防止热工保护不正确动作的技术措施
摘要：本文详细论述了热工保护的概念、动作条件，并按照动作条件来逐条地分析如何采
取措施防范热工保护误动、拒动。
关键词：热工保护ETSFSSS动作条件防范误动拒动技术措施
热工保护的概念：发电行业是一个多专业协同作战的技术密集型行业。随着机组容量的不断增大，热工专业的地位显得越来越重要。它担负着各种热力参数如压力、温度、液位、流量等的测量、发电过程的参数控制、自动调节、重要参数越限动作保护等艰巨任务。热工保护是指当热力参数达到一定限值引起设备跳闸退出运行，来保证设备不受损坏、事故不再恶化、扩大的一种技术手段。如果从热工保护重要性的角度来划分的话，可以分为主机保护和辅机保护。主机保护是指对两大主机（锅炉和汽轮机）的保护。一旦某个保护动作条件满足，就触发锅炉或者汽轮机紧急跳闸停运。辅机保护是指对电厂内的辅助热力设备（如送风机、引风机、给水泵、磨煤机、给煤机、凝结泵、循环水泵）发生异常情况时，由热工参数反映出越限以后立即动作将该设备停止，退出运行；从专业角度来划分的话，可以分为汽轮机保护和锅炉保护。
汽轮机保护是指专门针对汽轮机本身而设置的多重保护。其保护动作条件主要有：轴向位移大、高压缸相对膨胀大、低压缸相对膨胀大、轴承振动大、润滑油压低、EH油压低、凝汽器真空低、炉跳机、发电机主保护动作停汽轮机、手动停机。目前各电厂基本均采用ETS（enger trip system危急跳闸系统）来完成这一功能。ETS是一套完整的机柜，核心部件是两套相互热备用、相互冗余的PLC（program logic control程序逻辑控制器），所有引起保护动作的信号全部接入其中，动作后输出常开的干接点信号接入跳机电磁阀中，卸掉主汽门和调速汽门油缸中的EH油，依靠弹簧回座力量来关闭主汽门和调速汽门，切断汽轮机的进汽，降低转速，转入盘车或彻底将汽轮机停止。
锅炉保护是指为了防止锅炉爆燃、缺水而专门针对锅炉本身设置的多重保护。其保护动作条件主要有：汽包水位高、汽包水位低、炉膛压力高、炉膛压力低、送风机全停、引风机全停、机跳炉、燃料丧失、全炉膛灭火、手动停炉。保护动作的结果是将目前正在运行的制粉系统停止、油枪退出、油阀关闭，来切断进入炉膛的燃料。目前投入运行或在建机组均采用计算机DCS（分散控制系统），一般在DCS中拿出一个单独的过程站来作为锅炉监视、保护用，即FSSS。FSSS是英文furnace safeguard supervisory system“炉膛安全监控系统”的单词首字母的拼写。它是一套由DPU、卡件、继电器等硬件和计算机组态软件来共同完成工作任务的完整的系统。主要工作任务有：炉膛火焰监视、点火、助燃、紧急情况下动作停炉（即MFT）。任何一项能够触发MFT动作的子保护，最终的动作对象均是磨煤机、给煤机、排粉机等制粉系统设备和燃油系统中的油枪、速断阀、油角阀。
热工保护在电厂中担负着重要任务，误动会造成减少出力、多耗点火柴油；拒动会引起设备损坏甚至更为严重的后果。所以要求其投入率和动作正确率要达到100%。
一.防止汽轮机保护误动、拒动的措施
从引起保护动作的条件逐项来看：
1.轴向位移大：大型汽轮机一般设置两套相互独立的轴向位移测量装置，两个测量结果均达到报警值、停机值以后，才动作停机。即通常所说的“与逻辑”。这就避免了因单独哪一套装置故障而引起误动。
2.高低压缸相对膨胀大：在汽轮机运行过程中，需要严密监视高压缸相对膨胀和低压缸相对膨胀数值。如果膨胀不佳或滑销系统卡涩，相对膨胀过大，可能引起动静摩擦，造成严重事故。为保证测量数据的准确性、可靠性，目前新建机组多数采用进口测量装置，如美国本特利公司生产的3500TSI、菲利普公司生产的MMS6000TSI，通过采用先进可靠、稳定性强的设备来尽可能地减少测量误差，防止误动。
3.轴振动大：汽轮机轴系上的每一个轴瓦处X向、Y向均安装两只振动测量探头，一般135MW及以上机组汽轮机有5-6个轴瓦，每一个轴瓦处X向、Y向的两只振动测量探头的测量值全部达到危险值，ETS才动作停机，也即通常所说的“与逻辑”。
4.润滑油压力低：润滑油在汽轮机的运行中起着至关重要的作用，整个轴系以3000转/分钟在高速运转，需要连续润滑、减少磨檫、降低金属温度。因此设置了多道保护。当润滑油压力降低到低一值，连锁启动交流润滑油泵，当润滑油压力降低到低二值，连锁启动直流润滑油泵，当润滑油压力降低到低三值，关闭汽轮机所有进汽门，当润滑油压力降低到低四值，停止盘车。为了可靠地防止保护误动、拒动，目前均采用由4只压力开关组成‘两或一与”的方式，即开关1与开关3并联，开关2与开关4并联，最后串联。电路原理如图一：
开关1开关
2开关3开关
4图一
5.凝汽器真空低：与润滑油压力低保护的防范措施相同，也是采用“两或一与”的方式，即开关1与开关3并联，开关2与开关4并联，最后串联。
6.EH油压低：也与润滑油压力低保护防止误动的措施相同，也是采用 “两或一与”的方式。
7.手动停机：即在紧急情况下，需要运行人员迅速进行人工干预的一种操作手段。为了防止误操作，目前均采用两个按钮来实现。在控制室内的操作台上布置两个按钮，每一个按钮取一幅常开接点，两幅接点分别接入ETS后在逻辑梯形图里串联，并且每一个按钮均有一个保护罩。只有先打开保护罩才能进行操作，这就可靠地防止了误动、误碰。
8.炉跳机。当锅炉发出MFT信号，由锅炉保护接触器向汽机侧ETS送出干接点，为防止拒动，通常采取两对常开接点并联的方式。
9.发电机主保护动作关主汽门。当发电机因任何一种主保护动作跳闸后，向热工ETS送来接点信号，触发汽轮机关闭主汽门。为防止拒动，通常采取两组信号并联的方式。
10.超速保护。分为电超速和机械超速两种形式。电超速又分为TSI超速和DEH超速两种。电超速数值分为两级，超速103%和110%，即3090r/min和3300r/min。在汽轮机的前箱或#3瓦处，分别安装3只TSI超速保护用测量探头和3只DEH超速保护用测量探头。为防止误动，三个信号在DEH和TSI中均进行“三取二”运算。超速103%时，关闭所有的调速汽门，当超速110%，关闭所有的调速汽门和主汽门。在TSI和DEH中均设置电超速保护的目的就是为了防止拒动而造成“飞车”。通常在DEH中还有一道因发电机油开关跳闸而设置的关闭调速汽门的超速保护。当以上所有的热工超速保护均不起作用，转速继续上升，就会触发机械超速保护动作，飞锤击出，泄掉保安油，动作停机。
二.防止锅炉保护误动、拒动的措施
从引起保护动作的条件逐项来看：
1.汽包水位高、汽包水位低：汽包水位保护是锅炉重要保护之一。对于汽包炉，如果汽包水位超过高三值，将会造成汽包满水，将会引起主蒸汽带水，在汽轮机缸内引起水冲击，打坏叶片；如果汽包水位低于低三值，将会造成汽包缺水，带来水冷壁开裂、炉体变形等恶劣后果。为保证水位保护动作的正确性，从多方面进行了考虑。
1.1 采用高精度的变送器，提高测量结果的可靠性。参与保护的3台变送器与自动、仪表变送器分开，单独配置，测量信号采取三取二原则。当有一点因某种原因须退出运行时，自动转为二取一的逻辑判断方式，并办理审批手续，限期(不宜超过8h)恢复；当有二点因某种原因须退出运行时，自动转为一取一的逻辑判断方式，此时应制定严密的安全运行措施，经总工程师批准，限期(8h以内)恢复，如逾期不能恢复，应立即停止锅炉运行。
1.2 锅炉汽包水位保护不完整严禁启动。在锅炉启动前和停炉前进行实际传动校验。用上水方法
进行高水位保护试验，用放水的方法进行低水位保护试验，试验完成后随着锅炉启动投入水位保护。
1.3 为消除汽包水位测量偏差，应采取下列防范措施：检查汽包水位测量系统，保温要合理、防冻措施要完善。确保保温、防冻措施对汽包水位测量两侧管道的影响相同，不会造成管路中形成压差，但平衡容器的冷凝部分禁止保温，避免在汽包压力突降时造成参比水柱的不稳定，影响汽包水位的正常测量。尽量减小汽包水位取样管长度；为防止环境温度对汽包水位测量的影响，平衡容器附近设置汽包小室，保证环境温度的稳定和两侧的一致。差压变送器采用压力补偿。汽包水位测量还应充分考虑平衡容器的温度变化造成的影响，必要时增加温度补偿。
2.炉膛压力高、炉膛压力低：
当出现送、引风机跳闸、水冷壁爆管、炉膛掉大焦等现象，都会引起炉膛压力突然大幅度变化，引起燃烧不稳，甚至锅炉爆燃。因此设置炉膛压力三级保护。当高/低一值时，报警；高/低二值时，动作MFT；高/低三值时，联跳送/引风机。为了防止炉膛压力保护误动，在炉膛周围安装有三个独立取样的“压力高”开关和三个独立取样的“压力低”开关，压力保护动作信号按“三取二”逻辑产生。必须当3只中有两只及以上的开关都动作，才触发MFT，只有一只开关动作，不触发保护。为了防止炉膛压力保护拒动，平时要加强对取压管路的维护吹扫，防止堵塞不通；炉膛压力取样孔应与吹灰器和看火孔有足够的距离，并采用防堵取样装置。
3.送风机全停：两台送风机全部停止后，用电气专业开关柜上的常开辅助接点触发MFT。
4.引风机全停：两台引风机全部停止后，用电气专业开关柜上的常开辅助接点触发MFT。
5.机跳炉：用来验证汽轮机跳闸的依据是主汽门关闭信号是否发出。对于只有一道自动主汽门的机组，只要这一道自动主汽门行程开关发出了关闭信号，就可以认为汽轮机跳闸了，这个关闭信号就可以用来联动跳闸锅炉、发电机。而对于有两个高压主汽门、两个中压主汽门的汽轮机，经典的用来验证汽轮机跳闸的依据是“两或一与”，即两个高压主汽门中有任何一个发出了关闭信号并且两个中压主汽门中也有任何一个发出了关闭信号，才认为汽轮机真正跳闸了。为了避免在冷态下，该信号一直动作使得锅炉无法点火，再增加一个条件“机组负荷大于10%”，即只有在并网以后，发生了汽轮机跳闸才去联跳锅炉、发电机。这样就更可靠地防止了保护误动、拒动。
6.燃料丧失：燃料指的是煤和油。为防止拒动，用所有的油角阀全关信号或进油总阀关闭信号来表征油燃料丧失；用磨煤机全停或给煤机全停信号来表征煤燃料丧失。逻辑关系见图二。 层#1角油阀关
层#2角油阀关
层#3角油阀关
层#4角油阀关
层#1角油阀关
层
#2角油阀关
层#3角油阀关
层#4角油阀关
进油快关阀关闭
磨煤机全部停止
一
次风机全部停止
层油运行
层油运行
图二
7.全炉膛灭火：炉膛周围按角分层布置有许多火焰检测探头，分别用来检测煤层和油层的火焰燃
烧情况。为了防止锅炉炉膛内火焰熄灭或者已经很弱时仍然继续向炉膛内进燃料引起锅炉爆燃甚至爆炸，必须停止制粉系统和油系统，切断燃料。为了防止保护拒动，通常只要每一个角的探头中有3/4检测不到火焰，就认为该角火焰已经熄灭。为了防止保护误动，当所有角的探头均达到3/4无火，才通过“全炉膛灭火”条件发出MFT。在日常维护中要加强锅炉灭火保护装置的维护与管理，防止火馅探头烧毁、污染失灵，保证火检冷却风压力正常，管路畅通。及时处理故障部件，保证设备完好率100%。
8、手动停炉：同“手动停机”相似，即在紧急情况下，需要运行人员迅速进行人工干预的一种操作手段。为了防止误操作，也采用两个按钮来实现。每一个按钮取一幅常开接点，两幅接点串联后接入逻辑梯形图里，并且每一个按钮也有一个保护罩。只有先打开保护罩才能进行操作，防止了保护误动、人员误碰。由于目前普遍采用计算机DCS来完成锅炉保护功能，为了防止计算机死机而无法实现紧急停炉，目前山东电科院要求每台机组必须外加一套由继电器搭起来的手动MFT硬回路。原理图如下：
图三
三.国家电力公司《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》中关于防止热工保护误动或拒动的要
求：
3.1热工保护系统独立性原则
3.1.1炉、机跳闸保护系统的逻辑控制器应单独冗余设置，如ETS、FSSS。
3.1.2保护系统应有独立的I/O通道，并有电隔离措施。
3.1.3冗余的I/O信号应通过不同的I/O模件引入，例如轴向位移、炉膛压力、汽包水位。
3.1.4触发机组跳闸的保护信号的开关量仪表以及变送器应单独设置，当确有困难而需要与其他系统合用时，其信号应首先进入保护系统。
3.1.5机组跳闸指令不应通过通信总线进行传送。
3.2为保证保护可靠动作，不设置可以供运行人员解除、投入的按钮，而且任何一项保护在机组运行过程中如果需要检修，必须办理工作票，经生产厂长或总工批准，方可解除。解除时间不得超过8小时。
四、对检修人员的要求
1、每两年修订一次《热工报警、联锁、保护定值表》，由生产厂长或总工签字批准，确保定值的真实性、时效性。
2、利用机组大小修机会，认真根据上级下发的定值表进行仪表校验，对所有报警、连锁、动作停机停炉的压力开关、温度开关、模拟量信号元件进行检查、校验，确保定值准确，动作正确。
3、提高每日巡回检查质量，对DCS、DEH、ETS的自检情况进行认真分析，如果出现问题卡件、PU离线等危及保护的情况，必须立即处理。
4、冬季加大对给水流量、汽包水位等保温箱内电伴热运行情况的检查，确保管路不冻。
5、充分地熟悉掌握保护动作原理图。对DEH、ETS中涉及保护部分的电源图纸、电磁阀接线图、继电器接线图要非常明了，以备急需。
