火力發(fā)電廠熱控保護系統(tǒng)完善

胡劍波

摘要

隨著火力發(fā)電廠的自動化水平不斷提高，熱工自動化、熱工保護涉及的范圍越來越廣。熱控專業(yè)設(shè)備引起的故障占據(jù)了火力發(fā)電廠機組非停、出力受阻、各類障礙的一定比例，需要對熱控保護設(shè)備進行持續(xù)改進、改造。本文描述近幾年收集到的由熱控設(shè)備引起的典型缺陷進行統(tǒng)計、歸類分析后，對提高熱控保護設(shè)備的可靠性進行改進、改造的成功案例。

【關(guān)鍵詞】有缺陷必有改進 持續(xù)學(xué)習(xí) 持續(xù)改進

火力發(fā)電廠熱控保護系統(tǒng)設(shè)備必須不斷改進，主動采取措施避免發(fā)生各類障礙、出力受阻、甚至非停和設(shè)備損壞。原因有以下幾個。

各種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)定的更新。原有系統(tǒng)和設(shè)備不再符合新標(biāo)準(zhǔn)、新規(guī)定。

系統(tǒng)和設(shè)備投產(chǎn)后現(xiàn)場的工況發(fā)生改變，在生產(chǎn)設(shè)計時考慮的工況不再符合現(xiàn)場實際情況，必須進行現(xiàn)場改進。

任何設(shè)備都有使用年限，熱控設(shè)備投產(chǎn)超過使用年限之后必須改造。

由于電力生產(chǎn)的特殊性，地域分布和人員水平不同，任何的產(chǎn)品并不是百分之百適應(yīng)每個電力生產(chǎn)現(xiàn)場，總有水土不服的現(xiàn)象，必須經(jīng)過現(xiàn)場改進、改造，才能和現(xiàn)場設(shè)備、工況完美匹配。

自動化技術(shù)發(fā)展迅速，新技術(shù)、新產(chǎn)品解決了以前存在的問題。

下面詳細說明各改造項目。

1 主機和輔機保護三取二改造

1.1 改造原因和依據(jù)——新的《二十五項反措》要求

某電廠4臺300MW機組均為20世紀(jì)90年代投產(chǎn)，在機組運行過程中，發(fā)生過數(shù)次因為單一測點誤發(fā)信號造成的保護誤動、非停、降出力事件。例如：發(fā)電機斷水保護的單一壓力開關(guān)誤動作造成非停;送風(fēng)機潤滑油壓力、喘振單一壓力開關(guān)誤動作造成送風(fēng)機跳閘;一次風(fēng)機油箱溫度單一測點誤動造成一次風(fēng)機跳閘。

當(dāng)時的《二十五項反措》中沒有關(guān)于主機、輔機保護必須采取“三取二原則”的規(guī)定，所以在投產(chǎn)時，許多保護是單點帶保護。2014年，國家能源局在新版《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求》中‘第9.4.3條要求：“所有重要的主、輔機保護都應(yīng)采用‘三取二的邏輯判斷方式，保護信號應(yīng)遵循從取樣點到輸入模件全程相對獨立的原則，確因系統(tǒng)原因測點數(shù)量不夠，應(yīng)有防保護誤動措施?！备鶕?jù)此條規(guī)定要求，所有主機、輔機保護均應(yīng)采取三取二原則。

1.2 改造原理、方法

如圖1所示，3個測點從取樣點、信號電纜到DCS輸入卡件全程相對獨立。以送風(fēng)機潤滑油壓力低保護為例說明。原有的潤滑油壓低跳閘壓力開關(guān)不變。新增2套壓力開關(guān)，組成潤滑油壓三取二保護系統(tǒng)。改造時，在潤滑油油泵出口濾網(wǎng)后至軸承處，增加2個取樣測點，保證3個測點獨立取樣。新敷設(shè)電纜2根，電纜從DCS端子排直接接到壓力開關(guān)內(nèi)部端子（不再經(jīng)過就地端子排接線，盡量減少中間環(huán)節(jié)，防止端子排問題造成的誤動和拒動）。新增的2個測點分別接入不同的DCS輸入卡件，保證3個測點在不同的輸入卡件。

類似原理方法的改造還有汽輪機‘中壓缸排氣壓力高保護、小汽機‘真空低保護、小汽機‘潤滑油壓力低保護、引風(fēng)機‘喘振保護、引風(fēng)機‘潤滑油壓力低保護等。

1.3 改造后的測點動作不一致監(jiān)視

原有測點為單一測點不存在動作不一致的情況。新改造后3個測點存在動作不一致問題，壓力保護的測點多數(shù)為壓力開關(guān)數(shù)字量所帶。運行監(jiān)視畫面沒有相關(guān)的測點顯示，發(fā)生問題后不容易發(fā)現(xiàn)。經(jīng)過研究討論我們決定采取如下方案在主機監(jiān)視報警光字牌中增加“重要測點信號不一致”光字牌。（見圖2，圖3）讓運行人員幫助監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)報警立即通知熱控人員檢查處理。

1.4 改造效果

三取二改造過的保護未再發(fā)生保護回路本身原因的保護誤動、拒動事件。2低缸脹差探頭安裝方式改造（本特利3300系列）

汽輪機轉(zhuǎn)子與汽缸的相對膨脹的差值，稱為脹差。習(xí)慣上規(guī)定轉(zhuǎn)子膨脹大于汽缸膨脹時的脹差值為正脹差，汽缸膨脹大于轉(zhuǎn)子膨脹時的脹差值為負脹差。根據(jù)汽缸分類又可分為高差、中差、低Ⅰ差、低Ⅱ差。脹差數(shù)值是很重要的運行參數(shù)，若脹差超限，則熱工保護動作使主機脫扣。

2.1 脹差探頭支架改造原因

某電廠300MW機組為哈爾濱汽輪機廠生產(chǎn)，在低壓缸與發(fā)電機之間測量低缸脹差，數(shù)值超限后汽輪機跳閘。在機組正常運行期間，發(fā)生過因為低缸脹差探頭安裝位置偏差大造成的失去監(jiān)視事件。

某電廠300MW機組TSI系統(tǒng)采用的是本特利公司3300測量系統(tǒng)。低缸脹差監(jiān)視儀表是3300/47補償式輸入差脹監(jiān)視器，配備2個直徑25mm探頭，探頭間隙電壓為每毫米0.787VDC。由于脹差量程大于28mm，超過了單獨一個探頭的測量極限，所以使用互為補償?shù)?個探頭，各負責(zé)一半量程。2個探頭的交接電壓為11.8±0.30VDC。原理如圖4所示。

低缸脹差汽機跳閘保護定值為“+16.4mm，-1.5mm”。如果距離小于交接范圍，低缸脹差數(shù)值顯示到7.5mm不再變化，失去監(jiān)視和保護作用。如果距離超過交接范圍，數(shù)值會跳變到15mm，有保護誤動停機隱患。導(dǎo)致A、B探頭安裝距離超過交接范圍，造成儀表的2個探頭都失去作用。

深入分析，筆者發(fā)現(xiàn)：機組檢修探頭拆裝過程中，由于在拆裝過程中沒有精確的測量方法，只能依靠游標(biāo)卡尺測量機械尺寸，加上拆除時和安裝時溫度不一致導(dǎo)致的實際尺寸誤差，安裝誤差遠大于1mm。再者，2個探頭分別安裝在機殼上，不能固定安裝距離。還有，探頭安裝完畢后無法對探頭和儀表同步進行聯(lián)動試驗。而且，此探頭屬于隱蔽工程，汽機軸承扣蓋后不能再調(diào)整。為了解決上述問題，我們決定改造低缸脹差探頭的安裝方式。

2.2 改造方法

設(shè)計一個可以固定2個探頭的支架，避免交接過程中再出問題。再增加滑軌和調(diào)節(jié)旋鈕，使探頭可以向正向和反向移動，裝上標(biāo)尺同步測量數(shù)值。在安裝探頭完畢后，汽機檢修扣蓋前，可以進行探頭儀表同步試驗。如圖5所示。

2.3 改造效果

每次檢修安裝探頭時，同步進行探頭、前置器、儀表、DCS示值比對工作。保證在改造后的探頭沒有再發(fā)生測量回路原因的保護誤動拒動事件，沒有再發(fā)生運行過程中失去監(jiān)視的事件。

3 爐膛壓力取樣裝置改造

3.1 取樣裝置改造原因

爐膛壓力是鍋爐的重要監(jiān)視參數(shù)，既是引風(fēng)機自動調(diào)整的被調(diào)量，還帶著FSSS系統(tǒng)的爐膛壓力高、低MFT保護。某電廠一單元和二、三單元均采用巴威公司生產(chǎn)的前后墻對噴型鍋爐。最初巴威公司設(shè)計爐膛壓力取樣裝置時，三單元取樣口設(shè)計為圓形，外直徑只有18mm（圖6），一、二單元取樣口設(shè)計為前端矩形后端圓柱形，約長50×寬18mm（圖7）。在實際運行過程中，由于設(shè)計煤種的關(guān)系，爐膛燃燒產(chǎn)生的煙塵濃度達到30000mg/Nm³，造成前端小圓口和矩形口處容易積灰堵塞。雖然配有連續(xù)吹掃裝置，但是由于吹掃流量只有2.5 至3m³/h，非常微小，吹掃防堵的作用不大。另外，一、二單元取樣管路是普通碳鋼材質(zhì)，容易掉落鐵銹堵塞取樣管路。綜合以上幾個原因，造成運行中爐膛壓力測點取樣口經(jīng)常堵塞，壓力測量不準(zhǔn)確，引風(fēng)機自調(diào)經(jīng)常擺動，還有帶保護的爐膛壓力開關(guān)取樣口堵塞后，有爐壓保護拒動的重大隱患。

3.2 改造方案

更換取樣裝置，改變?nèi)涌谌菀追e灰的機械結(jié)構(gòu)，擴大取樣口（見圖8）。水冷壁直管段改為增加彎頭繞過取樣裝置。更換新的連續(xù)吹掃裝置。使用直徑16×2mm不銹鋼管路重新配接取樣管路。爐膛壓力變送器模擬量測點和高2值開關(guān)量公用一個取樣裝置和管路，保證帶保護測點堵塞后及時發(fā)現(xiàn)。

3.3 安裝時注意事項

（1）風(fēng)壓測量取樣管路中應(yīng)盡量不要配備閥門，如果必須增加閥門，則必須采用球閥，不要使用針型閥等其他類型閥門，否則容易造成瓶頸，灰塵會集聚在瓶頸處.

（2）管路中接頭墊片必須保證完好，各接頭緊固，管路無滲漏。否則，極易造成取樣裝置和管路內(nèi)壁積灰。

3.4 改造效果

解決了保護用取樣測點和管路堵塞重大隱患，未發(fā)生爐膛壓力保護誤動和拒動。

爐膛壓力測量穩(wěn)定，自動調(diào)整效果良好。

4 ETS超速保護完善（增加轉(zhuǎn)速表上電閉鎖）

4.1 增加閉鎖原因

某電廠ETS系統(tǒng)超速保護使用4塊Philips飛利浦TRACK30型轉(zhuǎn)速表實現(xiàn)，該表在上電自檢期間所有開關(guān)量輸出繼電器會吸合

1.5 至2秒。2012年，#6機組因為UPS電源故障，UPS供電電壓瞬間低于150V，導(dǎo)致#1、#2轉(zhuǎn)速表失電重啟，ETS系統(tǒng)的2個通道均發(fā)出超速跳閘信號，機組跳閘。

4.2 改進方法

4塊轉(zhuǎn)速表，#1、2轉(zhuǎn)速表使用的是川'S電源，#3、4轉(zhuǎn)速表使用的是保安電源。利用原有電源監(jiān)視繼電器的常閉接點，上電時閉鎖3秒鐘超速跳閘信號（圖9）。

4.3 改進后效果

未再發(fā)生上電時轉(zhuǎn)速儀表原因的ETS超速保護誤動。

5 汽輪機跳閘反饋信號改進

5.1 改進原因

某電廠FSSS系統(tǒng)“機跳爐”保護采用汽輪機A、B高壓主汽門均關(guān)閉信號相“與”，再“與”上并過網(wǎng)信號（圖10）。

曾經(jīng)發(fā)生過汽機跳閘后，主汽門機械卡澀，實際無法關(guān)閉的故障，這樣的話主汽門行程開關(guān)關(guān)閉位信號無法返回FSSS系統(tǒng)，F(xiàn)SSS系統(tǒng)“機跳爐”保護拒不動作。為了防止發(fā)生機爐大聯(lián)鎖保護拒動的故障，必須進行改進。

5.2 改進方案

主汽門行程開關(guān)信號不可靠，必須找到相應(yīng)的備用信號來替代。AST油壓，即“汽輪機危急遮斷油壓”可以很好的代表汽輪機跳閘信號。而且壓力開關(guān)動作可靠性比行程開關(guān)要高。所以增加AST油壓監(jiān)視壓力開關(guān)3個，采用三取二的方法代表汽機已跳閘信號，和主汽門關(guān)閉信號相“或”。

5.3 改進效果

沒有再因為主汽門卡澀實際沒有關(guān)到位或者行程開關(guān)不到位，引起機爐大聯(lián)鎖保護拒動的故障。

6 鍋爐引、送、一次風(fēng)機停止反饋信號改進

6.1 改造原因

改前狀態(tài)分析：以送風(fēng)機為例說明。電氣提供狀態(tài)反饋點3個，一個運行信號，兩個停止信號。由于原來A公司DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)點功能有缺陷，為了避免DCS控制器之間使用網(wǎng)絡(luò)點，所以3個反饋狀態(tài)點分別進入4個DCS子控制器。運行信號進入鍋爐 SCS控制柜，停止信號SOE進入鍋爐SCS的B側(cè)控制柜并聯(lián)接入MCS系統(tǒng)，另一個停止信號進入FSSS控制柜。

鍋爐SCS只有一個運行信號參與邏輯運算，實現(xiàn)鍋爐SCS的所有功能，例如停同側(cè)風(fēng)機、聯(lián)鎖關(guān)閉出入口擋板等等。進入SOE的點只是SOE記錄，沒有其他功能。并接入MCS的停止信號實現(xiàn)RB功能和風(fēng)機動葉控制功能。進入FSSS系統(tǒng)的點，只是實現(xiàn)風(fēng)機全停MFT功能。

6.2 安全隱患

電氣送來3個點，但是沒有按照三取二原則使用，不符合《二十五項反措》的要求，容易造成聯(lián)鎖、保護誤動和拒動。曾經(jīng)因為送風(fēng)機單一運行信號消失，造成機組減負荷。電流信號是外部網(wǎng)絡(luò)通訊點，不可靠，不能參與邏輯運算。

6.3 改進方案

根據(jù)《二十五項反措》中，“9.4.11……觸發(fā)機組跳閘的保護信號的開關(guān)量儀表和變送器應(yīng)單獨設(shè)置，當(dāng)確有困難而需與其他系統(tǒng)合用時，其信號應(yīng)首先進入保護系統(tǒng)?！毙盘柫鞒滩捎脵C組跳閘保護系統(tǒng)優(yōu)先使用的原則。原運行信號不變，進入鍋爐SCS系統(tǒng)。風(fēng)機停止信號進行改進，原3-6DSOE卡上的停止SOE點進入FSSS控制柜SOE卡，作為SOE和邏輯運算使用。原來進入FSSS的停止信號不變。運行信號通過網(wǎng)絡(luò)點在FSSS系統(tǒng)參與三取二運算;在FSSS系統(tǒng)中三取二之后的停止信號替代原來邏輯內(nèi)的運行取‘非運算出來的停止信號。通過網(wǎng)絡(luò)點和硬接線送至SCS、MCS等系統(tǒng)使用，防止誤動和拒動。

三取二邏輯在FSSS系統(tǒng)內(nèi)制作，如圖12。并增加3個信號不匹配光字牌報警。

FSSS系統(tǒng)使用硬DO點和軟網(wǎng)絡(luò)點輸出到其他SCS、MCS系統(tǒng)。取用停止信號的SCS、MCS系統(tǒng)，使用軟點、硬回路點相“或”之后再使用，如圖13。

引、送、一次風(fēng)機停止信號邏輯使用列表見表1。

6.4 改進效果

電氣至反饋信號動作正確，未再發(fā)生信號誤動造成的減負荷事件。

7 發(fā)電機斷水保護完善

7.1 改造原因

某公司#1、2機組在1991、1992年投產(chǎn)。當(dāng)時設(shè)計的發(fā)電機斷水保護為單點帶保護，一個流量壓力開關(guān)帶跳閘。因為單一壓力開關(guān)損壞，發(fā)生過保護誤動機組跳閘事件。

7.2 改造方案

發(fā)動機定子冷卻水，正常工作壓力為0.6Mpa，斷水保護差壓開關(guān)定值為6KPa左右。測量管路壓力高、差壓小，之前使用的差壓開關(guān)不能適應(yīng)此特點。必須尋找能夠適應(yīng)此工況的差壓開關(guān)，最終選定某進口品牌。差壓開關(guān)數(shù)量定為3個，并決定增加3個水壓低壓力開關(guān)。原因是孔板只有一個，孔板損壞的話會造成保護誤動和拒動。另外，定子冷卻水泵運行狀態(tài)也應(yīng)該作為保護條件之一。這樣可以防止壓力、流量測點損壞造成的保護誤動和拒動。

經(jīng)過研究最終確定如下方案：如圖14。流量、壓力均低于保護定值時，或者2臺定子冷卻水泵均停，輸出發(fā)電機斷水保護信號至電氣跳閘發(fā)電機。至電氣跳閘信號、壓力低信號、流量低信號采用三取二方式實現(xiàn)，從取樣管路、電纜、板卡全程獨立。

7.3 改造效果

改造后，沒有再發(fā)生測點原因的保護誤動和拒動。

8 結(jié)束語

熱控設(shè)備種類繁多、數(shù)量龐大，但是也有優(yōu)點，使我們學(xué)會了用多種不同的原理和技術(shù)來實現(xiàn)同一個目標(biāo)，極大的增強了我們技術(shù)交叉融合的能力。我們只需要在各技術(shù)原理間取長補短、舉一反三，總會發(fā)現(xiàn)適宜的解決問題方案。

參考文獻

[1]《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求》（國家能源局2014年版）.

[2]《火力發(fā)電廠熱工自動化系統(tǒng)檢修運行維護規(guī)程））（DL/T 774-2015）.

[3]《火力發(fā)電廠熱工控制系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)定》（DL/T 5175-2003）.