李 銳

（國能錦界能源有限責(zé)任公司，陜西 神木 719319）

近年來，隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)生產(chǎn)對(duì)電力需求越來越大。為了滿足日益增大的電力需求，火電廠不斷增加裝機(jī)容量，同時(shí)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)也不斷增加。在這樣的背景下，熱控系統(tǒng)成為了火電機(jī)組的重要組成部分。熱控系統(tǒng)可以在主、輔設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，采取相應(yīng)的保護(hù)措施，防止引發(fā)更大的故障或給機(jī)組人員的人身安全帶來傷害，對(duì)于提高機(jī)組安全運(yùn)行具有重要的作用。由于火電廠的運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，熱控系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，會(huì)受多種因素影響出現(xiàn)故障，從而出現(xiàn)保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)，導(dǎo)致機(jī)組設(shè)備停機(jī)或損壞。因此，提高火電廠熱控系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，減少非停次數(shù)，對(duì)于促進(jìn)火電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的意義。

1 火電廠熱控系統(tǒng)的主要構(gòu)成

當(dāng)前火電廠的熱控系統(tǒng)主要是利用DCS 系統(tǒng)對(duì)汽輪機(jī)、各類儀表、鍋爐裝置，以及相關(guān)的介質(zhì)管道等進(jìn)行自動(dòng)控制。DCS 系統(tǒng)根據(jù)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行要求，采用分級(jí)子系統(tǒng)的形式對(duì)火電廠的設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化控制，確?；痣姍C(jī)組安全運(yùn)行，其主要分為現(xiàn)場控制單元和操作站單元。在現(xiàn)場控制單元中，各個(gè)支路和總線的物理連接是通過插板箱來實(shí)現(xiàn)的，這樣也就實(shí)現(xiàn)了子系統(tǒng)和控制中心的信息通信?，F(xiàn)場控制單元中的微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)根據(jù)火電廠設(shè)備運(yùn)行的實(shí)際需求，配置相應(yīng)的CPU 插件、二次回路電源、I/0 輸入輸出接口插件、通信插件等。操作站單元主要用來提供人機(jī)交互操作接口和顯示子系統(tǒng)單元設(shè)備的運(yùn)行狀況，并顯示其運(yùn)行數(shù)據(jù)。設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的調(diào)整、設(shè)備工況報(bào)表的打印，以及異常工況的預(yù)警等都需要利用操作站來完成。

2 火電廠熱控系統(tǒng)主要故障

2.1 熱控元件故障

熱控元件故障除了元件本身的質(zhì)量不達(dá)標(biāo)外，外部環(huán)境干擾也有可能引發(fā)熱控元件故障，導(dǎo)致系統(tǒng)保護(hù)誤動(dòng)，影響設(shè)備安全及機(jī)組運(yùn)行。比如，在汽輪機(jī)組的控制單元中，為防止汽輪機(jī)超速運(yùn)轉(zhuǎn)，通常用測(cè)量儀表來測(cè)量汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速及壓力數(shù)據(jù)，但如果儀表受到外界信號(hào)干擾的話，其感應(yīng)示數(shù)的靈敏度就會(huì)受到影響，回傳的檢測(cè)信息就會(huì)失真，有可能導(dǎo)致汽輪機(jī)組出現(xiàn)拒動(dòng)或誤動(dòng)[1]。此外，熱控元件還可能由于安裝不當(dāng)或者長期運(yùn)行更換不及時(shí)出現(xiàn)老化情況，導(dǎo)致誤動(dòng)或拒動(dòng)。某火電廠機(jī)組在運(yùn)行中出現(xiàn)軸承振動(dòng)保護(hù)裝置動(dòng)作，導(dǎo)致機(jī)組跳閘。經(jīng)熱控人員檢查發(fā)現(xiàn)，由于一個(gè)高壓調(diào)門反饋裝置安裝不牢，使反饋出現(xiàn)失靈情況，導(dǎo)致該側(cè)的調(diào)門出現(xiàn)突然關(guān)閉。這樣的話，汽輪機(jī)兩側(cè)的配汽出現(xiàn)不均衡，導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)。

2.2 電源故障

隨著火電廠熱控系統(tǒng)的發(fā)展，其自動(dòng)化程度也越來越高，同時(shí)系統(tǒng)對(duì)電源也提出了更高的要求。熱控系統(tǒng)電源故障主要是由于電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng)、機(jī)組超負(fù)荷運(yùn)行以及UPS 容量不足等導(dǎo)致的，一旦出現(xiàn)電源故障，就有可能導(dǎo)致機(jī)組跳閘、設(shè)備拒動(dòng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)全開或全關(guān)等，嚴(yán)重的話可能會(huì)導(dǎo)致主、輔設(shè)備損壞。某電廠1 號(hào)機(jī)組在運(yùn)行中突然出現(xiàn)火檢柜失電報(bào)警故障，之后鍋爐MFT，機(jī)組的負(fù)荷開始由237MW 快速下降到40MW，主汽溫度降幅過大導(dǎo)致汽機(jī)跳閘。檢修人員對(duì)設(shè)備檢查后發(fā)現(xiàn)，機(jī)組火檢柜內(nèi)的C 組煤火檢失電，電源開關(guān)處于跳閘位，進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)是開關(guān)所帶的油火檢變壓器故障。此故障導(dǎo)致開關(guān)跳閘，致使機(jī)組停運(yùn)。

2.3 外部環(huán)境導(dǎo)致的故障

由于火電廠運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，在長期運(yùn)行中，電纜會(huì)由于外部環(huán)境影響出現(xiàn)絕緣老化、破損、電纜盒進(jìn)水等情況，導(dǎo)致電纜斷路或短路，出現(xiàn)信號(hào)干擾情況。比如，電纜槽盒進(jìn)水會(huì)導(dǎo)致信號(hào)線短接，從而引起設(shè)備誤動(dòng)。接線過程中的連接不牢靠、虛接等也會(huì)導(dǎo)致信號(hào)干擾、誤動(dòng)等情況?；痣姀S的軸瓦溫度保護(hù)測(cè)點(diǎn)通常選用熱電阻，熱電阻虛接或螺栓松動(dòng)會(huì)出現(xiàn)阻值增加的情況，系統(tǒng)的同步輸出也會(huì)增加，導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)[2]。在實(shí)際應(yīng)用中，有的火電廠為了保護(hù)重要設(shè)備，采用反邏輯的拒動(dòng)保護(hù)。比如，有的火電廠在汽輪機(jī)超速保護(hù)中，常用“1”作為系統(tǒng)正常的信號(hào)，“0”作為保護(hù)動(dòng)作的信號(hào)，但如果接線出現(xiàn)松動(dòng)情況會(huì)導(dǎo)致信號(hào)出現(xiàn)斷路，造成保護(hù)動(dòng)作停機(jī)。

2.4 保護(hù)邏輯故障

保護(hù)邏輯是熱控系統(tǒng)正常運(yùn)行的核心基礎(chǔ)，其設(shè)計(jì)合理與否對(duì)于系統(tǒng)的可靠性有重要的影響，邏輯設(shè)計(jì)不當(dāng)或控制邏輯不完善時(shí)會(huì)增加系統(tǒng)的誤動(dòng)或拒動(dòng)率。在火電廠中，熱控保護(hù)聯(lián)鎖系統(tǒng)的觸發(fā)信號(hào)多采用單點(diǎn)測(cè)量，缺乏相應(yīng)的邏輯容錯(cuò)措施，而這些單點(diǎn)測(cè)量的設(shè)備元件易受外部環(huán)境（接線松動(dòng)、開關(guān)接觸不良、電磁輻射等）影響，導(dǎo)致單點(diǎn)信號(hào)回路誤動(dòng)。熱控單點(diǎn)信號(hào)保護(hù)回路誤動(dòng)很多情況下是由于開關(guān)接觸不良、擋板卡澀等原因?qū)е碌?。某火電廠3 號(hào)機(jī)組沖管初期，出現(xiàn)送風(fēng)機(jī)C 跳閘故障，通過對(duì)報(bào)警記錄以及歷史曲線的檢查，發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)軸承溫度有大幅度的跳變情況。檢修人員通過進(jìn)一步檢查，發(fā)現(xiàn)故障的原因是就地接線盒處的電纜屏蔽層有毛刺，和金屬電纜套管接觸后導(dǎo)致出現(xiàn)兩點(diǎn)接地情況，從而引起跳閘。

3 提高火電廠熱控系統(tǒng)可靠性技術(shù)措施

3.1 優(yōu)選硬件設(shè)備

隨著熱控技術(shù)的不斷成熟，其自動(dòng)化程度越來越高，對(duì)硬件設(shè)備也提出了更高要求。一些火電廠重視重要設(shè)備的采購，而對(duì)一些相對(duì)不重要的設(shè)備不重視。實(shí)際上，在熱控系統(tǒng)設(shè)備中，尤其是一些現(xiàn)場設(shè)備元件，往往是看似不重要的元件最容易出問題，從而引發(fā)更大故障。近年來，熱控系統(tǒng)在火電廠的熱力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，系統(tǒng)設(shè)備之間既相互聯(lián)系，又相互影響，系統(tǒng)中的某一個(gè)設(shè)備元件發(fā)生故障都有可能給機(jī)組的安全運(yùn)行帶來威脅。因此，提高熱控系統(tǒng)的可靠性，需要確保硬件設(shè)備質(zhì)量可靠，只有這樣才能滿足機(jī)組運(yùn)行要求，降低系統(tǒng)的故障發(fā)生率。在設(shè)備元件的選擇上，要根據(jù)系統(tǒng)對(duì)不同設(shè)備的可靠性要求，設(shè)備元件的提供商售后服務(wù)質(zhì)量等選擇相應(yīng)的設(shè)備，一是確保系統(tǒng)穩(wěn)定性，二是減少企業(yè)的成本投入[3]。購置資金充裕的話，要選用以往運(yùn)行狀況良好的設(shè)備元件，提高熱控系統(tǒng)的穩(wěn)定性。根據(jù)設(shè)備元件更換臺(tái)賬進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)于一些在運(yùn)行中損耗較大，易出故障的元件，要準(zhǔn)備好備件。

3.2 加強(qiáng)軟件設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方面，一是要提高軟件的自診斷能力，二是要采用冗余設(shè)計(jì)。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，某一個(gè)控制柜發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)能夠及時(shí)報(bào)警，并能采取相應(yīng)的處理措施[4]。對(duì)于一些強(qiáng)制過的保護(hù)，要確保利用系統(tǒng)軟件能快速查找出來，防止人為疏忽而忘記恢復(fù)保護(hù)項(xiàng)目，造成設(shè)備元件存在安全隱患。火電廠要在電源、通信模件等方面采用冗余設(shè)計(jì)，尤其是電源系統(tǒng)要進(jìn)行科學(xué)冗余設(shè)計(jì)。熱控系統(tǒng)需要有兩路獨(dú)立供電電源，如果一路是UPS，一路是保安電源供電，需要配置一臺(tái)穩(wěn)壓器，正常運(yùn)行采用UPS 供電。在控制裝置的電源配置方面，獨(dú)立子系統(tǒng)要配置兩路自動(dòng)切換且不對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾的電源。控制柜內(nèi)的冗余電源要安裝監(jiān)視系統(tǒng)，當(dāng)一路電源出現(xiàn)故障切換到另一路時(shí)，熱控人員能及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障電源，采取相應(yīng)處理措施。重要的熱工信號(hào)也需要采取相應(yīng)的冗余設(shè)計(jì)，以便對(duì)取樣點(diǎn)信號(hào)進(jìn)行監(jiān)控。重要測(cè)點(diǎn)的測(cè)量通道要分布在不同的卡件上，采用多點(diǎn)獨(dú)立方法取樣，提高取樣可靠性?？傊?，通過提升軟件自診斷能力，做好冗余設(shè)計(jì)，可以讓熱控人員快速發(fā)現(xiàn)并排除故障，確保機(jī)組安全運(yùn)行。

3.3 改善運(yùn)行環(huán)境

外部運(yùn)行環(huán)境對(duì)設(shè)備元件的影響較大，相同的設(shè)備元件在不同環(huán)境條件下，可靠性也有較大差異?；痣姀S的運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，溫濕度、灰塵、振動(dòng)等都易導(dǎo)致設(shè)備元件發(fā)生故障。比如，電阻、電容的失效率和外界溫度密切相關(guān)。當(dāng)外界溫度每升高10℃，電阻、電容的失效率就會(huì)增加一倍[5]。電子間的溫濕度把控要嚴(yán)格按照操作規(guī)程，溫度不高于30℃，過高的話會(huì)導(dǎo)致一些元件燒毀，夏季要采用風(fēng)扇、空調(diào)降溫，濕度建議在45%左右，濕度過大可能會(huì)引起元件短路，而運(yùn)行環(huán)境過于干燥的話會(huì)有靜電，元件有可能被擊穿。改善熱控設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境，就地設(shè)備的接線盒采取防潮、防腐蝕措施，同時(shí)要遠(yuǎn)離熱源，取樣管和儀表柜要采取散熱、防凍措施。定期對(duì)就地設(shè)備進(jìn)行清掃，減少灰塵，提高設(shè)備元件的使用壽命。

3.4 優(yōu)化熱控邏輯

為了防止單個(gè)設(shè)備元件故障或者是控制邏輯設(shè)計(jì)不當(dāng)導(dǎo)致的系統(tǒng)拒動(dòng)或誤動(dòng)，需要對(duì)運(yùn)行機(jī)組進(jìn)行容錯(cuò)邏輯設(shè)計(jì)。針對(duì)實(shí)際運(yùn)行過程中易出現(xiàn)故障的元件，采取相應(yīng)的邏輯容錯(cuò)設(shè)計(jì)，降低控制邏輯的誤動(dòng)作[6]。具體的優(yōu)化需要根據(jù)熱控信號(hào)取樣點(diǎn)進(jìn)行反復(fù)論證，對(duì)控制系統(tǒng)的硬件、定值進(jìn)行科學(xué)評(píng)估，重點(diǎn)對(duì)設(shè)備安全有較大影響的熱控保護(hù)邏輯進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)于單點(diǎn)信號(hào)保護(hù)邏輯，如果條件允許的話，可以優(yōu)化為三取二選擇邏輯，測(cè)點(diǎn)發(fā)生故障后要及時(shí)退出保護(hù)，防止設(shè)備誤動(dòng)。如果單點(diǎn)信號(hào)狀態(tài)無法改變，在保證安全的基礎(chǔ)上，可將保護(hù)動(dòng)作改為報(bào)警。某電廠送風(fēng)機(jī)采用單點(diǎn)信號(hào)，可靠性差，在進(jìn)行控制邏輯優(yōu)化前，2016 年因測(cè)量信號(hào)不可靠造成機(jī)組跳閘兩次，影響機(jī)組安全運(yùn)行。電廠根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，將送風(fēng)機(jī)順序側(cè)控制邏輯改為三取二表決風(fēng)機(jī)停狀態(tài)，優(yōu)化后的控制邏輯如圖1所示。送風(fēng)機(jī)控制邏輯優(yōu)化后，從2017 年至2019 年，除一次因元件磨損出現(xiàn)的非停外，運(yùn)行兩年時(shí)間內(nèi)未發(fā)生因控制邏輯不當(dāng)造成的非停情況。

圖1 某電廠送風(fēng)機(jī)全?？刂七壿婩ig.1 Control logic for full stop of the supply fan in a power plant

3.5 做好檢修維護(hù)

做好日常的檢修維護(hù)工作能及時(shí)消除設(shè)備元件的不安全狀態(tài)，做到防患于未然，讓設(shè)備元件處于良好的工作狀況，提高熱控系統(tǒng)的穩(wěn)定性。停機(jī)檢修時(shí)，重點(diǎn)排查易發(fā)生故障部位，加強(qiáng)對(duì)一次元件的檢查，查看接線部位有無松動(dòng)、虛接等情況，端子有無松動(dòng)情況等。對(duì)于處于運(yùn)行環(huán)境粉塵較多的設(shè)備元件進(jìn)行清掃，并安裝隔塵罩。檢查熱電偶或熱電阻接線情況，有無松動(dòng)或斷路。檢查軸承軸向振動(dòng)值是不是在正常范圍內(nèi)，軸承油封的密封情況是否良好。檢查電纜絕緣是不是良好，有無破損情況，插頭有無松動(dòng)，重點(diǎn)檢查電纜接頭、公用線環(huán)路連接等情況。檢查電源是否良好，電壓穩(wěn)定度、頻率穩(wěn)定度是否達(dá)標(biāo)，及時(shí)更換電源。定期對(duì)熱控測(cè)量儀表進(jìn)行校驗(yàn)，可利用在線狀態(tài)核對(duì)方式對(duì)儀表進(jìn)行檢查，再對(duì)零點(diǎn)和運(yùn)行點(diǎn)核對(duì)不達(dá)標(biāo)的單體儀表進(jìn)行校準(zhǔn)。檢修完成后，在機(jī)組啟動(dòng)前，要對(duì)熱控系統(tǒng)進(jìn)行全面地檢查和試驗(yàn)，確保各項(xiàng)指標(biāo)能夠達(dá)到運(yùn)行要求。

3.6 加強(qiáng)日常管理

做好熱控系統(tǒng)與設(shè)備的質(zhì)量管理工作。對(duì)于新建的機(jī)組，要重點(diǎn)對(duì)熱控裝置的安裝、調(diào)試、邏輯控制等進(jìn)行管理，降低因安裝不當(dāng)、邏輯不當(dāng)?shù)仍斐傻陌踩[患。在機(jī)組運(yùn)行過程中，要重點(diǎn)評(píng)估保護(hù)信號(hào)的取信方式、設(shè)備元件的運(yùn)行狀態(tài)、檢修維護(hù)質(zhì)量等，了解設(shè)備元件的變化趨勢(shì)，在掌握其微觀變化的基礎(chǔ)上，判斷其安全程度，采取必要的預(yù)防措施[7]，制定DCS 故障應(yīng)急處理預(yù)案。目前，國內(nèi)多數(shù)火電廠熱力系統(tǒng)均采用DCS 控制。由于DCS 生產(chǎn)廠家不同，產(chǎn)品的質(zhì)量也有較大差別，加上運(yùn)行環(huán)境的影響，DCS 故障仍時(shí)有發(fā)生，處理不當(dāng)會(huì)引發(fā)更大事故。因此，火電廠應(yīng)該根據(jù)自己的實(shí)際情況，制定DCS 故障應(yīng)急預(yù)案，能夠?qū)CS 常見的故障處理進(jìn)行指導(dǎo)。在編寫好預(yù)案的基礎(chǔ)上，組織相關(guān)人員進(jìn)行演練，提高維護(hù)人員的故障處理能力。其次，做好技術(shù)培訓(xùn)工作。熱控系統(tǒng)涉及到的知識(shí)廣，而且技術(shù)發(fā)展更新比較快，因此只有加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)才能提高熱控人員的專業(yè)技術(shù)能力。開展關(guān)于檢修維護(hù)規(guī)程、常見故障排除技術(shù)等方面的培訓(xùn)，規(guī)范熱控人員的操作標(biāo)準(zhǔn)，提升其故障處理能力。

4 結(jié)束語

隨著國內(nèi)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，熱控系統(tǒng)越來越趨于自動(dòng)化、智能化，設(shè)備的可靠性越來越高，但由于火電廠環(huán)境復(fù)雜，設(shè)備不可避免發(fā)生故障。因此，需要從安裝、調(diào)試、運(yùn)行維護(hù)、檢修等環(huán)節(jié)做好質(zhì)量管理，杜絕人的不安全行為，消除設(shè)備的不安全狀態(tài)，減少機(jī)組非停次數(shù)，提高機(jī)組的運(yùn)行可靠性、穩(wěn)定性。