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1、提高火电厂热工自动化系统可靠性的 重点技术措施 主讲人：金 涛 前 言 随着近几年机组容量、热工系统监控功能不断增强，范围 迅速扩大，故障的离散性也增大，使得组成热控系统的控制 逻辑，保护信号取样及配置方式，测量设备（包括测量元件 、开关、变送器、显示装置等）、控制设备（包括控制装置 、计算机系统硬/软件等）、执行设备（包括执行机构、电动 门、电磁阀等）、电缆、电源、热控设备的外部环境以及为 其工作的设计、安装调试、运行维护和检修人员的素质等等 ，这中间任何环节出现问题，都会导致热控装置部分功能失 效，引发系统故障或机组跳闸，甚至损坏主设备。由于种种 原因，热工控制逻辑的完善性和合理性、热工保
2、护信号的取 信方式和配置，都还存在不尽人意处，引发热工保护系统不 必要的误动还时有发生。结合我公司近三年来发生的一些不 安全事件，例如：2009年曾经出现过的#1、#2炉机组发生风 烟系统主要参数异常现象，二次风风量测量参数失真，炉膛 压力低低动作导致机组MFT动作；2010年#2机组LV抽汽调门由 于控制逻辑不完善造成控制系统强制100%指令全开现象； 2011年#2机组由于DCS系统屏蔽接地不良导致机组运行参数异 常波动的现象，进一步提高热控设备和系统的运行可靠性和 机组运行的安全经济性已至关重要。 1.单元机组分散控制系统配置 1.1 操作员站、工程师站、实时数据服务器和通讯网络的配置：
3、 1）DCS中的操作员站、控制器、实时数据服务器和通讯网络均应采用可靠 的冗余配置。 2）为便于检修与维护，工程师站宜具备操作员站显示功能，否则宜在工程 师室中配置操作员站，单元机组集控室内操作员站通常宜不少于4台。 1.2 控制器的配置，应遵循下列原则： 1）主要控制器应采用冗余配置，控制器的对数配置，应严格遵循机组重要 保护和控制分开配置的独立性原则,不应以控制器能力的提高为由减少控制 器的配置数量而降低了系统配置的分散度。 2）为防止一对控制器故障导致机组被迫停运事故的发生，重要的多台冗余 或组合的辅机（辅助设备）控制，应按下列原则配置控制器： 送风机、引风机、一次风机、凝结水泵和循环水
4、泵等两台冗余的重要辅 机以及A、B段厂用电，应分别配置在不同的控制器中，但允许送风机和引 风机等按介质流程组合在一个控制器中。 给水泵控制系统宜分泵配置在不同控制器中，但允许同泵的MEH系统和和 METS系统合用控制器。 磨煤机、给煤机和油燃烧器等多台冗余或组合的重要设备应纵向组合， 配置到至少三个控制器中。 3）为减少一对控制器故障引起模拟量控制系统失灵造成的影响，控制回路 应配置分散在不同控制器中。影响同一重要参数的控制回路应尽量配置在 不同控制器中，不宜将主汽温度和再热汽温度控制，或送风和引风控制系 统等集中配置在一对控制器中。 4）同一个控制系统的纵向（如对应制粉系统的给煤机、磨煤机、
5、风门等） 应布置在同一控制器中。 5）为保证重要监控信号在控制器故障时不会失去监视，应在不同对的控制 器中配置下列重要安全参数（配置硬接线后备监控设备的除外）：汽包水 位、主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热蒸汽温度、炉膛压力。 1.3 I/O信号的配置，应遵循下列原则： 1）重要I/O信号，应冗余配置（重要的关键参数，应采用三重冗余变送器 测量，如机组负荷、主蒸汽压力、调节级压力、汽包水位、汽包压力、炉 膛负压、汽轮机转速等；仅次于关键参数的重要参数，应采用双重冗余变 送器测量，如过热汽温、再热汽温、给水温度、给煤量、磨煤机一次风量 、磨煤机出口温度等。 2）冗余配置的I/O信号，必须分别配置在不同
6、的I/O模件上。 3）多台同类设备，其各自控制回路的I/O信号必须分别配置在相互独立 的I/O模件上。 4）同一个控制回路的输出与输入信号应布置在同一对控制器模件机柜中 。 5）模件通道间应相互隔离（防止一个通道电压串入，损坏其它通道等故 障的发生）。 6)用于机组和主要辅机跳闸的输入信号，必须直接通过相应保护控制器的 输入模件接入。 1.4 DCS系统的各项性能指标（控制器处理周期、系统响应时间、SOE分辨率 、处理器的最大负荷率和系统通讯负荷率等），应满足DT/L 774- 2004 热工自动化系统检修运行维护规程要求。 1.5 控制系统与其连接的所有相关系统（包括专用装置)的通讯负荷率设
7、计， 必须控制在合理的范围（保证在高负荷运行时不出现“瓶颈”现象)之内， 其接口设备应稳定可靠。 1.6 与其它信息系统联网时，必须按照火力发电厂厂级监控信息系统技术 条件、全国电力二次系统安全防护总体方案和相关法规的要求，配 置有效的隔离防护措施。 1.7 正常运行时，操作员站的外部接口功能与工程师的系统维护功能应闭锁 。 1.8 DCS 应达到EMC级电磁兼容性要求。 1.9 当用于保护与控制的参数严重异常时，应有明显的声光报警，并提供可 进一步了解信号情况的手段。 1.10ETS系统通讯应为双网通讯，保证当发生局部通讯不正常时，ETS系统能 正常工作。 2.公用系统和辅助系统配置 2.1
8、 辅助系统热工自动化水平应按照火力发电厂辅助系统(车间)热工自动 化设计技术规定(DL/T5227-2005)，从控制方式、热工自动化系统配置与 功能、运行组织、辅助车间设备可控性等多方面综合考虑。 2.2 水、气、煤、灰、油等程控系统和脱硫系统应设置必要的就地操作功能 ，以便在程控系统故障的紧急情况下，可以通过就地手操功能维持公用系 统运行。 2.3 采用车间集中控制的辅助系统(车间)宜在无人值班车间(区域)设置闭路 电视监视系统，并与主厂房闭路电视监视系统统一考虑，以便于就地设备 的监视。 2.4 辅助车间分别按（水、灰、煤）各控制区域的PLC（包括电源装置、CPU 等）、交换机、上层主交
9、换机及网络连接设备（网口、网线等）分别冗余 设置，保证辅网运行的可靠性。 2.5 煤、灰、水控制网络系统应能与主厂房分散控制系统(DCS)、全厂信息监 控系统(SIS)进行通信，并有互相联接的功能以实现全厂监控和管理信息网 络化。 2.6 不同单元机组对同一个公用系统设备进行操作时，须设置优先级并增加 闭锁功能，确保在任何情况下只能有一个单元机组对公用设备进行操作。 2.7 与机组DCS系统连接的所有公用系统（包括专用装置）的供电电源必须可 靠，接口设备均应冗余配置；为保证高负荷运行时不出现“瓶颈”，其通 讯负荷率应控制在40%或20%（以太网）以下。在多个主系统（如二台机组 ）均可对公用系统
10、进行操作的情况下，必须设置优先级并增加闭锁功能， 确保在任何情况下，仅一台机组的DCS系统可对公用系统进行操作。 2.8 循泵房环境远较电子设备间差，远程控制装置应充分考虑现场温湿度、 防尘、防电磁干扰等因素，并为所增设防护设施考虑完善配套解决方案。 2.9 按危险分散的原则分配循泵房DO通道，使一块卡件只控制一台循泵。 2.10 仪用压缩空气系统的运行、压力、故障等信号，应引入对应单元控制系 统（或辅助车间控制系统）中监视和声光报警。为防止输出继电器故障或 中间控制回路松动等，导致仪用空压机系统运行异常，DCS系统控制空压机 启停指令应为短脉冲，空压机就地控制应设计有自保持回路。 3.热工保
11、护逻辑与设备优化 3.1 根据热工保护“杜绝拒动，防止误动” 的基本配置原则，所有重要的主 辅机保护信号，应尽可能采用三个相互独立的一次测量元件和输入通道引 入，并通过三取二的逻辑实现。不满足三取二要求的，经过专题论证可增 加证实信号或改为值报警。 3.2 触发停机停炉保护信号的开关量仪表和模拟量变送器应单独设置；当与 其它系统合用时，其信号应首先进入优先级最高的保护联锁回路，其次是 模拟量控制，顺序控制最低。控制指令应遵循保护优先原则，热工保护系 统输出的操作指令应优先于其它任何指令。 3.3 保护回路中不应设置供运行人员供切、投保护和手动复归保护逻辑的任 何操作设备，工程师站中设计有投切开
12、关的保护系统，应设置有切投开关 操作的确认功能。 3.4 DCS控制器发出至MFT、ETS和发电机跳闸系统(GTS)的机组跳闸指令，至 少必须有两路信号，通过各自的输出模件，并按二取一（还是二取二）、 三取二或22逻辑启动跳闸继电器。 3.5 当DCS总电源消失时，应直接通过FSS和ETS的输出继电回路自动发出停炉 和停机指令。 3.6 单元机组的锅炉、汽机和发电机之间必须装设下列跳闸保护： 1）锅炉故障发出总燃料跳闸(MFT)停炉信号后，单机容量300MW及以上机组 应立即停止汽轮机运行。100MW至200MW机组除非设置有可靠的温度变化速 率保护或低温保护（参考450），和汽包水位高联跳汽
13、轮机组保护，并同 时设置有防止汽轮机进水保护装置，否则也应立即停止汽轮机运行。 2）汽轮机跳闸时，除非机组具有FCB功能，或解列前汽机负荷小于3040% （视旁路容量而定）且旁路系统可快速开启投入工作，否则应立即触发MFT 停炉。 3）汽轮机故障发出ETS停机信号，表征汽轮机跳闸的信号发出且发电机出 现逆功率信号时，立即解列发电机（不宜加延时）。 4）发电机内部故障解列时，应立即联跳汽轮机；发电机外部故障解列时， 除非机组具有FCB功能，否则应立即联跳汽轮机。 3.7 保护逻辑组态时，应合理配置逻辑页面和正确的执行时序，注意相关保 护间的时间配合，防止由于取样延迟和延迟时间设置不当而导致保护联
14、锁 系统动作时序不当。 3.8 对进入热工保护联锁系统的信号，宜按附件1进行优化。 3.9 润滑油压力低的信号应串在电气启动回路。这样一旦发生DCS失电停机， 润滑油泵在没有DCS控制的情况下也能够自动启动，以保证汽机的安全。 3.10表征汽轮机跳闸的信号，宜采用二侧主汽门关闭行程开关闭合的与信号 和汽轮机安全油压开关三取二逻辑判断后的信号组成或门（如果主汽门和 中联门的行程开关四取二？）。 3.11 温度测量和振动信号易受外界因素干扰，变送器故障时有发生，位置开 关接触不良或某一个挡板卡涩不到位，质量差的压力开关稳定性差，这些 信号用作单点保护，可靠性低，易引起保护系统误动，为避免单个部件或
15、 设备故障而造成机组跳闸，在新机组逻辑设计或运行机组检修时，应采用 容错逻辑设计方法，对运行中容易出现故障的设备、部件和元件，从控制 逻辑上进行优化和完善，通过预先设置的逻辑措施来降低或避免控制逻辑 的失效，如（参考实例见附件2）： 1）通过增加测点的方法，将单点信号保护逻辑，改为信号三取二选择逻辑 。 2）无法实施1）的，通过对单点信号间的因果关系研究，加入证实信号改 为二取二逻辑。 3）无法实施上述方法的单测点信号，通过专题讨论论证，可改为报警。 4）实施上述措施的同时，对进入保护联锁系统的模拟量信号，合理设置变 化速率保护、延时时间和缩小量程提高坏值信号剔除作用灵敏度等故障诊 断功能，设
16、置保护联锁信号坏值切除与报警逻辑,减少或消除因接线松动、 干扰信号或热电阻故障引起信号突变而导致的系统故障。 3.12 用于联锁保护的通信网络传送的开关量点，通过加延时或将上网点改为 硬接线连接的方式确保信号的可靠，减少信号瞬时干扰造成的保护误动作 。 4.热工控制逻辑与设备优化 4.1 控制电动门和辅机电动机（泵）的DCS输出启动、停止指令应采用短脉冲 ，并在每个电动机强电控制回路中设置自保持。对于给粉机或给煤机（直 吹式制粉系统）的自保持回路以及对应的控制设备中，应既要防止厂用电 切换时误跳闸，又要防止厂用电失去后恢复时间超过一定值时再重新起动 ，以免灭火后重起造成炉膛爆燃事故。 4.2 受DCS控制且在停机停炉后不应马上停运的设备，如空预器电机、重要辅 机的油泵、火检冷却风机等，必须采用脉冲信号控制。否则当 DCS失电引 起停机停炉后，这些设备就可能停运，从而可能损坏重要辅机甚至主设备 。 4.3 输出控制电磁阀的指令型式应根据下列情况确定： 1)汽机紧急跳闸电磁阀、抽汽逆止阀的电磁阀、汽机紧急疏水电磁阀以及 锅炉燃油关断电磁阀、过热器电磁泄放阀等
