风压力波动，旋流强度下降，着火点有偏离火检的检测范围的情况，其B磨煤机失火跳闸，之后锅炉转湿态，贮水箱疏水阀故障无法打开，贮水箱水位上升至保护定值，MFT发生。

1.2.2就地系统硬回路保护有不合理情况，热控保护信号一般避免单点保护的情况，但在逻辑梳理时，一般会遗漏就地硬回路的情况。例如基于EH油泵对机组运行的重要性，某电厂对EH油箱油位低跳闸EH油泵逻辑进行完善，取消EH油箱油位低跳闸油泵逻辑，并将油位低信号进行大屏报警。但热控人员并未考虑到EH油箱油位低在就地还有跳闸油泵的硬回路。后在电气人员的提醒和帮助下，才将就地回路也进行了改造，避免了异常情况的发生。

1.3热控系统电源问题

热控系统的电源对控制系统尤为重要，热控系统的电源问题主要表现在部分热控系统，尤其是外围控制系统无UPS电源、电源接地不合理等情况。

1.3.1电厂的外围控制系统的设计、安装、调试往往会被电厂热控管理人员忽视，这会导致部分外围控制系统缺少UPS电源。某电厂氨区热控控制系统为一套独立的PLC系统，系统电源为启动锅炉MCC电源及1号机组锅炉MCC电源，无UPS电源，当电源切换时，PLC控制器会失电重启，同时也存在两路电源同时失去的风险。

1.3.2热控系统电源的接地往往是电源系统正常工作的薄弱环节。热控TSI系统机柜的24VDC电源负端设计要通过柜内的接地端子连接到接地铜排，以保证系统的24VDC电源负端可靠接地。但某电厂4号机组引风机小机的TSI机柜24VDC 电源负端浮空时，TSI 系统抗干扰能力下降。同时，4A 引风机小机后轴承Y 向振动探头的预制电缆又存在短路隐患。TSI 系统采用信号地和直流电源地共地的设计方式，信号线公共端和TSI 柜24VDC 电源负端直接相通。2014年2月5日，因为风机振动等原因造成该振动探头预制电缆短路后，现场干扰信号通过信号线公共端进入TSI 的电源系统，进而干扰整个TSI 系统测量，TSI系统的两台引风机小机转速信号均大幅波动，导致引风机小机跳闸信号误发，机组 MFT保护动作。

1.4逻辑设计不合理的问题

热控系统逻辑即是热控系统的大脑，热控系统的控制功能都要通过逻辑来实现，所以保证逻辑的正确性对热控系统的安全稳定运行有着重要的意义。但每个设计者对逻辑的理解不尽相同，组态的逻辑也千差万别，这导致现实运行的逻辑，尤其是保护逻辑，会存在功能不完善的情况。

2、提高电厂热控系统可靠性的有效策略 2.1加强热控专业的全过程管理

热控专业的全过程管理主要包括设计、施工、调试、维护、检修等电厂建设和生产的各个环节的全过程管理。热控系统的分散问题、就地设备的一些隐蔽性设置问题、电源问题，很多都是设计和施工的问题。但由于业主维护人员在建设阶段依赖设计院和施工调试单位，依赖于管理公司，对设计和施工中的隐蔽性问题不能掌握，或者对已经暴露的问题不能督促整改，导致发电后有很多遗留问题。所以，电厂热控的业主维护人员要充分利用设计、施工和调试的时段，充分暴露问题并追求问题根本解决。

2.2生产过程中不断优化热控控制逻辑

2.2.1要坚决避免重要设备的单点保护，对重要设备的保护信号尽量采取三取二设计，有时为了防止保护误动，还可以增加相应的佐证信号。例如凝泵出口门关闭跳闸凝泵的逻辑中，一般为了防止误动，设计为“关反馈发出”与“开反馈消失”（如图1），但该逻辑在执行机构故障，其开、关信号同时翻转时，会造成信号误发，保护误动；由于电动执行机构的开、关行程时间均较长，长则几分钟，短侧几十秒，从正常情况来看，开、关信号不可能在几秒内同时出现。所以该逻辑可以优化为：在 “开信号取非”增加一个上延时，延时时间为 5s。这样可以避免开、关信号同时来回翻转的误动（如图2）。

图1 一般设计的凝泵跳闸条件

图2完善后的凝泵跳闸条件

2.2.2 可以利用信号的串联和并联混合使用，提升系统防止误动及拒动的能力。例如炉膛压力高高导致MFT的逻辑设计是炉膛左侧两个压力高高开关，炉膛右侧一个压力高高开关，采用三取二判断，如图3。

图3出厂设计的炉膛压力高高保护条件

这种设计在左侧炉膛压力较大波动时，可能触发左侧高高1和左侧高高2同时高而误动，为提升安全性，可在炉膛右侧增加一个炉膛压力高高的开关，利用先并联，后串联的逻辑，提升安全性，如图4所示。

图4优化后的炉膛压力高高保护条件

2.2.3 对于TSI系统的保护，尽量避免使用TSI系统输出的开关量作为保护条件，而使用TSI系统输出的模拟量信号在DCS中判断进行保护。例如原设计逻辑为给水泵汽轮机轴承振动和轴向位移信号都送到同一个TSI机柜中处理，在TSI卡件里做逻辑判断，判断该单点高于定值3S后，跳闸给水泵汽机。这种组态存在TSI隐含设置不明而误跳闸小机的风险。可以利用TSI所测量得到的振动和位移模拟量信号，在DCS中组态保护逻辑，小机侧四个振动点在质量判断之后，进行选择判断（四个振动测点中同时有两个测点高于高1值，并同时有一点高于高2值）延时3S ，跳闸小机。这样可有效防止因TSI系统中一些隐含设置不合理导致的保护误动。

2.2.4 对于温度高的保护，一般情况下，保护逻辑中会做坏点剔除的逻辑，以防止保护误动，如图5所示；

图5 仅设计了坏点剔除逻辑的温度保护

考虑到真实环境中温度的变化不会出现跳变的情况，可以在温度保护中加入速率变化的判断，以提升温度保护逻辑的容错能力。如图6所示，在某风机轴承温度高保护的逻辑中增加了如下几条速率判断条件：1）温度大幅跳变，该逻辑设计为大于5℃/s时，触发RS触发器置位条件，让温度保护条件失效。2）温度小幅来回跳变，该设计为向高值变化超过1.8℃/s时，持续2s，发出20s脉冲，如果20s内又向低值变化超过 1.8℃/s时，触发RS触发器置位条件，让温度保护条件失效。3）该温度在低于定值时，变化值小于0.8℃/s，持续60s，触发RS触发器复位条件，该保护恢复功能。