朱北恒，孙长生，丁俊宏

（浙江省电力试验研究院，杭州 310014）

浙江电网设备评估与运行分析

2009年浙江火电机组热工保护系统可靠性改进

朱北恒，孙长生，丁俊宏

（浙江省电力试验研究院，杭州 310014）

介绍了 《提高TSI装置运行可靠性的技术要求》和 《提高热工自动化系统可靠性的重点技术措施》在热工保护系统可靠性改进方面的相关内容，以及2009年浙江省各火电厂热工保护系统可靠性改进的开展情况。单点保护改进的根本途径是通过增加测点实现保护信号全程独立取样，由于采用同一取样管导致保护系统降级为单点保护的问题还普遍存在，ETS系统和DCS电源在设计上也还存在缺陷，应该引起相当的重视。

热控系统；单点保护；TSI；可靠性

浙江省电力学会热控专委会和汽机专委会在2007年TSI（汽机监视仪表）研讨会后发布了《提高TSI装置运行可靠性的技术要求》，浙江省能源集团将该文件作为反事故措施在电厂中推行，2年来取得了明显的效果。

浙江电力试验研究院在2008年开展的“热控系统状态评估及可靠性控制措施的研究”中，提出了《提高热工自动化系统可靠性的重点技术措施》（以下简称 《可靠性措施》），并通过热工监督系统在浙江省火电厂进行广泛宣传和推行，至今已得到了电厂的普遍认可。电力行业热工自动化技术委员会2010年最新发布的《火电厂热控系统可靠性配置与事故预控》[1]，就是以上述2个文件为基础编制的。

本文重点介绍2009年浙江省各火电厂开展热工保护系统可靠性改进的情况。

1 热工单点保护改进

1.1 热工单点保护改进的根本途径

热工单点保护是指由1个输入信号就可以触发热工保护动作的控制回路。热工单点保护容易产生保护系统的误动和拒动，是热工控制系统的隐患[2]。

热工单点保护改进的根本途径是通过增加位置开关、测点等办法来提高保护系统的可靠性。如兰溪电厂原小汽机排汽真空保护的3个压力开关均取自同一个取压点，1号机组小汽机A曾发生过一次阀后管路断裂，造成排汽真空保护误动。之后电厂在技改中给每台小汽机增加了3个取压点和3个压力开关，从源头实现了保护信号的冗余。

大唐乌沙山电厂于2009年全面开展热工单点保护治理，全年共完成29项保护改进。该厂将循泵出口液控蝶阀关闭、小汽机速关油压低、汽泵前置泵入口流量、精处理过滤器母管入口温度、过滤器母管入口压力、系统压差等保护信号均改为“三取二”表决方式。

2009年，浙能嘉兴发电厂将5号、6号机组“除氧器水位高”单点保护信号修改为“三取二”表决方式。浙能乐清电厂改进了“1号炉磨煤机一次风量低”跳闸条件，每台磨煤机增加2个“一次风量低”开关量信号，与原来的模拟量信号进行“三取二”判别，在FSSS中还增加了“一次风量坏值”屏蔽保护。

1.2 取样管取样方式的改进

“主机润滑油压力低”、“EH油压力低”和“真空低”保护通常采用3～4个变送器采集信号，逻辑运算采用“三取二”或“两串两并”的表决方式，但由于所有变送器共用同一取样母管，接头处又存在泄漏的隐患，使得整个保护系统实际上已降级为单点保护。造成这种情况的原因是：随主机设备供货的油压测量柜多数采用了上述有缺陷的取样连接方式，安装过程中又未进行更正。对这类情况采取的改造措施是：增加压力取样管路，使测量信号回路真正独立；取样管路的连接采用焊接方式。2009年乌沙山电厂对2号、4号机组小汽机的真空保护开关共用取样仪表管的情况进行了改造。

2009年2月，某电厂2号燃机发生排汽压力高跳闸，检查和分析表明是属于热工单点保护误动。虽然排汽压力保护设置了3个冗余变送器，逻辑运算也采用了“三取二”表决方式，但所有变送器信号均来自于同一取样管和同一测点，测点的代表性不够，取样管在安装上也存在问题。电厂按电试院提出的改进意见对取样系统进行了改造，增加了冗余测点，变送器信号全程独立取样，取样系统还设置了排污和防堵功能，使保护系统的可靠性得到明显提高。

由于采用同一取样管，导致保护系统降级为单点保护的问题，目前在浙江省甚至在全国火电机组中都普遍存在，应该引起相当的重视。浙江省电厂热工监督在2009年年终对口检查中就发现了以下问题：某厂小汽机排汽压力的所有开关量信号都来自同一取样管；某厂小汽机ETS（E-mergency Trip System，汽机危机跳闸系统）系统润滑油压的所有开关量信号采自同一取样管；某厂用于机组跳闸保护的3只“EH油压低低”压力开关和“油压低”压力开关报警信号以及油压变送器共用同一取样管，等等。而发电机定子冷却水流量的开关量和模拟量信号取自同一取样管则是各厂普遍存在的问题。

1.3 发电机定子冷却水流量低保护的改进

针对发电机定子冷却水流量低单点保护的问题，2009年浙能嘉兴电厂在4号机组B修时更换了发电机定子冷却水流量孔板，将1个取样孔改为3个，使定子冷却水流量取样实现了冗余。乌沙山电厂将1号机组定子冷却水流量孔板更换为有3对差压孔的流量孔板，并增加2台流量变送器，将“定子冷却水流量低”保护由3个差压开关改为3个流量变送器，实现“三取二”保护。采用模拟量信号用于保护，能更及时地发现并分析定子冷却水流量的异常变化。

1.4 单点温度保护的改进

在《提高热工自动化系统可靠性的重点技术措施》中，对单点温度保护提出以下改进建议：

（1）增加测点，改为三取二逻辑。这类保护有：高压缸排汽温度、汽机轴承回油温度、磨煤机出口温度等。

（2）引入证实信号，设置变化速率保护。这类保护有：凝泵轴承温度、六大风机电机轴承温度、循泵电机高低端导向轴承温度、电泵汽泵前后轴承温度、电泵推力内外侧轴承温度等。

（3）取消保护，改为报警。这类保护有：发电机线圈温度、电泵汽泵前置泵轴承温度、电泵液偶轴瓦温度、空预器轴承温度、磨煤机轴承温度等。

省内有些电厂已在2009年通过增加温度测点来消除单点保护。如兰溪电厂将1号机组 “小汽机排汽温度高”单点保护改为“三取二”表决方式，并增加2 s延时以消除干扰信号的影响。

有些电厂在温度信号保护回路中增加了速率判断逻辑。嘉兴电厂对二期机组脱硫循环泵电机轴承温度、循环泵轴承温度单点保护信号进行了优化改进。长兴电厂对原单点发讯的5号机轴承回油温度保护进行了热电阻“三取二”改造，改造后轴承回油温度保护的可靠性得到了大大的提高，消除了信号单点断线拒动的隐患。

1.5 冗余保护信号分模件处理

冗余的保护信号应进行分模件处理，以提高保护系统的可靠性。电力行业标准DL 5000-2000《火力发电厂设计技术规程》[3]要求，热工保护系统应遵守独立性原则，冗余的I/O信号应通过不同的I/O模件引入。但许多新建电厂的热工保护系统并没有严格按此要求设计，需要在移交生产后进行技术改造。2009年浙能嘉兴电厂对主机TSI系统轴相位移信号设计在同一块模件的问题进行了分模件处理，大唐乌沙山电厂对除氧器水位低保护信号设计在同一块模件的问题也进行了分模件处理。

2 TSI和ETS系统的可靠性完善

《提高TSI装置运行可靠性的技术要求》对电源冗余和切换时间、单点保护的改进、输入回路的故障诊断、安装和调试、运行维护管理等提出了要求，并提出了跳机信号宜采用二路常开输出、采用相对振动信号作保护、报警定值的修改、振动信号设置偏差报警等具体建议。根据上述要求，各电厂对TSI系统进行了全面检查，对不符合要求的陆续进行了技术改造。浙能钱清电厂2008年对2号机组Bently-3500系统增加了电源冗余模件，对2台机组TSI的差胀保护回路增加了10 s延时。2009年又对Bently-3300的供电回路做了进一步改进，各增加一路220 V电源，加装了电源切换装置，实现了双路供电和自动切换。

2009年浙能萧山电厂2号机组TSI系统由Bently-3300系统升级到3500系统，实现了TSI主机电源的冗余配备，电源A取自UPS电源，电源B取自工频电源。对轴承振动信号（绝对振动）进行了修改，目前2号机组轴振和瓦振分别独立显示，跳机值与相应的开关量输出全部取自轴振，并按要求修改了相应的定值。

浙江省电力试验研究院在2009年热控设备评估中，对ETS系统进行了专题分析，发现部分机组的“轴向位移大”、“轴承振动大”、“差胀大”等仍然存在单点保护的情况，建议按照《提高TSI装置运行可靠性的技术要求》提出的技术措施进行改进。“轴向位移大保护”为“二取一”方式的，有条件时还应增加一个轴向位移探头，实现 “三取二”。“差胀大”为热工单点保护的则可以适当 增加延时，提高保护的可靠性。另外，TSI系统输出的同一类保护信号如轴向位移等应布置在不同的模件上，确保TSI系统失电后再上电时保护接点不会动作。

2009年年终热控专业对口检查中发现的主要问题有：轴向位移信号未分模件布置；Bently-3300系统老化，需要升级；TSI信号电缆不符合要求等。由于TSI系统中存在的缺陷，2009年4月还发生了因电缆屏蔽问题造成的故障。

机炉电大联锁保护逻辑是通过硬接线方式与锅炉FSSS系统以及电气保护装置联接构成的重要保护，进入ETS系统的保护有MFT联跳汽机信号和电气保护动作联跳汽机信号。有的机组采用单回路常开接点接入，若接点发生故障或接线松动都有可能导致保护拒动，因此建议增加一路硬接线保护。

3 电源的可靠性改进

3.1 DCS电源

国华宁海A厂西门子DCS控制系统电源存在隐患，4号机组曾经发生过DCS电源冗余切换不成功而触发锅炉MFT动作。2009年该厂在检修中完成了4台机组的电源回路改造，对MFT电源回路加装了无扰切换装置，并加装了电源监视回路。

ABB系统机柜电源的设计实际上并没有做到真正全冗余，例如送I/O端子柜的电源设计为一路，然后通过端子排扩展，如果这一路发生松动将直接影响该机柜所有模拟量及开关量的正常工作。端子柜零电位单独接入信号地母排，但由于多个端子板零电位接在一起，如果发生该接线螺丝松动将引起部分端子板工作不正常。

华电半山电厂由于4号机组热工电源柜空气开关跳线和电源进线方式不合理，2009年曾发生因部份热工电源消失导致机组降负荷运行。该厂在机组临修时对4号机组所有热工电源柜空气开关进行了双回路电源进线改造，并将紧固机柜热工电源进线列为标准检修项目，以防运行中接线松脱和类似事件的发生。该厂2号燃机MARK VI的ATS电源切换装置采用单路电源供电，存在一定的安全隐患，已列入2010年的重点技改项目。

3.2 ETS系统电源

上汽机组的ETS系统电源原设计存在缺陷，虽然考虑了24 V DC电源双路备用，但在出线侧进行了并接，当模件侧发生短路或过载故障时会使双路电源同时发生异常，导致双路电源都无法正常工作。此缺陷曾导致某电厂3号机组跳闸，该厂采取的措施是增加2套电源装置，并将其出线分为2路，使常闭信号的2个通道分模件、分电源布置。

3.3 就地设备电源

浙江省电力试验研究院在2009年热控设备评估中，发现部分机组抽汽逆止门、燃油跳闸阀等设备采用双线圈控制电磁阀，一旦系统失电将无法回到安全状态，存在汽机超速、锅炉不能完全切除燃料的危险。对循泵控制蝶阀等重要就地设备，其控制电源应设计2路供电，以保证任一路电源失去不会导致蝶阀动作。

4 基建工程的热控系统可靠性控制

国电北仑电厂三期（2×1 000 MW）和国华宁海电厂二期（2×1 000 MW）工程通过基建全过程监督的平台开展了热控系统的可靠性控制。2009年在国电北仑三期基建工程中发现问题15项，国华宁海二期基建工程中发现问题20项。

在国电北仑电厂三期基建工程中，发现ETS的6个转速测量信号，每2个采用1根电缆，不符合冗余信号全程独立配置的原则，有可能因干扰引起信号误动。6号、7号机组小汽机3个轴向位移信号共用1块模件，不符合冗余配置原则，模件故障时将引起保护误动。

在国华宁海二期基建工程中，及时发现了汽泵振动信号屏蔽不合格和脱硫信号取样布置错误等问题，消除了设备隐患。现场检查中，发现真空泵进口压力开关仪表取样管路存在明显的U型布置，容易积水引起开关拒动。发现脱硫系统吸收塔入口压力、增压风机密封风差压等测量系统存在问题，测点取样管布置在风道顶部或侧面，但变送器布置在测点下方，取样管道内部容易因凝结造成积水，影响测量的可靠性。针对上述问题，安装单位已按照风压测量取样的规范要求，及时将变送器移到了取样口上部。

5 结语

2009年浙江省各火电厂全面开展了热工保护系统的治理，相互交流、互相借鉴，有效提高了热工保护系统的可靠性。

但要彻底治理热工单点保护，进一步提高热工保护系统的可靠性，任务依然艰巨。2009年全省电厂技术监督网所属的火电机组中，因热工原因引起的一类障碍有8次，其中有2次为热工单点保护故障导致的热工误动。2010年4月，又有1台300 MW机组由于热工单点保护故障导致机组跳闸。

由此看来，热工单点保护的危害性是不容质疑的。逐步彻底地消除热工单点保护，是今后热工保护系统可靠性改造的技术方向。

[1]电力行业热工自动化技术委员会，火电厂热控系统可靠性配置事故预控[M].北京：中国电力出版社，2010.

[2]朱北恒，尹峰，孙耘，等．火电厂热控系统的容错设计[J].浙江电力,2007，26（5）:1-5.

[3]DL 5000-2000火力发电厂设计技术规程[S].北京：中国电力出版社，2000.

（本文编辑：龚 皓）

Reliability Improvement of Thermal Protection System for Zhejiang Thermal Power Units in 2009

ZHU Bei-heng，SUN Chang-shen，DING Jun-hong

（Zhejiang Electric Power Test and Research Institute，Hangzhou 310014，China）

This paper describes the improvement of thermal protection system in Technical Requirements for Reliability Improvementof TSI Operation and Key Technical Measures for Reliability Improvement of Thermal Automation System and the reliability improvement of thermal protection system in thermal power plants in Zhejiang in 2009.The basic approach to improve the single-point signal protection is to increase test points to achieve overall independent sampling of signal protection.And the problem still exists that the redundant system is degraded into thermal single-point signal protection due to the use of the same sampling tube.In addition,there are still defects in the design of ETS System and DCS power supply.These problems should be attached greatimportance.

thermal controlsystem；single-pointsignalprotection；TSI；reliability

TK39

：B

：1007-1881（2010）08-0053-04

2010-04-14

朱北恒（1956-），男，四川蓬溪人，教授级高级工程师，从事发电厂热工自动化应用和研究。