提高热工自动化系统可靠性的技术研究

提高热工自动化系统可靠性的技术研究摘要：本文对热工自动化系统的运行环境与形势进行了解析。交流了提高热工自动化系统可靠性的技术研究内容，如大机组热工典型控制策略研究、完善《分散控制系统故障应急处理预案》，提高热工系统抗干扰能力和TSI系统可靠性的技术措施，热工控制逻辑和单点信号保护逻辑优化、热控设备可靠性分类与测量仪表合理校验周期及方法、测量仪表自动校验管理一体化研究等内容。就拓展热工监督工作内涵，提高热工监督工作的有效性进行了讨论。1.热工自动化系统运行环境与形势为保证工自动化设备和系统的安全、可靠运行，可靠的设备与控制逻辑是先决条件，正常的检修和维护是基础，有效的技术管理是保证。只有对热工自动化系统设备和检修运行维护进行全过程管理，对所有涉及热工自动化系统安全的外部设备及设备的环境和条件进行全方位监督，并确保控制系统各种故障下的处理措施切实可行，才能保证热工自动化系统的安全稳定运行。综观目前热工自动化系统运行环境，笔者认为以下问题亟待研究解决：1）随着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，控制系统、测量和执行设备、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，检修人员的素质等等，这中间任何一环节出现问题，都会引发热工保护系统不必要的误动或机组跳闸，影响机组的经济安全运行。如何进一步做好热工系统从设计、基建安装调试到运行维护检修的全过程质量监督与评估，提高热控设备和系统运行的安全可靠性和经济性已至关重要。2）由于各种原因，热工系统设计的科学性与可靠性、控制逻辑的条件合理性和系统完善性，保护信号的取信方式和配置，保护联锁信号定值和延时时间的设置，系统的安装调试和检修维护质量，热工技术监督力度和管理水平，都还存在着不尽人意处，由此引发热工保护系统不必要的误动时有发生。而随着电力建设的快速发展，发电成本的提高，电力生产企业面临的安全考核风险将增加和市场竞争环境将加剧。因此如何提高机组设备运行的安全性、可靠性和经济性是电厂经营管理工作中重中这重。3）热控设备的管理目前仍停留在传统的管理模式，所有设备的检修，不管运状况如何，基本采用定期检修与校验方式，其结果是大量人力做了无功（比如仪表调前合格率统计达98%甚至更高的仪表，仍按规定的周期全部进行检测校验，结果不仅浪费人力、物力，还有可能增加设备的异常）。一些单位设备采购时，因对设备质量好坏不了解和无设备选型参考依据，流入一些质量不好的产品，对机组的安全运行构成影响甚至威胁。因此如何通过对在线运行设备的质量进行分类，制定合理的仪表校验周期，是电厂管理工作中迫切需要解决的问题。4）随着企业管理向集约化经营和管理结构扁平化趋势，为提高经济效益，电厂在多发电，提高机组利用小时的同时，通常通过减少生产人员的配备，以提高劳动生产率。此外发电企业密切与外包检修企业之间的联系，专业检修队伍取替本厂检修队伍的配置将是发展趋势。在这种情况下，如何监督、评价、验收一台机组热工自动化系统检修、维护、运行的质量，热工缺少一个系统的、可付绪操作的评估标准。综合上述电厂控制设备检修运行维修环境与形势，纵观电厂设备维护工作方面日益严重的制约因素；本着电力生产“安全第一，预防为主”的方针，以及效益优先原则，有必要从提高热工自动化系统的可靠性着手，开展深入的技术研究工作。2.提高热工自动化系统可靠性方面的技术研究内容提高热工自动化系统的可靠性技术研究内容，包括控制系统软硬件的合理配置，采集信号的可靠性、干扰信号的抑制，控制逻辑的优化、控制系统故障应急预案的完善等。需要从设计开始，贯穿基建安装调试、运行检修维护和管理的整个过程。2.1大机组热工典型控制策略研究目前大机组所采用的辅机逻辑控制策略，同协调控制策略一样，基本上是随各机组的DCS控制系统从国外引进的技术，虽然各有其特点，但技术差异较大。热工保护和辅机控制逻辑的正确与完善，是大机组安全运行的基础。热控误动有相当多的原因来自于辅机控制逻辑的不正确或不完善，尤其是新建机组。新建机组投产的前几年，热控专业一直在进行着辅机控制逻辑的改进和完善工作。但这种改进和完善，多是针对已经发生的故障或发现的某种故障隐患，因此这种改进还是单一的和比较局限的。控制逻辑的改进应进行综合比较和整体优化，充分采用容错逻辑设计方法，对运行中容易出现故障的这类设备，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整个控制逻辑的失效，只有这样才能形成系统性的技术优势，也便于推广。这方面浙江省电力试验研究院开展了一些工作，由付总工、教授级高工朱北恒主持的《大机组热工典型控制策略研究》项目，提出了热控设计原则、逻辑优化方法。将特定的容错控制技术、控制系统资源的有效利用技术应用于火电厂热工自动控制系统的设计，更广泛地探讨提高控制系统可靠性的方法和途径。其提供的容错逻辑设方法、各种类型机组的典型逻辑图、SAMA图，为大机组热工辅机逻辑控制和模拟量控制的设计、咨询、技术改进，以及开展机组故障原因分析等工作提供了技术支持，课题组提供的典型CAD图版为新建机组热控系统设计和组态工作提供了参考。2.2完善《分散控制系统故障应急处理预案》研究目前国内大中型火力发电机组热力系统的监控，普遍采用分散控制系统，电气系统的部分控制也正在逐渐纳入其中。由于分散控制系统形式多样，各厂家产品质量不一，分散控制系统各种故障，如供电电源失电、全部操作员站“黑屏”或“死机”、部分操作员站故障、控制系统主从控制器或相应电源故障、通讯中断、模件损坏等故障仍时有发生。有些因处理不当，造成故障扩大，甚至发生炉爆管、机大轴烧损的事故。因此防止分散控制系统失灵、热控保护拒动造成事故的发生也就成为机组安全经济运行的重要任务。浙江省电力系统热控技术监督从2001年开始，要求所属电厂制定分散控制系统故障时的应急处理预案，并对运行和检修人员进行事故演练。但到目前为此各电厂编写内容参差不齐，有些电厂预案内容不能满足控制系统故障时的处理需求，而通过与外省一些电试院和电厂的交流，这一工作的开展也不很理想，或无此预案，或对故障的处理起不到指导作用，多数还是凭着运行和检修人员的经验来处理，结果发生了不该出现的局面。我们在总结提炼开展《分散控制系统故障应急处理预案》工作经验的基础上，结合DCS中存在的可靠性问题处理方法研究的同时，组织进行《分散控制系统故障应急处理导则》的研究工作，探讨电厂《分散控制系统故障应急处理预案》的完善方向，并以此在浙江兰溪电厂600MW机组上进行了反事故演习工作。旨在提高运行维护人员的事故处理能力，减少机组或设备运行异常时，因操作不当所造成的故障扩大事件的发生。2.3提高热控自动化系统可靠性的专题研究为贯彻“坚持预防为主，落实安全措施，确保安全生产”的方针，原国家电力公司于2000年9月28日颁发国电发[2000]589号《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》，国家发展和改革委员会于2004年11月颁发了电力行业标准《热工自动化系统检修运行维护规程》，此外电力系统近几年持续开展了设备安全评价工作。这些都对防止电力生产重大事故，提高热工自动化系统的可靠性，保证电厂安全经济运行发挥了重要作用。但随着近几年机组容量和控制系统复杂性的增加，因热工原因引起的机组跳闸事件时有发生，表现出热工系统的可靠性还存在着不少薄弱环节。为此在调研、总结、提练安全生产最新技术和经验教训的基础上，针对热工系统可靠性存在的薄弱环节，我们开展了一些专题研究工作，如：1）提高TSI系统运行可靠性的若干技术措施研究由于TSI系统导致机组运行异常的情况时有发生，为此各大发电公司都在为提高TSI系统的可靠性，组织研讨和专业会议，制定相应的反事故措施。一些发电公司还要求所属机组的TSI信号单点保护在机组并网带负荷后退出运行。浙江省也不例外，仅2006年1月至2007年4月，浙江省内电厂的机组，因TSI系统保护误动而引起的跳机事件就多达6次，影响了发电机组的安全稳定运行，也引起了我们对电厂TSI系统运行情况的重点关注。在完成省内电厂近60台机组TSI系统运行情况调研和异动案例的统计、归类分析和研究的基础上，提出了“从优化TSI系统电源及保护逻辑，减少单点信号保护引起机组误动的概率着手，通过全面核查TSI系统连接线路的规范性，完善TSI系统的安装检修和运行维护管理方法，来提高TSI系统的运行可靠性”的思路，并本着“既要防止拒动，也要防止误动”的原则，提出了提高TSI系统运行可靠性的建议，然后我们组织召开了省内电厂提高TSI系统可靠性专题研讨会，邀请厂家就现场安装调试、检修维护等方面进行技术讲解，各电厂交流了TSI系统的检修运行维护经验，分析了TSI系统的事故案例、普遍存在的问题和单点信号保护逻辑的可靠性，深入研讨了我们提出的反措建议，最后形成《提高TSI装置运行可靠性的技术要求》，现作为浙江省能源公司反措要求，正在浙江省各电厂实施。2）提高热工接地系统可靠性和抗干扰能力的技术措施研究火电厂的热工自动化系统工作环境存在大量复杂的干扰，其表现轻则影响测量的准确性和系统工作的稳定性，严重时会造成设备故障或控制系统误发信号造成机组跳闸，因此热工自动化系统最重要的问题之一，就是如何有效地抑制干扰，提高所采集信号的可靠性。接地是抑制干扰、提高DCS系统可靠性的有效办法之一，本应引起足够的重视，然而在基建和生产过程中，却发现大量的热工保护误动事件都与接地有一定的关联。随着近几年因接地原因导致热工系统运行异常的案例增多，引起了人们对接地问题的重视。为制定有效的机组反事故措施，减少因接地异常对机组安全运行的影响，我们经各电厂热工专业的配合，在完成对浙江省电力行业各电厂机组接地系统运行情况初步调研的基础上，就热工自动化系统的接地问题进行了专题分析探讨后，提出了提高热工接地系统可靠性和搞干扰能力技术措施的初步意见，然后组织召开了省内电厂热工系统接地与干扰问题专题研讨会，通过事件案例和处理方法的交流、疑难问题的分析，深入探讨了我们提出的反措建议，我们准备带着一些尚未解决的问题，继续收集资料、寻求专家咨询和指教，完成提高热工系统接地可靠性与抗干扰能力的若干技术措施的研究。3）热工控制逻辑优化研究热工控制逻辑，仅根据被控设备的工艺要求设计，往往经不起实际运行的考验。一台新建机组（甚至运行多年的机组）的控制逻辑往往会发生这样或那样的问题，除了设计单位套用典型设计，未很好总结改进前者设计控制逻辑的优劣外，还因为构成热工控制系统的测量部件（测温元件、导压管、阀门、逻辑开关、变送器）、过程部件（继电器接点、模件等）、执行部件（执行机构、电磁阀、气动阀等）和连接电缆等，由于产品质量、环境影响、运行时间延伸和管理维护等因素的变化，容易出现故障而引起。经统计不少故障，仅仅是因为某一个位置开关接触不良或某一个挡板卡涩而造成机组跳闸，如逻辑设计时考虑周全性本就可以避免。我们通过对历年热控自动化系统故障原因的分析和研讨，在总结、提炼热工自动化设备运行检修、管理经验和事故教训的基础上，对热工保护连锁信号取样点的可靠性进行论证确认，对控制系统的硬件、逻辑条件、定值进行可靠性梳理和评估分析，对机组设备安全运行有严重影响的热工保护逻辑从提高可靠性角度进行优化，对经常误跳又无法实现信号冗余的单点信号保护，如对安全运行影响不大或报警后通过运行人员的操作能确保设备安全的改为报警。逻辑优化研究取得了良好的效果，大大提高了机组的安全运行可靠性，有效地减低了因热工控制问题引起机组非计划停运的次数和主要辅机保护的误动次数，如嘉兴发电厂Ⅱ期4×600MW机组于2005年先后投产后运行至今，除2007年1月11日#4机组#4瓦轴瓦温度误发信号（汽机内部元件出线磨损先接地后损坏）发生一次跳机外，未发生其它由于热控原因引起机组非计划停运。4）单点信号保护逻辑优化当用作联锁保护的测量信号本身不可靠时，对应系统的误动概率会大大增加。然而火电机组热工保护联锁系统中的触发信号，采用了不少单点测量信号。由于这些设备和系统运行在一个强电磁场环境