張立剛

（中國電建集團(tuán)河北工程有限公司，石家莊 050000）

發(fā)電廠熱工溫度保護(hù)系統(tǒng)起源于早期的電力產(chǎn)業(yè)，當(dāng)時(shí)為防止設(shè)備過熱和損害，工程師們設(shè)計(jì)了初步的保護(hù)機(jī)制。隨著技術(shù)的進(jìn)步，系統(tǒng)逐漸從簡單的手動(dòng)操作轉(zhuǎn)向自動(dòng)化、智能化。近年來，由于發(fā)電廠規(guī)模的擴(kuò)大和設(shè)備復(fù)雜性的增加，熱工溫度保護(hù)系統(tǒng)在發(fā)電廠運(yùn)行中的角色變得越來越重要。發(fā)電廠溫度保護(hù)一般分為電氣設(shè)備溫度保護(hù)、工藝設(shè)備溫度保護(hù)、旋轉(zhuǎn)設(shè)備溫度保護(hù)等。電氣設(shè)備溫度保護(hù)包括線圈溫度保護(hù)、絕緣油溫度保護(hù)、線路表面溫度保護(hù)等；工藝設(shè)備溫度保護(hù)包括爐膛溫度保護(hù)、水冷壁溫度保護(hù)、空預(yù)器溫度保護(hù)等；旋轉(zhuǎn)設(shè)備溫度保護(hù)包括軸承溫度保護(hù)、軸瓦溫度保護(hù)、殼體溫度保護(hù)等。

1 發(fā)電廠熱工溫度保護(hù)的概述

1.1 概述

發(fā)電廠熱工溫度保護(hù)作為發(fā)電廠運(yùn)行中的重要環(huán)節(jié)，其主要功能是確保發(fā)電廠設(shè)備在安全的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行，防止因超溫而導(dǎo)致設(shè)備損壞或出現(xiàn)事故。在熱工溫度保護(hù)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中，誤動(dòng)與拒動(dòng)是2 種常見的異?，F(xiàn)象。誤動(dòng)是指在無須熱工溫度保護(hù)動(dòng)作的情況下，熱工溫度保護(hù)系統(tǒng)仍然起作用；而拒動(dòng)則是在需要熱工溫度保護(hù)介入時(shí)，系統(tǒng)未能正確響應(yīng)。兩者都可能導(dǎo)致設(shè)備的非正常停機(jī)或運(yùn)行，影響發(fā)電廠的安全與穩(wěn)定。

溫度傳感器是一種用于檢測和測量物體溫度的傳感器。其可以將溫度轉(zhuǎn)換為電信號，以便進(jìn)行測量和控制。溫度傳感器可以用于各種應(yīng)用，如工業(yè)控制、家用電器、醫(yī)療設(shè)備等。發(fā)電廠常見的溫度傳感器包括熱敏電阻、熱電偶、紅外傳感器等。發(fā)電廠溫度保護(hù)傳感器一般有雙金屬溫度計(jì)、彈簧管溫度計(jì)、熱電阻和熱電偶等。

1.2 誤動(dòng)與拒動(dòng)作用原理

發(fā)電廠熱工溫度保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是監(jiān)測設(shè)備的溫度并在超出安全范圍時(shí)采取措施。誤動(dòng)和拒動(dòng)是評估熱工溫度保護(hù)系統(tǒng)性能的關(guān)鍵參數(shù)。誤動(dòng)指熱工溫度保護(hù)系統(tǒng)在溫度仍處于安全范圍內(nèi)時(shí)錯(cuò)誤地觸發(fā)保護(hù)措施，可能因?yàn)橄到y(tǒng)故障、傳感器誤讀或其他外部因素。相對而言，拒動(dòng)是在超出安全溫度范圍時(shí)，系統(tǒng)未能觸發(fā)必要的保護(hù)措施，可能由于系統(tǒng)響應(yīng)延遲、傳感器故障或保護(hù)邏輯錯(cuò)誤。明確理解和區(qū)分這2 種現(xiàn)象對于保障發(fā)電廠的穩(wěn)定運(yùn)行和提高熱控系統(tǒng)的準(zhǔn)確性具有重要意義。

2 發(fā)電廠熱工溫度保護(hù)誤動(dòng)原因分析

2.1 傳感器誤差或故障

傳感器在熱工溫度保護(hù)系統(tǒng)中負(fù)責(zé)監(jiān)測發(fā)電廠設(shè)備的溫度并提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。當(dāng)傳感器出現(xiàn)誤差或故障時(shí)，其提供的數(shù)據(jù)可能偏離實(shí)際溫度，導(dǎo)致誤動(dòng)。具體而言，傳感器的誤差可以表述為

式中：ΔT為傳感器誤差，Tmeasured為傳感器測得的溫度，而Tactual為實(shí)際溫度。當(dāng)ΔT超出特定閾值時(shí)，可能導(dǎo)致熱工溫度保護(hù)系統(tǒng)誤判。

傳感器故障可能是由于多種原因，包括材料疲勞、長時(shí)間的環(huán)境暴露或電氣干擾造成的。當(dāng)傳感器失效或輸出不穩(wěn)定時(shí)，系統(tǒng)可能在不需要的情況下啟動(dòng)保護(hù)措施，或在實(shí)際超溫時(shí)未能觸發(fā)保護(hù)，都將給發(fā)電廠的穩(wěn)定運(yùn)行帶來威脅。因此，對傳感器的性能和狀態(tài)進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測是確保熱工溫度保護(hù)系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵。

2.2 軟件或硬件問題

發(fā)電廠熱工溫度保護(hù)系統(tǒng)涉及多個(gè)組件，包括軟件邏輯和硬件設(shè)備。任何組件的異常都可能導(dǎo)致整體系統(tǒng)的誤動(dòng)。

在軟件層面，可能存在編程錯(cuò)誤、算法不準(zhǔn)確或數(shù)據(jù)處理延遲等問題。考慮一個(gè)簡單的溫度控制算法，其輸出控制信號u（t）可以表示為

式中：e（t）為設(shè)備溫度與設(shè)定溫度的偏差，而Kp和Ki是控制器的比例和積分增益。如果軟件中Kp或Ki的值設(shè)置不當(dāng)，可能導(dǎo)致保護(hù)系統(tǒng)反應(yīng)過激或遲鈍，從而引發(fā)誤動(dòng)。

在硬件層面，可能面臨設(shè)備老化、電路中斷或接口不匹配等問題。例如，一個(gè)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）的轉(zhuǎn)換公式可以表示為

若轉(zhuǎn)換器中的電阻R由于老化或故障出現(xiàn)偏差，那么輸出電壓Vout將不準(zhǔn)確，進(jìn)而可能導(dǎo)致系統(tǒng)誤動(dòng)。

這些軟件和硬件問題的出現(xiàn)可能是多種因素的結(jié)果，從設(shè)計(jì)缺陷到制造缺陷，再到外部環(huán)境因素。對于發(fā)電廠運(yùn)營商來說，定期的檢查和維護(hù)，以及及時(shí)的系統(tǒng)升級，是確保熱工溫度保護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵措施。

2.3 外部干擾

發(fā)電廠熱工溫度保護(hù)系統(tǒng)在其運(yùn)行過程中，可能受到各種外部干擾，從而影響其正常功能和準(zhǔn)確性。這些干擾可以分為電磁干擾、機(jī)械振動(dòng)、溫度波動(dòng)等。

電磁干擾通常來自于發(fā)電廠內(nèi)部的其他電氣設(shè)備或外部的無線通信設(shè)備。當(dāng)這些干擾源產(chǎn)生的電磁場與熱工溫度保護(hù)系統(tǒng)中的電路或傳感器相互作用時(shí)，可能導(dǎo)致信號失真或噪聲增加。例如，電磁波的強(qiáng)度I在源與系統(tǒng)間的距離d的函數(shù)可表示為

式中：P為干擾源的功率。當(dāng)（Id）超過某個(gè)閾值，系統(tǒng)可能開始出現(xiàn)誤動(dòng)。

機(jī)械振動(dòng)和溫度波動(dòng)同樣能對傳感器和設(shè)備產(chǎn)生不良影響。持續(xù)的機(jī)械振動(dòng)可能導(dǎo)致設(shè)備的物理損壞或傳感器的誤讀，而溫度波動(dòng)可能使某些設(shè)備的工作參數(shù)偏離其標(biāo)準(zhǔn)值。為了減少外部干擾對熱工溫度保護(hù)系統(tǒng)的影響，發(fā)電廠應(yīng)當(dāng)采取隔離措施，確保系統(tǒng)的物理安全，并運(yùn)用高質(zhì)量的材料和設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)的魯棒性和抗干擾能力。

2.4 設(shè)備老化

隨著時(shí)間的推移，發(fā)電廠內(nèi)的設(shè)備和組件都會(huì)經(jīng)歷老化過程。設(shè)備老化可能涉及材料的物理變化、電子組件的性能衰退或化學(xué)成分的退化。這些變化可能逐漸降低設(shè)備的工作效率，減少其壽命，或?qū)е缕涔ぷ鲄?shù)偏離設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

考慮電阻元件，其阻值隨時(shí)間發(fā)生變化可以描述為

式中：R（t）為時(shí)間t時(shí)的電阻值，R0為初始電阻值，而α為描述電阻隨時(shí)間變化的系數(shù)。當(dāng)電阻值偏離預(yù)期范圍，可能影響整個(gè)電路的性能，進(jìn)一步引發(fā)熱工溫度保護(hù)系統(tǒng)的誤動(dòng)。

為了應(yīng)對設(shè)備老化帶來的挑戰(zhàn)，發(fā)電廠應(yīng)定期進(jìn)行設(shè)備檢查，評估其性能和狀態(tài)。適時(shí)地更換或修復(fù)老化的設(shè)備是確保熱工溫度保護(hù)系統(tǒng)持續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。

2.5 實(shí)際案例分析

2018 年，國家電網(wǎng)吉林分公司的一個(gè)主要發(fā)電站發(fā)生了熱工溫度保護(hù)誤動(dòng)事件。此發(fā)電站，位于吉林省的長春市，是該地區(qū)的關(guān)鍵電源之一。

事件發(fā)生時(shí)，保護(hù)系統(tǒng)錯(cuò)誤地檢測到了一個(gè)非常高的溫度讀數(shù)。經(jīng)過詳細(xì)調(diào)查，原因被追溯到了一個(gè)溫度傳感器的故障，該傳感器因?yàn)殚L時(shí)間的運(yùn)行和設(shè)備老化出現(xiàn)了偏差。盡管實(shí)際的設(shè)備溫度仍在正常范圍內(nèi)，但由于這個(gè)錯(cuò)誤讀數(shù)，保護(hù)系統(tǒng)啟動(dòng)了緊急關(guān)機(jī)程序。

這一事件導(dǎo)致了長春市及周邊地區(qū)持續(xù)了幾個(gè)小時(shí)的大規(guī)模停電，影響了數(shù)十萬居民。事后，國家電網(wǎng)公司對該事件進(jìn)行了徹底調(diào)查，針對發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行了整改，并加強(qiáng)了對其他關(guān)鍵設(shè)備的維護(hù)和監(jiān)測。

此案例表明，即使在先進(jìn)的、大型的發(fā)電系統(tǒng)中，一個(gè)簡單的設(shè)備老化或故障也可能導(dǎo)致重大的后果。為此，強(qiáng)化日常維護(hù)和監(jiān)測，確保每一個(gè)組件的穩(wěn)定性和可靠性，對于確保整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行至關(guān)重要。

3 發(fā)電廠熱工溫度保護(hù)拒動(dòng)原因分析

3.1 保護(hù)邏輯或設(shè)置錯(cuò)誤

發(fā)電廠熱工溫度保護(hù)系統(tǒng)的核心在于其保護(hù)邏輯和相關(guān)設(shè)置。這些邏輯和設(shè)置決定了當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)，系統(tǒng)如何響應(yīng)。但當(dāng)保護(hù)邏輯或設(shè)置存在錯(cuò)誤時(shí)，即使實(shí)際工況正常，也可能觸發(fā)拒動(dòng)。

考慮一個(gè)簡單的保護(hù)邏輯，設(shè)備的工作溫度T與閾值Tmax和Tmin的關(guān)系可描述為

當(dāng)實(shí)際溫度T超出這個(gè)范圍時(shí)，保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)觸發(fā)相應(yīng)的措施。然而，如果Tmax和Tmin的設(shè)置過于接近或者錯(cuò)誤，那么正常工況下的溫度波動(dòng)就可能導(dǎo)致拒動(dòng)。

再者，復(fù)雜的保護(hù)邏輯可能涉及多個(gè)參數(shù)和關(guān)系，如

式中：P為其他相關(guān)的參數(shù)，如壓力，而β 和γ 為相關(guān)系數(shù)。如果系數(shù)設(shè)置不當(dāng)或者基于錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，那么整個(gè)保護(hù)邏輯的輸出可能不準(zhǔn)確，導(dǎo)致拒動(dòng)。

為了確保發(fā)電廠熱工溫度保護(hù)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性，必須對保護(hù)邏輯和相關(guān)設(shè)置進(jìn)行嚴(yán)格校驗(yàn)和測試。

3.2 傳感器響應(yīng)延遲或不靈敏

發(fā)電廠熱工溫度保護(hù)系統(tǒng)依賴于傳感器提供的即時(shí)和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)來進(jìn)行判斷與操作。傳感器響應(yīng)的延遲或其靈敏度的減弱都可能影響到整體系統(tǒng)的決策能力和效率。

響應(yīng)延遲指的是傳感器檢測到參數(shù)變化到輸出相應(yīng)信號所需的時(shí)間。例如，當(dāng)一個(gè)設(shè)備的溫度突然升高時(shí)，如果傳感器不能迅速反應(yīng)并及時(shí)傳輸這一信息到保護(hù)系統(tǒng)，可能導(dǎo)致系統(tǒng)未能在關(guān)鍵時(shí)刻做出正確的保護(hù)決策。

而傳感器的靈敏度是指其對待測參數(shù)變化的檢測能力。隨著使用時(shí)間的增加或者外部環(huán)境的影響，傳感器的靈敏度可能會(huì)降低。在此情況下，即使設(shè)備參數(shù)存在輕微的異常，傳感器也可能無法準(zhǔn)確檢測。

這2 種情況都可能導(dǎo)致熱工溫度保護(hù)系統(tǒng)在需要采取措施時(shí)產(chǎn)生拒動(dòng)。為確保系統(tǒng)的高效運(yùn)行，應(yīng)定期對傳感器進(jìn)行檢測、維護(hù)和校準(zhǔn)。

3.3 通信中斷或延時(shí)

發(fā)電廠熱工溫度保護(hù)系統(tǒng)的操作依賴于各組件間的信息交流。通信鏈路的穩(wěn)定性與效率在此過程中扮演關(guān)鍵角色。通信中斷或延時(shí)可以導(dǎo)致關(guān)鍵數(shù)據(jù)未能及時(shí)傳遞到?jīng)Q策模塊，從而干擾系統(tǒng)的決策準(zhǔn)確性和響應(yīng)時(shí)效性。

考慮系統(tǒng)的通信模型，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延Δt可以被描述為

式中：d為數(shù)據(jù)量，α 為與數(shù)據(jù)量成正比的傳輸系數(shù)，而β為固定的通信延遲，包括硬件處理和傳輸介質(zhì)的延遲。

當(dāng)Δt超出一個(gè)預(yù)定的閾值，其可能被定義為通信延時(shí)；當(dāng)Δt無限增大時(shí)，其被視為通信中斷。

通過分析上述模型，可以得出，數(shù)據(jù)量d的增加或傳輸系數(shù)α 的不穩(wěn)定都可能是通信延時(shí)的因素。另外，硬件故障或外部干擾可能增加β，導(dǎo)致通信延時(shí)或中斷。

因此，對通信鏈路的維護(hù)和優(yōu)化，選擇適當(dāng)?shù)耐ㄐ艆f(xié)議，以及定期的通信測試，都是降低通信中斷或延時(shí)風(fēng)險(xiǎn)的措施。

3.4 電源問題

發(fā)電廠熱工溫度保護(hù)系統(tǒng)中，電源的穩(wěn)定供應(yīng)對于整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行至關(guān)重要。電源問題可能導(dǎo)致保護(hù)系統(tǒng)的不穩(wěn)定、失效或錯(cuò)誤操作，進(jìn)而增加發(fā)電廠設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)。電源問題主要可歸因于以下幾點(diǎn)。

1）電源波動(dòng)：電壓的短暫或長時(shí)間的波動(dòng)可能會(huì)對熱工溫度保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行造成干擾。當(dāng)電壓下降或上升超出系統(tǒng)的工作范圍時(shí)，系統(tǒng)可能無法正常工作或產(chǎn)生錯(cuò)誤。

2）電源中斷：短暫的電源中斷可以導(dǎo)致系統(tǒng)重啟，而長時(shí)間的電源中斷可能導(dǎo)致系統(tǒng)完全失效。在這種情況下，備用電源的可用性和及時(shí)切換變得尤為關(guān)鍵。

3）電源噪聲：來自其他設(shè)備或系統(tǒng)的電源噪聲可能會(huì)干擾熱工溫度保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行，使其誤讀或漏讀關(guān)鍵信息。

4）電源質(zhì)量：電源的質(zhì)量直接影響到系統(tǒng)的壽命和穩(wěn)定性。不純凈或不穩(wěn)定的電源可能會(huì)加速系統(tǒng)部件的老化，并增加系統(tǒng)故障的風(fēng)險(xiǎn)。

為確保發(fā)電廠熱工溫度保護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，對電源系統(tǒng)的監(jiān)控、維護(hù)和優(yōu)化是必要的。確保電源穩(wěn)定、純凈且無干擾，這對提高系統(tǒng)的可靠性和延長其使用壽命具有關(guān)鍵作用。

3.5 實(shí)際案例分析

在浙江溫州的溫州發(fā)電廠中，2020 年冬季發(fā)生了一起由熱工溫度保護(hù)系統(tǒng)故障導(dǎo)致的設(shè)備停機(jī)事件。這一事件持續(xù)了約3 h，造成了發(fā)電廠損失的電力產(chǎn)出。

事件的經(jīng)過如下。當(dāng)天早上，溫州發(fā)電廠的控制室突然收到熱工溫度保護(hù)系統(tǒng)的報(bào)警信號，隨后系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)了緊急停機(jī)程序。初步檢查并未發(fā)現(xiàn)機(jī)器過熱或其他顯著的故障跡象。經(jīng)過詳細(xì)調(diào)查，技術(shù)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)關(guān)鍵傳感器的表面沾染了大量的灰塵和雜質(zhì)，這導(dǎo)致其無法準(zhǔn)確地讀取溫度數(shù)據(jù)。進(jìn)一步檢測顯示，這個(gè)傳感器在某些特定溫度下會(huì)顯示出遠(yuǎn)高于實(shí)際溫度的讀數(shù)，這個(gè)錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)使得熱工溫度保護(hù)系統(tǒng)誤判并啟動(dòng)了緊急停機(jī)。在識(shí)別了問題根源后，發(fā)電廠技術(shù)團(tuán)隊(duì)對傳感器進(jìn)行了清洗和校準(zhǔn)，并將其重新納入系統(tǒng)。為了預(yù)防此類事件，溫州發(fā)電廠決定加大對設(shè)備的定期檢查頻率，強(qiáng)化傳感器的清潔和校準(zhǔn)工作，并提高了對熱工溫度保護(hù)系統(tǒng)的監(jiān)控力度。這一事件為電力行業(yè)提供了一個(gè)寶貴的教訓(xùn)，突顯了對熱工溫度保護(hù)系統(tǒng)定期維護(hù)和監(jiān)測的重要性，以確保其長期的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

4 技術(shù)措施

4.1 采用技術(shù)可靠且成熟的熱工溫度元件

技術(shù)成熟的溫度元件可以提高溫度采集的精度和可靠性，從而降低了溫度保護(hù)系統(tǒng)的拒動(dòng)和誤動(dòng)情形的發(fā)生概率，在根本上提高了系統(tǒng)的整體可靠性和安全性。

4.2 適度采用冗余設(shè)計(jì)策略

溫度采集可以采取多點(diǎn)并列的采集方式，提高溫度數(shù)據(jù)采集的正確率；重要測點(diǎn)的測量通道應(yīng)布置在不同的卡件以分散危險(xiǎn)，提高其可靠性；控制環(huán)節(jié)也同樣采取冗余設(shè)計(jì)，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析和判斷，從根源上消除拒動(dòng)和誤動(dòng)發(fā)生的因素，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體高可靠性。

4.3 優(yōu)化溫度保護(hù)的邏輯組態(tài)

確保邏輯正確，沒有死循環(huán)，提高保護(hù)系統(tǒng)的可靠性、安全性，降低熱控保護(hù)系統(tǒng)的誤動(dòng)、拒動(dòng)率。

4.4 增強(qiáng)溫度保護(hù)系統(tǒng)的硬件質(zhì)量和軟件質(zhì)量

增加自診斷功能。使溫度保護(hù)系統(tǒng)具備提前預(yù)防、軟化故障的作用。

4.5 嚴(yán)格控制溫度保護(hù)系統(tǒng)的工作環(huán)境條件

溫度、濕度、灰塵及振動(dòng)對熱控電子設(shè)備有十分大的影響。保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備工作環(huán)境要求較高，嚴(yán)格控制保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備的工作環(huán)境條件，對提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性有著十分重要的作用。

4.6 提高和改善熱控就地設(shè)備的工作環(huán)境條件

改善設(shè)備的工作環(huán)境，如：就地設(shè)備接線盒盡量密封防雨、防潮、防腐蝕；就地設(shè)備盡量遠(yuǎn)離熱源、輻射、干擾。嚴(yán)格控制電子間的環(huán)境條件，可以延長熱控設(shè)備的使用壽命，并且可以提高系統(tǒng)工作的可靠性。就地設(shè)備（如變送器、過程開關(guān)等）盡量安裝在儀表柜內(nèi)，必要時(shí)對取樣管和柜內(nèi)采取防凍伴熱等措施。

5 結(jié)束語

綜上所述，發(fā)電廠熱工溫度保護(hù)的誤動(dòng)與拒動(dòng)問題是復(fù)雜且多面的，涉及傳感器誤差、硬件與軟件的問題、外部干擾、設(shè)備老化、保護(hù)邏輯或設(shè)置的不當(dāng)，以及通信的中斷或延時(shí)等多個(gè)方面。各種因素可能單獨(dú)或聯(lián)合導(dǎo)致保護(hù)系統(tǒng)的不正常行為。通過對具體案例，如浙江溫州發(fā)電廠熱工溫度保護(hù)系統(tǒng)故障的深入分析，可以更好地認(rèn)識(shí)和理解這些問題，為發(fā)電廠提供更為準(zhǔn)確和高效的解決方案。隨著技術(shù)的發(fā)展，對于發(fā)電廠熱工溫度保護(hù)的研究將更加深入，以期更好地滿足電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和高效運(yùn)行的需求。