摘要:討論了火電廠熱工保護(hù)設(shè)計(jì)、分散控制系統(tǒng)(DCS)及其后備監(jiān)控設(shè)備配置和以“開放”的思想引進(jìn)電控安全技術(shù)等三個(gè)方面的具體安全技術(shù)問題,以期在統(tǒng)一指導(dǎo)思想基礎(chǔ)上,對長期以來積累的具體安全技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)取得共識(shí)。
　　關(guān)鍵詞:火電廠;熱工自動(dòng)化;安全技術(shù);指導(dǎo)思想
　　0引言
　　我國火電廠隨著以DCS為中心的先進(jìn)設(shè)備的應(yīng)用及控制和保護(hù)技術(shù)的完善,大型火電機(jī)組的安全狀況有了很大改善。但應(yīng)看到,近年來,汽輪機(jī)超速、爐膛(煙道)爆炸、汽包滿缺水導(dǎo)致鍋爐爆管和汽輪機(jī)帶水、大軸彎曲,甚至造成人身傷害的重大事故仍時(shí)有發(fā)生,熱工自動(dòng)化系統(tǒng)造成的機(jī)組甚至全廠非計(jì)劃停運(yùn)事故也頻頻發(fā)生。因此,仍應(yīng)對火電廠的安全問題給予高度關(guān)注。
　　目前,我國火電廠熱工自動(dòng)化安全技術(shù)雖然有了長足進(jìn)步,也積累了較豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),但是,要使這些技術(shù)成為共識(shí)、形成規(guī)范,需要從安全指導(dǎo)思想層面對它進(jìn)行討論,統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。因此,本文不重點(diǎn)討論安全技術(shù)的具體問題,而著重探討熱工自動(dòng)化安全技術(shù)配置的指導(dǎo)思想。
　　1熱工保護(hù)設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想
　　如何處理“保人身、保電網(wǎng)、保設(shè)備”和“保發(fā)電”的關(guān)系,以及如何對待事故處理中依靠人還是依靠熱工保護(hù),決定了火電廠熱工保護(hù)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想,而不同的指導(dǎo)思想又決定了各個(gè)歷史階段具體熱工保護(hù)系統(tǒng)的配置。我國火電廠熱工保護(hù)發(fā)展經(jīng)歷了不同指導(dǎo)思想的三個(gè)發(fā)展階段。
　　1.1低級階段
　　20世紀(jì)80年代,我國火電廠熱工保護(hù)處于發(fā)展的低級階段,其特征是以報(bào)警為主,跳閘保護(hù)項(xiàng)目很少;事故處理時(shí)強(qiáng)調(diào)人的作用,依靠運(yùn)行人員處理;處理事故的原則是盡量不跳機(jī)、保發(fā)電。這在當(dāng)時(shí)熱工自動(dòng)化技術(shù)落后、可靠性低,機(jī)組容量小、參數(shù)變化慢以及電網(wǎng)容量小、比較脆弱的情況下,這種指導(dǎo)思想是完全正確的。
　　1.2適應(yīng)大機(jī)組的發(fā)展階段
　　20世紀(jì)90年代,我國電力行業(yè)逐步進(jìn)入大電網(wǎng)、大機(jī)組時(shí)期,熱工自動(dòng)化技術(shù)飛躍發(fā)展,這種背景下,產(chǎn)生了一種全新的熱工保護(hù)設(shè)計(jì)理念,主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面:
　　(1)堅(jiān)持“保人身、保電網(wǎng)、保設(shè)備”第一的安全指導(dǎo)思想,在大電網(wǎng)條件下,決不可將不跳機(jī)、保發(fā)電等同于保電網(wǎng)。
　　(2)發(fā)揮人的能動(dòng)性主要體現(xiàn)在精心設(shè)計(jì)和選型、精心調(diào)試上,事故處理的緊急情況下應(yīng)首先依靠熱工保護(hù),運(yùn)行人員則發(fā)揮輔助作用。
　　汽輪機(jī)降低負(fù)荷不及時(shí),汽壓和汽溫急劇下降有可能導(dǎo)致蒸汽帶水,管道和汽輪機(jī)水沖擊。此外,這種降負(fù)荷過程以及突降到低負(fù)荷下運(yùn)行將造成汽包、汽輪機(jī)極大的熱應(yīng)力和汽輪機(jī)脹差,這類事故并不少見。至于帶廠用電的好處,對于大電網(wǎng)和多機(jī)組電廠來說,作用并不明顯,而對于孤網(wǎng)運(yùn)行且由于系統(tǒng)解列導(dǎo)致鍋爐MFT停運(yùn)情況,帶廠用電是有重要意義的,但目前傳統(tǒng)的汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)(DEH)和自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器(AVR)系統(tǒng)無法滿足這方面要求,對于這類特殊電廠需作專門設(shè)計(jì)。
　　對于恢復(fù)快和電網(wǎng)考核,這屬于經(jīng)濟(jì)方面的考慮。大型單元機(jī)組解列與否對恢復(fù)時(shí)間的影響并不很大。此外,這種考核方法也值得商討,不正確的考核會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的導(dǎo)向。對于電網(wǎng),如果機(jī)組帶不上負(fù)荷,并網(wǎng)與否差別不大(僅差帶無功),電廠中有多臺(tái)機(jī)組,恢復(fù)略慢所差負(fù)荷完全可由其他機(jī)組補(bǔ)上。為了經(jīng)濟(jì)上的這點(diǎn)小利冒如此大的風(fēng)險(xiǎn),并將如此大的責(zé)任壓到運(yùn)行人員身上,顯然是不妥的。
　　1.3進(jìn)一步完善化的發(fā)展階段
　　我國大機(jī)組熱工保護(hù)理念及其配置從引進(jìn)到現(xiàn)在的是10多年來,人身傷害和設(shè)備損壞等重大事故大幅減少,而保護(hù)誤動(dòng)造成非計(jì)劃停運(yùn)的事故與初期相比雖然有所減少,但是仍高達(dá)平均每臺(tái)機(jī)組2～4小時(shí)發(fā)生1次,由此帶來不小的經(jīng)濟(jì)損失。因此,客觀上要求熱工保護(hù)進(jìn)一步完善化,即在堅(jiān)持“保人身、保電網(wǎng)、保設(shè)備”的前提下盡可能減少誤動(dòng),以獲取機(jī)組最好的發(fā)電經(jīng)濟(jì)效益�！痘鹆Πl(fā)電廠熱工自動(dòng)化安全技術(shù)指南》[1]中規(guī)定的一些保護(hù)邏輯修改正是反映了這一發(fā)展階段的部分成果,例如:
　　(1)四角噴燃鍋爐的中速磨煤機(jī)跳閘條件應(yīng)修改為:A(B/C/D/E)層相鄰兩角或三角火焰喪失,且相鄰層火焰和該層點(diǎn)火能源都喪失。
　　(2)對于汽輪機(jī)振動(dòng)保護(hù)常誤動(dòng)、可靠性差以致該保護(hù)不能投入的機(jī)組,允許“汽輪機(jī)振動(dòng)大”跳機(jī)的邏輯修改為:一個(gè)軸承振動(dòng)達(dá)到事故值,且相鄰軸承任一振動(dòng)達(dá)到報(bào)警值,經(jīng)一定延時(shí)后應(yīng)立即停機(jī)。邏輯修改后,當(dāng)任一軸承振動(dòng)達(dá)到事故值時(shí),應(yīng)有明顯的聲光報(bào)警,此時(shí),運(yùn)行人員應(yīng)及時(shí)進(jìn)行判別,除非明確斷定是振動(dòng)信號誤發(fā),否則運(yùn)行人員應(yīng)及時(shí)手動(dòng)停機(jī)。
　　2DCS及其后備監(jiān)控設(shè)備配置指導(dǎo)思想
　　目前DCS不僅覆蓋了熱工自動(dòng)化方面的所有功能,還包括了電氣監(jiān)控功能,后備監(jiān)控設(shè)備也幾乎全部取消。這在提高儀表與控制(I&C)水平的同時(shí)也使DCS對火電廠安全性的影響日益增大,DCS故障導(dǎo)致機(jī)組安全隱患、機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn),甚至全廠(或兩臺(tái)機(jī)組)停電事故的機(jī)率明顯增加。為進(jìn)一步提高火電機(jī)組運(yùn)行的安全性,需進(jìn)一步發(fā)展DCS的安全技術(shù)。
　　DCS安全技術(shù)包括兩個(gè)方面:(1)提高DCS可靠性,從源頭上減小DCS故障發(fā)生率,如提高DCS電磁兼容性、開發(fā)安全控制器等。為此,《火力發(fā)電廠熱工自動(dòng)化安全技術(shù)指南》已進(jìn)一步提出一系列要求。(2)合理配置DCS及其后備監(jiān)控設(shè)備,減小DCS故障的影響程度。
　　根據(jù)當(dāng)DCS故障時(shí)最大限度減小對機(jī)組安全運(yùn)行的影響這一指導(dǎo)思想,《火力發(fā)電廠熱工自動(dòng)化安全技術(shù)指南》中提出一系列新的DCS配置要求,例如:
　　(1)對于循環(huán)水泵、空冷機(jī)組的冷卻水泵及儀用空壓機(jī)等重要公用系統(tǒng)(或擴(kuò)大單元系統(tǒng)),應(yīng)按單元或分組納入單元機(jī)組DCS中,以免因公用DCS故障而導(dǎo)致全廠或兩臺(tái)機(jī)組同時(shí)停止運(yùn)行。
　　(2)控制器宜按工藝系統(tǒng)功能區(qū)配置。重要的多臺(tái)冗余或組合的輔機(jī)(輔助設(shè)備)應(yīng)按下列原則配置,以確保一對控制器故障不會(huì)造成機(jī)組被迫停止運(yùn)行:a.送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、凝結(jié)水泵和循環(huán)水泵等兩臺(tái)冗余的重要輔機(jī)及A、B段廠用電應(yīng)分別配置在不同的控制器中,但允許送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)等縱向組合在一個(gè)控制器中。b.給水泵、磨煤機(jī)和油燃燒器等多臺(tái)冗余或組合的重要設(shè)備應(yīng)適當(dāng)分組配置到幾個(gè)控制器中。
　　(3)為了減少一對控制器故障對模擬量控制系統(tǒng)失靈造成的影響,重要模擬量控制回路應(yīng)適當(dāng)分散配置,影響同一重要參數(shù)的控制回路應(yīng)盡量配置在不同控制器中,如主蒸汽一級和二級減溫控制系統(tǒng)、再熱蒸汽擺動(dòng)火嘴和噴水控制系統(tǒng)、送風(fēng)和引風(fēng)控制系統(tǒng)等不宜配置在同一對控制器中。
　　(4)控制器(包括汽包水位控制器)的配置必須嚴(yán)格遵循重要保護(hù)和控制分開配置的獨(dú)立性原則。
　　(5)DEH控制器應(yīng)按失電或故障時(shí)自動(dòng)停止機(jī)組運(yùn)行的故障安全原則配置。爐膛安全系統(tǒng)(FSS)和汽輪機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)(ETS)控制器在其繼電器執(zhí)行回路已按故障安全原則配置時(shí),其跳閘輸出可按帶電動(dòng)作原則配置。
　　對于DCS后備監(jiān)控設(shè)備,也應(yīng)根據(jù)下述問題對目前的配置方案重新進(jìn)行思考:①在DCS局部故障時(shí)能否維持短時(shí)穩(wěn)定負(fù)荷下運(yùn)行;②DCS在發(fā)生全局性或重大故障而緊急停機(jī)過程中能否確保機(jī)組的真正安全。但對以上問題,系統(tǒng)分析和實(shí)踐都無法給出肯定無誤的回答。
　　當(dāng)DCS發(fā)生全局性或重大故障時(shí),目前機(jī)組配置的后備操作設(shè)備提供了發(fā)出停機(jī)、停爐,啟動(dòng)交、直流潤滑油泵,打開真空破壞門等指令的手段,但停機(jī)、停爐是一個(gè)復(fù)雜的過程,需要進(jìn)行一系列操作,這將全部依賴獨(dú)立于DCS的保護(hù)和聯(lián)鎖回路去自動(dòng)執(zhí)行。當(dāng)DCS發(fā)生局部故障時(shí),若一對冗余的給水控制器、汽溫控制器或爐膛負(fù)壓控制器故障,如仍想維持短時(shí)運(yùn)行,則目前的DCS控制器配置及后備監(jiān)控設(shè)備配置是否能滿足要求,答案也是否定的。
　　根據(jù)上述配置指導(dǎo)思想,作者認(rèn)為目前的后備監(jiān)控儀表和報(bào)警裝置應(yīng)按下列要求修改配置:
　　(1)后備監(jiān)視儀表:a.鍋爐汽包電接點(diǎn)水位表(必須選用經(jīng)實(shí)踐證明安全可靠,全程測量準(zhǔn)確);b.鍋爐爐膛火焰工業(yè)電視;c.凝汽器真空表;d.汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速表;e.發(fā)電機(jī)功率表。
　　(2)后備報(bào)警裝置:為確保DCS故障時(shí)維持機(jī)組穩(wěn)定負(fù)荷下短時(shí)運(yùn)行或緊急停機(jī)過程中的安全,必須監(jiān)視一些重要安全參數(shù)是否在安全范圍內(nèi),主要跳閘或聯(lián)鎖保護(hù)是否正確動(dòng)作,但裝設(shè)過多后備儀表和后備操作設(shè)備帶來的問題較多。因此,適當(dāng)增加后備報(bào)警裝置,用較小代價(jià)換取機(jī)組的安全是最好的選擇。建議單元機(jī)組必須按下列原則配置足夠數(shù)量的報(bào)警信號:a.主要安全參數(shù)達(dá)到二值和三值;b.主要電源和氣源消失;c.機(jī)組跳閘和主要保護(hù)聯(lián)鎖動(dòng)作。
　　3“開放”思想引進(jìn)電控安全技術(shù)
　　目前DCS不但覆蓋機(jī)組熱工自動(dòng)化功能,而且早已將機(jī)組電控也納入其中,甚至不久將在一個(gè)電廠內(nèi)用同型DCS實(shí)現(xiàn)電氣網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控功能。但DCS的開發(fā)和應(yīng)用長期以來一直以熱工自動(dòng)化專業(yè)為主體,因此,為了推動(dòng)DCS技術(shù)進(jìn)步,開發(fā)和應(yīng)用DCS的熱工自動(dòng)化公司和技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)“開放”思想,研究電控的需要,引進(jìn)電控的技術(shù),特別是安全技術(shù),使DCS的開發(fā)和應(yīng)用全面吸收兩個(gè)專業(yè)發(fā)展的技術(shù)成果,并使DCS成為充分滿足機(jī)組(或全廠)而不是某個(gè)專業(yè)用的自動(dòng)化系統(tǒng)。
　　4結(jié)語
　　我國火電廠熱工自動(dòng)化安全技術(shù)飛速發(fā)展,并積累了豐富的經(jīng)驗(yàn),為了統(tǒng)一認(rèn)識(shí),正確總結(jié)經(jīng)驗(yàn),需要有一個(gè)適應(yīng)形勢發(fā)展的新的安全技術(shù)配置的指導(dǎo)思想。但是,當(dāng)這些安全技術(shù)還沒有成為行業(yè)規(guī)范或適當(dāng)?shù)男姓�指令時(shí),設(shè)計(jì)單位或電力企業(yè)往往不敢應(yīng)用。我國電力行業(yè)技術(shù)管理相對比較落后,特別是國家電力公司解體以來,行業(yè)技術(shù)管理明顯削弱,這涉及深層次體制問題,期盼有關(guān)各方共同努力,盡快推進(jìn)這個(gè)問題的解決。
　　參考文獻(xiàn):
　　[1]侯子良,侯云浩.火力發(fā)電廠熱工自動(dòng)化安全技術(shù)指南[M].北京:中國電力出版社,2007.

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