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摘要：热工保护系统是火力发电机组不可缺少的重要组成部分，热工保护的可靠性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。特别是在电力市场竞争日益激烈的今天，发电厂的热工保护成为越来越关键的技术，需要我们不断的加以研究和完善。
关键词：电厂设备 热工保护 可靠性
中图法分类号： TP20 文献标识码： A
0 引言
热工保护作为发电厂重要核心技术之一，在近几年得到了迅速发展。热工保护为机组的安全稳定运行提供了保障，但是在机组的实际运行过程中，不可控的因素时常发生，使得热工保护出现误动，造成设备停运甚至机组停机，这不仅给企业的运营带来额外损失，还会因危胁电网稳定而产生负面影响。
1提高热工保护系统可靠性的意义
热工保护系统是火力发电机组不可缺少的重要组成部分，热工保护的可靠性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。热工保护系统的功能是当机组主辅设备在运行过程中参数超出正常可控制的范围时，自动紧急联动相关的设备，及时采取相应的措施加以保护，从而软化机组或设备故障，避免出现重大设备损坏或其他严重的后果。但在主辅设备正常运行时，保护系统因自身故障而引起动作，造成主辅设备停运，称为保护误动，并因此造成不必要的经济损失；在主辅设备发生故障时，保护系统也发生故障而不动作，称为保护拒动，并因此造成事故的不可避免和扩大。
随着发电机组容量的增大和参数的提高，热工自动化程度越来越高，尤其是伴随着DCS分散控制系统在电力过程中的广泛应用和不断发展，DCS控制系统凭借其强大的功能和优越性，使机组的可靠性、安全性、经济性运行得到了很大的提高。但由于参与保护的热工参数也随着机组容量的增大而越来越多，发生机组或设备误动或拒动的几率也越来越大，热工保护误动和拒动的情况时有发生。因此，提高热工保护系统的可靠性，减少或消除DCS系统失灵和热工保护误动、拒动具有非常重要的意义。
2热工保护误动和拒动的原因分析
热工保护误动、拒动的原因大致可以概括为：DCS软、硬件故障；热控元件故障；中间环节和二次表故障；热控设备电源故障；人为因素；设计、安装、调试存在缺陷。
2.1DCS软、硬件故障
随着DCS控制系统的发展，为了确保机组的安全、可靠，热工保护里加入了一些重要过程控制站（如：DEH、CCS、BMS等）两个CPU均故障时的停机保护，由此，因DCS软、硬件故障而引起的保护误动也时有发生。主要原因是信号处理卡、输出模块、设定值模块、网络通讯等故障引起。
2.2热控元件故障
因热工元件故障（包括温度、压力、液位、流量、阀门位置元件、电磁阀等）误发信号而造成的主机、辅机保护误动、拒动占的比例也比较大，有些电厂因热工元件故障引起热工保护误动、拒动甚至占到了一半。主要原因是元件老化和质量不可靠，单元件工作，无冗余设置和识别。
2.3电缆接线短路、断路、虚接
电缆接线断路、断路、虚接引起的保护误动主要原因是电缆老化绝缘破坏、接线柱进水、空气潮湿腐蚀等引起。
2.4设备电源故障
随着热控系统自动化程度的提高，热工保护中加入了DCS系统一些过程控制站电源故障停机保护。因热控设备电源故障引起的热工保护误动、拒动的次数也有上升的趋势。主要原因是热控设备电源接插件接触不良、电源系统设计不可靠导致。
2.5人为因素
因人为因素引起的保护误动大多是由于热工人员走错间隔、看错端子排接线、错强制或漏强制信号、万用表使用不当等误操作等引起烧损。
2.6设计、安装、调试存在缺陷
许多机组因热控设备系统设计、安装、调试存在质量缺陷导致机组热工保护误动或拒动。
3完善热工保护的原则与措施
3.1尊重原热工保护设计
原有的热工保护项目是设备厂家经多年的研究和实践设计出来的，较为成熟，电厂作为设备的使用者在征得厂家同意前不应随意对其进行更改、更不能进行删减，只能进行补漏和完善。
3.2建立设备试运记录
对重要热工保护系统所用的硬件设备实行跟踪记录制度。热工保护系统的可靠性与系统硬件设备的可靠性直接相关，所以必须保证系统硬件设备的可靠性，尤其是保护出口卡件的可靠性，常规的做法是每次保护投入运行前对检测元件及卡件进行校验，确认合格就可以使用。但是实际应用中还是会出现校验合格的检测元件或卡件在运行中故障造成设备误动的事件。这是因为热控设备尤其是电子设备对环境和安装要求比较苛刻，不认真的安装以及无有效的产品保护都会造成故障的出现，有些特殊的故障还会很隐秘的存在，所以很可能将事故隐患忽视。基于此类情况出现的可能，在调试运行中只有做好记录，严格跟踪保护系统校验的每一个过程，才能有效避免事故的发生。
3.3采用冗余设计
在热控系统中，采用过程控制站冗余电源设计和CPU冗余设计已成为普遍，但对一些保护执行设备（如跳闸电磁阀）的动作电源也应该监控起来。对一些重要热工信号也应进行冗余设置，并且对来自同一取样的测点信号进行有效的监控和判断，同一参数的多个重要测点的测量通道应布置在不同的卡件以分散由于某一卡件异常而发生危险，从而提高其可靠性。重要测点就地取样孔也应该尽量采用多点并相互独立的方法取样，以提高其可靠性，并方便故障处理。一个取样，多点并列的方法有待考虑改进。总之，冗余设计对故障查找、软化和排除十分快捷和方便。
3.4尽量采用技术成熟、可靠的热控元件
随着热控自动化程度的提高，对热控元件的可靠性要求也越来越高，所以，采用技术成熟、可靠的热控元件对提高DCS系统整体可靠性有着十分重要的作用。根据热控自动化的要求，热控设备的投资也在不断地增加，切不可为了节省投资而“因小失大”。在合理投资的情况下，一定要选用品质好、运行业绩佳的就地热控设备，以提高DCS系统的整体可靠性和保护系统的安全性。 3.5使用降额技术提高系统安全系数
使用降额技术可进一步提高元器件和系统的可靠性，降额可通过降低应力或提高元器件强度来实现。实验证明大部分电子元器件的失效率随温度和电应力的变化而变化，当施加的温度应力越高，元器件失效率入，就越高。例如：一个额定值在25～C时为500毫瓦的晶体管，假定它在周围温度55℃及应力比分别为80%（400毫瓦）及40%（200毫瓦）这两种应力水平使用，则在应力比为80%和温度为55℃时，其失效率入，为0.033×10-6。然而，如果晶体管在55℃时，只加40%的应力，其失效率入，便猛然下降至0.010×10-6，可靠性提高了2.3倍。还有电阻器的耐受功率不能以其额定功率值工作，而应在其额定值的0.5～0.7倍范围内工作。但也不能把降额设计的过低以至于使可靠的元器件不能有效的工作，最佳的降额应选择在应力与温度曲线的某点上或这点以下，在这一点上，可以看出温度或应力稍有增加，失效率便迅速增加。同样对DCS的高速公路、DPU及有关卡件也应该严格控制其负荷率，否则一旦遇到机组异常状态时，由于需要处理的信息量的突然剧增而造成信息出错或堵塞
3.6对保护逻辑组态进行优化
在电厂中，温度高保护是主辅机设备保护的必不可少的一项重要保护。由于温度元件受产品质量、接线端子松动、现场环境等各种因素的影响，在运行一定周期后极其容易导致信号波动，从而引起保护误动现象的发生。针对此，可在温度保护中增加加速度限制（坏质量判断），具体措施为：对温度保护增加速率限制功能，当系统检测到温度以≥20℃/s的速率上升时，即闭锁该温度保护的动作，并且在DCS系统画面上报警，同时通知检修人员进行排查故障。这样通过优化保护逻辑组态，对提高保护系统的可靠性、安全性，降低热控保护系统的误动、拒动率具有十分重要的意义。
3.7在满足功能要求前提下尽可能保持系统简单
电子元件都有—个使用寿命问题和偶发故障概率问题。有些元器件可能寿命长些。有些可能短些，有的故障概率高些，有的故障概率低些。如电解电容使用一段时间后，容易引起内部电解质干枯而失效，从而严重影响整个系统的可靠工作。在一个复杂系统中，有5%-10%的部件是完全多余的，但这些部件故障时，仍有可能使设备中断运行，拆除这些多余的部件，不仅使维修量和经费下降，而且会导致可靠性增加。因此，在满足系统功能要求的前提下，要尽可能保持系统简单，不必要的部件及多余的复杂结构，只能增加系统的故障概率。
3.8提高DCS硬件质量和软件的自诊断能力。
3.9对设计、施工、调试、检修质量严格把关。
提高热控设备的设计、施工、调试、检修质量对提高热控保护的可靠性有着长远的重要意义。
3.10严格控制电子间的环境条件。
环境条件包括温度、湿度、洁净度及振动等。同一设备，在不同的工作条件和环境条件下，其可靠性是完全不同的。条件恶劣，设备就容易发生故障或失效。如；电阻、电容当温度每升高10℃，失效率就增加一倍。同样的，使用时间越长，肯定就越不可靠，越容易出故障。因此。一定按照规程要求严格控制电子室、控制室内的温度、湿度、洁净度，禁止无关人员的随意出入。这样即可以延长电子设备的使用寿命，有能提高系统的工作可靠性。
3.11提高和改善热控就地设备的工作环境条件。
就地设备接线盒尽量密封防雨、防潮、防腐蚀；就地设备尽量远离热源、辐射、干扰；就地设备应尽量安装在仪表柜内，必要时还应对取样管和柜内采取防冻伴热等措施。
3.12严格执行定期维护制度
做好机组的大、小修设备检修管理，及时发现设备隐患，使设备处于良好的工作状态。做好日常维护和试验。停机时，对保护系统检修彻底检修、检查，并进行严格的保护试验。
3.13加强技术培训，提高热控人员的技术水平和故障处理能力。
4结语
随着电力事业和高新技术的快速发展，发电设备日趋高度自动化和智能化，系统的安全性、可靠性变得日益重要。虽然，无论多么先进的设备，都不可能做到绝对可靠。但对热工保护系统在技术上、管理制度上应采取相应的措施后，可以极大地提高热工保护的可靠性，从而提高机组的安全性和经济性。
参考文献：
[1]江宁《电厂热工保护完善原则的探讨》[J].福建电力与电工.2004（4）.
[2]王胜利，李书森.《电厂热工保护误动及拒动原因浅析及对策》[J].节能2008（4）.
[3]佟海云，高士臣，伍永福.《包钢热电厂热工保护误动及拒动原因分析》[J].包钢科技.2009（5）.
关键词：电厂设备 热工保护 可靠性
中图法分类号： TP20 文献标识码： A
0 引言
热工保护作为发电厂重要核心技术之一，在近几年得到了迅速发展。热工保护为机组的安全稳定运行提供了保障，但是在机组的实际运行过程中，不可控的因素时常发生，使得热工保护出现误动，造成设备停运甚至机组停机，这不仅给企业的运营带来额外损失，还会因危胁电网稳定而产生负面影响。
1提高热工保护系统可靠性的意义
热工保护系统是火力发电机组不可缺少的重要组成部分，热工保护的可靠性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。热工保护系统的功能是当机组主辅设备在运行过程中参数超出正常可控制的范围时，自动紧急联动相关的设备，及时采取相应的措施加以保护，从而软化机组或设备故障，避免出现重大设备损坏或其他严重的后果。但在主辅设备正常运行时，保护系统因自身故障而引起动作，造成主辅设备停运，称为保护误动，并因此造成不必要的经济损失；在主辅设备发生故障时，保护系统也发生故障而不动作，称为保护拒动，并因此造成事故的不可避免和扩大。
随着发电机组容量的增大和参数的提高，热工自动化程度越来越高，尤其是伴随着DCS分散控制系统在电力过程中的广泛应用和不断发展，DCS控制系统凭借其强大的功能和优越性，使机组的可靠性、安全性、经济性运行得到了很大的提高。但由于参与保护的热工参数也随着机组容量的增大而越来越多，发生机组或设备误动或拒动的几率也越来越大，热工保护误动和拒动的情况时有发生。因此，提高热工保护系统的可靠性，减少或消除DCS系统失灵和热工保护误动、拒动具有非常重要的意义。
2热工保护误动和拒动的原因分析
热工保护误动、拒动的原因大致可以概括为：DCS软、硬件故障；热控元件故障；中间环节和二次表故障；热控设备电源故障；人为因素；设计、安装、调试存在缺陷。
2.1DCS软、硬件故障
随着DCS控制系统的发展，为了确保机组的安全、可靠，热工保护里加入了一些重要过程控制站（如：DEH、CCS、BMS等）两个CPU均故障时的停机保护，由此，因DCS软、硬件故障而引起的保护误动也时有发生。主要原因是信号处理卡、输出模块、设定值模块、网络通讯等故障引起。
2.2热控元件故障
因热工元件故障（包括温度、压力、液位、流量、阀门位置元件、电磁阀等）误发信号而造成的主机、辅机保护误动、拒动占的比例也比较大，有些电厂因热工元件故障引起热工保护误动、拒动甚至占到了一半。主要原因是元件老化和质量不可靠，单元件工作，无冗余设置和识别。
2.3电缆接线短路、断路、虚接
电缆接线断路、断路、虚接引起的保护误动主要原因是电缆老化绝缘破坏、接线柱进水、空气潮湿腐蚀等引起。
2.4设备电源故障
随着热控系统自动化程度的提高，热工保护中加入了DCS系统一些过程控制站电源故障停机保护。因热控设备电源故障引起的热工保护误动、拒动的次数也有上升的趋势。主要原因是热控设备电源接插件接触不良、电源系统设计不可靠导致。
2.5人为因素
因人为因素引起的保护误动大多是由于热工人员走错间隔、看错端子排接线、错强制或漏强制信号、万用表使用不当等误操作等引起烧损。
2.6设计、安装、调试存在缺陷
许多机组因热控设备系统设计、安装、调试存在质量缺陷导致机组热工保护误动或拒动。
3完善热工保护的原则与措施
3.1尊重原热工保护设计
原有的热工保护项目是设备厂家经多年的研究和实践设计出来的，较为成熟，电厂作为设备的使用者在征得厂家同意前不应随意对其进行更改、更不能进行删减，只能进行补漏和完善。
3.2建立设备试运记录
对重要热工保护系统所用的硬件设备实行跟踪记录制度。热工保护系统的可靠性与系统硬件设备的可靠性直接相关，所以必须保证系统硬件设备的可靠性，尤其是保护出口卡件的可靠性，常规的做法是每次保护投入运行前对检测元件及卡件进行校验，确认合格就可以使用。但是实际应用中还是会出现校验合格的检测元件或卡件在运行中故障造成设备误动的事件。这是因为热控设备尤其是电子设备对环境和安装要求比较苛刻，不认真的安装以及无有效的产品保护都会造成故障的出现，有些特殊的故障还会很隐秘的存在，所以很可能将事故隐患忽视。基于此类情况出现的可能，在调试运行中只有做好记录，严格跟踪保护系统校验的每一个过程，才能有效避免事故的发生。
3.3采用冗余设计
在热控系统中，采用过程控制站冗余电源设计和CPU冗余设计已成为普遍，但对一些保护执行设备（如跳闸电磁阀）的动作电源也应该监控起来。对一些重要热工信号也应进行冗余设置，并且对来自同一取样的测点信号进行有效的监控和判断，同一参数的多个重要测点的测量通道应布置在不同的卡件以分散由于某一卡件异常而发生危险，从而提高其可靠性。重要测点就地取样孔也应该尽量采用多点并相互独立的方法取样，以提高其可靠性，并方便故障处理。一个取样，多点并列的方法有待考虑改进。总之，冗余设计对故障查找、软化和排除十分快捷和方便。
3.4尽量采用技术成熟、可靠的热控元件
随着热控自动化程度的提高，对热控元件的可靠性要求也越来越高，所以，采用技术成熟、可靠的热控元件对提高DCS系统整体可靠性有着十分重要的作用。根据热控自动化的要求，热控设备的投资也在不断地增加，切不可为了节省投资而“因小失大”。在合理投资的情况下，一定要选用品质好、运行业绩佳的就地热控设备，以提高DCS系统的整体可靠性和保护系统的安全性。 3.5使用降额技术提高系统安全系数
使用降额技术可进一步提高元器件和系统的可靠性，降额可通过降低应力或提高元器件强度来实现。实验证明大部分电子元器件的失效率随温度和电应力的变化而变化，当施加的温度应力越高，元器件失效率入，就越高。例如：一个额定值在25～C时为500毫瓦的晶体管，假定它在周围温度55℃及应力比分别为80%（400毫瓦）及40%（200毫瓦）这两种应力水平使用，则在应力比为80%和温度为55℃时，其失效率入，为0.033×10-6。然而，如果晶体管在55℃时，只加40%的应力，其失效率入，便猛然下降至0.010×10-6，可靠性提高了2.3倍。还有电阻器的耐受功率不能以其额定功率值工作，而应在其额定值的0.5～0.7倍范围内工作。但也不能把降额设计的过低以至于使可靠的元器件不能有效的工作，最佳的降额应选择在应力与温度曲线的某点上或这点以下，在这一点上，可以看出温度或应力稍有增加，失效率便迅速增加。同样对DCS的高速公路、DPU及有关卡件也应该严格控制其负荷率，否则一旦遇到机组异常状态时，由于需要处理的信息量的突然剧增而造成信息出错或堵塞
3.6对保护逻辑组态进行优化
在电厂中，温度高保护是主辅机设备保护的必不可少的一项重要保护。由于温度元件受产品质量、接线端子松动、现场环境等各种因素的影响，在运行一定周期后极其容易导致信号波动，从而引起保护误动现象的发生。针对此，可在温度保护中增加加速度限制（坏质量判断），具体措施为：对温度保护增加速率限制功能，当系统检测到温度以≥20℃/s的速率上升时，即闭锁该温度保护的动作，并且在DCS系统画面上报警，同时通知检修人员进行排查故障。这样通过优化保护逻辑组态，对提高保护系统的可靠性、安全性，降低热控保护系统的误动、拒动率具有十分重要的意义。
3.7在满足功能要求前提下尽可能保持系统简单
电子元件都有—个使用寿命问题和偶发故障概率问题。有些元器件可能寿命长些。有些可能短些，有的故障概率高些，有的故障概率低些。如电解电容使用一段时间后，容易引起内部电解质干枯而失效，从而严重影响整个系统的可靠工作。在一个复杂系统中，有5%-10%的部件是完全多余的，但这些部件故障时，仍有可能使设备中断运行，拆除这些多余的部件，不仅使维修量和经费下降，而且会导致可靠性增加。因此，在满足系统功能要求的前提下，要尽可能保持系统简单，不必要的部件及多余的复杂结构，只能增加系统的故障概率。
3.8提高DCS硬件质量和软件的自诊断能力。
3.9对设计、施工、调试、检修质量严格把关。
提高热控设备的设计、施工、调试、检修质量对提高热控保护的可靠性有着长远的重要意义。
3.10严格控制电子间的环境条件。
环境条件包括温度、湿度、洁净度及振动等。同一设备，在不同的工作条件和环境条件下，其可靠性是完全不同的。条件恶劣，设备就容易发生故障或失效。如；电阻、电容当温度每升高10℃，失效率就增加一倍。同样的，使用时间越长，肯定就越不可靠，越容易出故障。因此。一定按照规程要求严格控制电子室、控制室内的温度、湿度、洁净度，禁止无关人员的随意出入。这样即可以延长电子设备的使用寿命，有能提高系统的工作可靠性。
3.11提高和改善热控就地设备的工作环境条件。
就地设备接线盒尽量密封防雨、防潮、防腐蚀；就地设备尽量远离热源、辐射、干扰；就地设备应尽量安装在仪表柜内，必要时还应对取样管和柜内采取防冻伴热等措施。
3.12严格执行定期维护制度
做好机组的大、小修设备检修管理，及时发现设备隐患，使设备处于良好的工作状态。做好日常维护和试验。停机时，对保护系统检修彻底检修、检查，并进行严格的保护试验。
3.13加强技术培训，提高热控人员的技术水平和故障处理能力。
4结语
随着电力事业和高新技术的快速发展，发电设备日趋高度自动化和智能化，系统的安全性、可靠性变得日益重要。虽然，无论多么先进的设备，都不可能做到绝对可靠。但对热工保护系统在技术上、管理制度上应采取相应的措施后，可以极大地提高热工保护的可靠性，从而提高机组的安全性和经济性。
参考文献：
[1]江宁《电厂热工保护完善原则的探讨》[J].福建电力与电工.2004（4）.
[2]王胜利，李书森.《电厂热工保护误动及拒动原因浅析及对策》[J].节能2008（4）.
[3]佟海云，高士臣，伍永福.《包钢热电厂热工保护误动及拒动原因分析》[J].包钢科技.2009（5）.