CN105332744B - 火力发电机组防止热工保护系统失灵的核查方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于火力发电机组自动控制技术领域，尤其涉及火力发电机组防止热工保护系统失灵的核查方法。其中热工保护系统的构成要素包括：机组主保护系统逻辑设计、机组重要辅机保护系统设计、仪表测量取样、DCS硬件地址分配；核查方法包括：收集热工保护系统设计资料，了解火力发电机组热工保护系统组成状况、运行方式、运行参数；结合最新国家电力行业规程和规范，对火力发电机组热控保护系统进行核查，发现设计缺陷和安全隐患；提出整改方案进行现场整改，完成静态试验和动态试验，火力发电机组投入安全运行；如无法满足要求，则返回到整改及试验步骤，直到满足要求。本发明核查步骤简洁清晰，安全可靠，现场调试过程简单，便于操作和实施。
Description
技术领域
本发明属于火力发电机组自动控制技术领域，尤其涉及一种火力发电机组防止热工保护系统失灵的核查方法。可用于火力发电机组热工保护系统设计缺陷和安全隐患的排查，提升机组热工保护系统防止拒动作和防止误动作的能力。
背景技术
机组热工保护系统是火力发电厂一个十分重要的、不可缺少的组成部分，对提高机组主辅设备的可靠性和安全性具有十分重要的作用。在机组发生某些可能引发严重后果的故障时，及时采取相应的措施加以保护，从而软化故障，停机待修，避免发生重大的设备损坏和人身伤亡事故。
近年来，热控系统在火力发电厂的应用得到了突飞猛进的发展，依靠技术和经济优势，热工保护系统逐步渗透到火力发电厂各个控制领域中。随着机组容量的上升，控制功能和范围的扩大，热工保护系统整体呈现扩散化、多样化发展，保护系统故障树变的更加庞大，整体失效率呈突增式井喷发展。因此，国家电力行业规程和规范不断进行了修订，热工保护系统设计的可靠性、合理性、完善性等要求日益提高。许多长期服役机组其设计必然不能完全满足当今最新电力行业规程的相关规定，新建机组由于基建期间生产建设周期的压缩等不利原因，间接影响到其设计水平和调试质量，从而导致热工保护系统的可靠性降低。
根据有关统计，热工保护系统误动作和拒动作的情况在各个电厂时有发生，如何防止机组热工保护系统失灵和热工保护系统误动作成为火力发电厂日益关注的焦点，如何对火力发电厂热工保护系统进行全面的核查和整改将变得十分必要。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种火力发电机组防止热工保护失灵的核查方法，其目的是为了对现有火力发电机组热工保护系统进行有效核查，防止热工保护失灵、提高火电机组运行的安全可靠性，大幅降低生产单位的运营成本，提高生产运营企业的利润率。
本发明是通过下述技术方案实现的：
火力发电机组防止热工保护系统失灵的核查方法：其中热工保护系统的构成要素包括机组主保护系统逻辑设计、机组重要辅机保护系统设计、仪表测量取样、DCS硬件地址分配；
核查方法包括如下步骤：
第一步：收集热工保护系统设计资料，充分了解火力发电机组热工保护系统组成状况、运行方式、运行参数；第二步：结合最新国家电力行业规程和规范，按既定方法对火力发电机组热控保护系统进行核查，发现设计缺陷和安全隐患；第三步：提出整改方案进行现场整改，完成热工保护系统的静态试验和动态试验，火力发电机组投入安全运行；如果无法满足整改和试验要求，则返回到整改及试验步骤，直到满足要求。
所述的设计缺陷和安全隐患包括，由于热工保护系统逻辑设计不合理、系统不完善、保护信号取样和DCS硬件地址分配不合理的缺陷导致的热工保护系统误动作、拒动作现象。
所述的核查，是指按既定的分类项目和核查流程对热工保护系统进行核查，按所述各原理示意图和分列表进行核查，记录其中需要整改部分。
所述的热工保护系统对防止热工保护失灵的措施包括：(1)重要辅机设备的指令配置和输出方式；(2)涉及机组安全的重要设备应有独立于分散控制系统的硬接线操作回路；(3)机炉主保护指令系统；(4)保护信号处理；(5)锅炉灭火保护核查；(6)三断保护核查；(7)热工保护逻辑合理性核查。
所述的重要辅机设备的指令配置和输出方式：除紧急停机电磁阀控制外，其它所有设备都应采用脉冲信号控制，防止分散控制系统失电导致停机停炉时，引起该类设备误停运，照成重要主设备或辅机的损坏；核查内容如下：(1)控制器分配：冗余、并列运行的重要辅机设备，应分配到不同的控制器，遵循机组重要功能分开的独立性配置原则；(2)指令输出方式：除少数电磁阀外，设备远方合闸分闸指令输出必须为脉冲控制，不可在DCS端长指令信号保持；(3)输出指令端子排核查：对于重要设备的输出指令信号线，不宜为降低工程造价采用公共端子；(4)设备本体保护测点配置核查：设备本体保护重要测点应同该设备进入同一控制器内，不宜分散到其它控制器采用网络通讯方式。
所述的涉及机组安全的重要设备应有独立于分散控制系统的硬接线操作回路的核查内容如下：(1)汽轮机润滑油压力低信号应直接送入事故润滑油泵电气启动回路，确保在没有分散控制系统控制的情况下能够自动启动，保证汽轮机的安全；(2)独立性检查：硬接线操作回路应独立于分散控制器系统，指令回路应于分散控制器系统的指令信号在就地电气回路并接，严格禁止在分散控制系统机柜内进行并接。
所述的机炉主保护指令系统，核查内容如下：(1)保护分项投切开关核查：所有机炉保护分项均不得设置供运行人员操作的保护投切开关；(2)汽轮机跳闸至电气跳闸大联锁指令核查：电气侧发电机解列应设计程序逆功率动作，不可完全依靠电气实际逆功率动作至发电机解列；程序逆功率设计应考虑主汽门信号的容错性处理；(3)锅炉跳闸至汽轮机跳闸大联锁指令核查：保护系统通道宜采用双冗余配置；(4)发电机跳闸至汽轮机跳闸大联锁指令核查：发电机跳闸汽轮机设计包含两路：发电机解列(发电机出口开关分闸信号)和发变组故障；(5)汽轮机跳闸至锅炉跳闸大联锁指令核查：保护系统通道宜采用双冗余配置；(6)机组跳闸指令回路核查：机组跳闸指令应优先于其他任何指令，应设计硬接线跳闸回路；分散控制系统的控制器发出的机、炉跳闸信号应作到三冗余配置，三冗余通道地址应分配到不同的分支或机笼，分配到不同的卡件上。
所述的保护信号处理：核查内容如下：(1)热工保护信号冗余性核查：重要参数测点、参与机组和设备保护的测点应冗余配置，冗余I/O测点应分配在不同模件上；核查以下信号，宜用冗余配置，参考核查测点；(2)重要的主、辅机保护都应采用“三取二”的逻辑判断方式：应对保护信号取样点和输入模件全程独立性进行核查；(3)核查所有模拟量三取二程序设计；(4)单点热电阻保护信号核查；确因实际情况不得不使用单点热电阻的，应加入升速率判断；(5)保护系统优先原则：触发机组跳闸的保护信号的开关量仪表和变送器应单独设置，当确有困难而需与其他系统合用时，其信号应首先进入保护系统。
所述的三断保护核查：重要控制回路的执行机构应具有三断保护：断汽、断电、断信号功能，特别重要的执行机构，还设有机械闭锁措施。
本发明的有益效果是：
(1)防止热工保护失灵的核查标准、依据明确，核查方法系统化、规范化、标准化，核查对象内容涵盖范围确定，核查步骤简洁清晰，便于操作和实施。
(2)可有效提高机组DCS热工保护系统的可靠性，降低由于热工保护失灵而导致的热工保护误动作和拒动作发生的概率，减少由于热工保护失灵而导致的机组跳闸和设备损坏事故的发生。
(3)通过系统核查，消除了潜在性风险，减少了热工保护失灵导致的机组非停次数，降低了生产企业的运营成本，提高了生产运营企业的利润率，对于提高火电机组运行的安全性和经济性有着十分重要的意义。
2014年4月，国家能源局颁布了最新的《防止电力生产事故的二十五项重点要求》，对防止热工保护失灵提出了新的纲领性要求，对于新建机组的设计、现有机组的保护系统评估具有重要的指导意义。本发明按最新电力行业规程的指导要求，结合近些年各研究机构对火电机组热工保护系统设计的实例经验，提出了一整套完整的防止热工保护失灵的系统核查方法。
按发明提出的方法进行热工保护系统设计，可规范设计流程、简化实施步骤、减少设计缺陷、提高工程进度和完成质量；按本文提出的方法进行热工保护系统核查，可及时、准确、全面的发现易导致热工保护失灵的各种设计缺陷，从而为机组热工保护系统局部整改提供实际指导，具有很强的实效性。
本发明的核心思想是把电力行业规程与企业的生产运行实践相结合，依据规程提出更加具体和合理的核查方法，最大限度的消除火电机组运行隐患，防止热工保护失灵的事故发生，保证机组安全可靠的运行。
本发明通过现有机组热工保护控制系统，核查标准明确，过程方法系统完善，现场调试过程简单，便于工程实现。
以下结合附图和实施例，将对本发明的较佳实施例加以详细说明。
附图说明
图1是本发明控制器分配原理示意图；
图2是本发明指令输出方式原理示意图；
图3是本发明汽轮机跳闸至电气跳闸大联锁指令核查原理示意图；
图4是本发明锅炉跳闸至汽轮机跳闸大联锁指令核查原理示意图；
图5是本发明发电机跳闸至汽轮机跳闸大联锁指令核查原理示意图；
图6是本发明汽轮机跳闸至锅炉跳闸大联锁指令核查原理示意图；
图7是本发明重要的主、辅机保护都应采用“三取二”的逻辑判断方式原理示意图；
图8是本发明核查所有模拟量三取二程序设计原理示意图；
图9是本发明单点热电阻保护信号核查原理示意图；
图10是本发明保护系统优先原则原理示意图；
图11是本发明锅炉灭火保护核查原理示意图；
图12是本发明热工保护逻辑合理性核查原理示意图；
图13是本发明方法流程框图。
具体实施方式
本发明是一种火力发电机组防止热工保护失灵的核查方法，是按照最新国家电力行业规程和规范的相关要求，按既定的核查方法和分类流程，发现火力发电机组热工保护系统的设计缺陷和安全隐患，防止热工保护失灵。
具体实现步骤如下：
第一步：收集热工保护系统设计资料，充分了解火力发电机组热工保护系统组成状况、运行方式、运行参数；
第二步：结合最新国家电力行业规程和规范，按既定方法对火力发电机组热控保护系统进行核查，发现设计缺陷和安全隐患；
第三步：提出整改方案进行现场整改，完成热工保护系统的静态试验和动态试验，火力发电机组投入安全运行。如果无法满足整改和试验要求，则返回到整改及试验步骤，直到满足要求。
本发明核查标准必须符合最新国家电力行业规程和规范的要求。
本发明热工保护系统的构成要素包括机组主保护系统逻辑设计、机组重要辅机保护系统设计、仪表测量取样、DCS硬件地址分配。
本发明是将最新电力行业规程与机组热工保护所述内容有效的结合，对于机组热工保护系统的各构成要素，应用所述的相关规程和规定进行系统性核查，发现其中的设计缺陷和安全隐患。
所述的导致热工保护系统失灵设计缺陷和安全隐患包括，由于热工保护系统逻辑设计不合理、系统不完善、保护信号取样和DCS硬件地址分配不合理等缺陷导致的热工保护系统误动作、拒动作现象。
按既定的分类项目和核查流程对热工保护系统进行核查，按所述各原理示意图和分列表进行核查，记录其中需要整改部分。
本发明内容针对热工保护系统的七大分类和部分，其中分别对防止热工保护失灵的具体内容作了详解或提出相应措施。
1、重要辅机设备的指令配置和输出方式。除紧急停机电磁阀控制外，其它所有设备都应采用脉冲信号控制，防止分散控制系统失电导致停机停炉时，引起该类设备误停运，照成重要主设备或辅机的损坏。核查内容如下：
(1)控制器分配。冗余、并列运行的重要辅机设备，应分配到不同的控制器，遵循机组重要功能分开的独立性配置原则，参考设备如表1所示，表1是主要辅机设备控制器分配核查表。原理示意图如图1所示。图1描述了重要设备控制器独立性配置的基本原则。核查时，检查表1中设备，若其设备硬件地址系统配置不合理，违背独立性配置原则，则应分别按原理示意图1进行整改。
(2)指令输出方式。除少数电磁阀外，设备远方合闸分闸指令输出必须为脉冲控制，不可在DCS端长指令信号保持。参考设备如表2所示，表2是重要辅机指令方式核查表。原理示意图如图2所示。图2分别描述了指令的长信号控制原理和脉冲控制原理。核查时，检查表2中的设备，若其中某设备合分闸指令设计为长指令保持方式，则应按原理示意图2进行整改。
(3)输出指令端子排核查。对于重要设备的输出指令信号线，不宜为降低工程造价采用公共端子。
(4)设备本体保护测点配置核查。设备本体保护重要测点应同该设备进入同一控制器内，不宜分散到其它控制器采用网络通讯方式。
2、涉及机组安全的重要设备应有独立于分散控制系统的硬接线操作回路。核查内容如下：
(1)汽轮机润滑油压力低信号应直接送入事故润滑油泵电气启动回路，确保在没有分散控制系统控制的情况下能够自动启动，保证汽轮机的安全。
(2)独立性检查。硬接线操作回路应独立于分散控制器系统，指令回路应于分散控制器系统的指令信号在就地电气回路并接，严格禁止在分散控制系统机柜内进行并接，具体回路如表3所示。
3、机炉主保护指令系统。核查内容如下：
(1)保护分项投切开关核查。所有机炉保护分项均不得设置供运行人员操作的保护投切开关。
(2)汽轮机跳闸至电气跳闸大联锁指令核查。电气侧发电机解列应设计程序逆功率动作，不可完全依靠电气实际逆功率动作至发电机解列；程序逆功率设计应考虑主汽门信号的容错性处理，原理示意图如图3所示。表3是硬接线操作回路检查表。表3中的硬接线操作回路是必不可少的，核查时，若缺少任一项则必须予以补充完整。若汽轮机跳闸电气系统设计有缺陷，则按原理示意图3进行整改。
(3)锅炉跳闸至汽轮机跳闸大联锁指令核查。保护系统通道宜采用双冗余配置，原理示意图如图4所示。图4中的任一通道配置都是必不可少的，若缺失则应按图4予以补充完整。
(4)发电机跳闸至汽轮机跳闸大联锁指令核查。发电机跳闸汽轮机设计应该包含两路：发电机解列(发电机出口开关分闸信号)和发变组故障，原理示意图如图5所示。图5中的任一通道配置都是必不可少的，若缺失则应按图5予以补充完整。
(5)汽轮机跳闸至锅炉跳闸大联锁指令核查。保护系统通道宜采用双冗余配置，原理示意图如图6所示。图6中的任一通道配置都是必不可少的，若缺失则应按图6予以补充完整。
(6)机组跳闸指令回路核查。机组跳闸指令应优先于其他任何指令，应设计硬接线跳闸回路。分散控制系统的控制器发出的机、炉跳闸信号应作到三冗余配置，三冗余通道地址应分配到不同的分支或机笼，分配到不同的卡件上。
4、保护信号处理。核查内容如下：
(1)热工保护信号冗余性核查。重要参数测点、参与机组和设备保护的测点应冗余配置，冗余I/O测点应分配在不同模件上。核查以下信号，宜用冗余配置，参考核查测点表如表4所示，表4是冗余测点核查表。本项核查应重点检查表4中的测点配置情况。
(2)重要的主、辅机保护都应采用“三取二”的逻辑判断方式。应对保护信号取样点和输入模件全程独立性进行核查，原理示意图如图7所示。图7说明了参与机组主保护、重要辅机保护的测点取样和地址分配原则，若不满足图7所示原则，则必须予以整改。
(3)核查所有模拟量三取二程序设计，原理示意图如图8所示。图8详细描述了模拟量测点三取二逻辑的输出原理，此设计可广泛应用于各种不同DCS控制器中。
(4)单点热电阻保护信号核查。确因实际情况不得不使用单点热电阻的，应加入升速率判断，原理示意图如图9所示。图9详细描述了判断热电阻测点温升过快的设计方法，速率过快时，按图9进行逻辑设计可自动切断保护系统，防止热工保护误动作。图9所示程序可广泛应用于各种不同DCS控制器中。
(5)保护系统优先原则。触发机组跳闸的保护信号的开关量仪表和变送器应单独设置，当确有困难而需与其他系统合用时，其信号应首先进入保护系统，原理示意图如图10所示。
5、锅炉灭火保护核查，如图11所示。图11全面的涵盖了灭火保护系统的组成要素，分别对图9中的各构成要素进行核查可检测出灭火保护系统的设计缺陷。
6、三断保护核查。重要控制回路的执行机构应具有三断保护：断汽、断电、断信号功能，特别重要的执行机构，还应设有可靠的机械闭锁措施，参考核查设备如表5所示，表5是三断保护检查表。
7、热工保护逻辑合理性核查，如图12。图12全面的涵盖了热工保护逻辑合理性检查的各个组成要素，分别对图12中的各构成要素进行核查可检测出热工保护逻辑设计的不合理之处。
表1主要辅机设备控制器分配核查表。
表2重要辅机指令方式核查表。
表3硬接线操作回路检查表。
表4冗余测点核查表。
表5三断保护检查表。
Claims (5)
1.火力发电机组防止热工保护系统失灵的核查方法，其特征是，热工保护系统的构成要素包括机组主保护系统逻辑设计、机组重要辅机保护系统设计、仪表测量取样、DCS硬件地址分配；
核查方法包括如下步骤：
第一步：收集热工保护系统设计资料，充分了解火力发电机组热工保护系统组成状况、运行方式、运行参数；
第二步：对火力发电机组热控保护系统进行核查，发现设计缺陷和安全隐患；
第三步：提出整改方案进行现场整改，完成热工保护系统的静态试验和动态试验，火力发电机组投入安全运行；如果无法满足整改和试验要求，则返回到整改及试验步骤，直到满足要求；
所述的热工保护系统对防止热工保护失灵的措施包括：
（1）重要辅机设备的指令配置和输出方式；
（2）涉及机组安全的重要设备应有独立于分散控制系统的硬接线操作回路；
（3）机炉主保护指令系统；
（4）保护信号处理；
（5）锅炉灭火保护核查；
（6）三断保护核查；
（7）热工保护逻辑合理性核查；
所述的设计缺陷和安全隐患包括，由于热工保护系统逻辑设计不合理、系统不完善、保护信号取样和DCS硬件地址分配不合理的缺陷导致的热工保护系统误动作、拒动作现象；
所述的核查，是指按分类项目和核查流程对热工保护系统进行核查，按各原理和分列表进行核查，记录其中需要整改部分；
所述的重要辅机设备的指令配置和输出方式：除紧急停机电磁阀控制外，其它所有设备都应采用脉冲信号控制，防止分散控制系统失电导致停机停炉时，造 成重要主设备或辅机的损坏；核查内容如下：
（1）控制器分配：冗余、并列运行的重要辅机设备，应分配到不同的控制器，遵循机组重要功能分开的独立性配置原则；
（2）指令输出方式：除少数电磁阀外，设备远方合闸分闸指令输出必须为脉冲控制，不可在DCS端长指令信号保持；
（3）输出指令端子排核查：对于重要设备的输出指令信号线，不宜为降低工程造价采用公共端子；
（4）设备本体保护测点配置核查：设备本体保护重要测点应同该设备进入同一控制器内，不宜分散到其它控制器采用网络通讯方式。
2.根据权利要求1所述的火力发电机组防止热工保护系统失灵的核查方法，其特征在于：所述的涉及机组安全的重要设备应有独立于分散控制系统的硬接线操作回路的核查内容如下：
（1）汽轮机润滑油压力低信号应直接送入事故润滑油泵电气启动回路，确保在没有分散控制系统控制的情况下能够自动启动，保证汽轮机的安全；
（2）独立性检查：硬接线操作回路应独立于分散控制器系统，指令回路应于分散控制器系统的指令信号在就地电气回路并接，严格禁止在分散控制系统机柜内进行并接。
3.根据权利要求1所述的火力发电机组防止热工保护系统失灵的核查方法，其特征在于：所述的机炉主保护指令系统，核查内容如下：
（1）保护分项投切开关核查：所有机炉保护分项均不得设置供运行人员操作的保护投切开关；
（2）汽轮机跳闸至电气跳闸大联锁指令核查：电气侧发电机解列应设计程序逆功率动作，不可完全依靠电气实际逆功率动作至发电机解列；程序逆功率设计应考虑主汽门信号的容错性处理；
（3）锅炉跳闸至汽轮机跳闸大联锁指令核查：保护系统通道宜采用双冗余配置；
（4）发电机跳闸至汽轮机跳闸大联锁指令核查：发电机跳闸汽轮机设计包含两路：发电机解列和发变组故障；发电机解列为发电机出口开关分闸信号；
（5）汽轮机跳闸至锅炉跳闸大联锁指令核查：保护系统通道宜采用双冗余配置；
（6）机组跳闸指令回路核查：机组跳闸指令应优先于其他任何指令，应设计硬接线跳闸回路；分散控制系统的控制器发出的机、炉跳闸信号应作到三冗余配置，三冗余通道地址应分配到不同的分支或机笼，分配到不同的卡件上。
4.根据权利要求1所述的火力发电机组防止热工保护系统失灵的核查方法，其特征在于：所述的保护信号处理：核查内容如下：
（1）热工保护信号冗余性核查：重要参数测点、参与机组和设备保护的测点应冗余配置，冗余I/O测点应分配在不同模件上；核查以下信号，宜用冗余配置，参考核查测点；
（2）重要的主、辅机保护都应采用“三取二”的逻辑判断方式：应对保护信号取样点和输入模件全程独立性进行核查；
（3）核查所有模拟量三取二程序设计；
（4）单点热电阻保护信号核查；确因实际情况不得不使用单点热电阻的，应加入升速率判断；
（5）保护系统优先原则：触发机组跳闸的保护信号的开关量仪表和变送器应单独设置，当确有困难而需与其他系统合用时，其信号应首先进入保护系统。
5.根据权利要求1所述的火力发电机组防止热工保护系统失灵的核查方法，其特征在于：所述的三断保护核查：重要控制回路的执行机构应具有三断保护：断汽、断电、断信号功能，特别重要的执行机构，还设有机械闭锁措施。
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