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大型机组热控装置故障与预防

发布时间：2011/4/22 阅读次数：7789 字体大小: 【小】【中】【大】

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第五节大型机组重要的热工安全保护装置和事故顺序记录仪

一、锅炉炉膛安全保护装置（FSSS）

锅炉炉膛安全保护装置（FSSS）一般包括炉膛安全保护系统（FSS）和燃烧器管理系统（BMS）两部分。

FSS由炉膛压力、火焰检测，逻辑运行部件和输出控制元件，汽包水位保护等构成，而BMS是根据负荷和炉膛安全的要求切投燃烧器的控制系统。成套引进的大型机组一般都包括FSSS设备。美国Forney公司生产的AFS－1000装置在国内应力较多，目前北京仪表公司已能合作生产。对于200MW及以下机组，各地自行研制开发了许多灭火保护装置，也发挥了一定作用。目前使用较多的是东北电院研制的MFSS－B（C）型灭火保护装置，它以微处理机为核心控制部件，具有炉膛火焰监测、燃烧不稳报警、灭火保护逻辑、炉膛清扫逻辑、压力保护、首次跳闸原因记忆，事故顺序记录，打印跳闸原因及自检等功能。简易炉膛安全保护装置必须具备三种功能，即火焰检测、炉膛压力保护和吹扫功能。

从使用FSSS的情况来看要防止两种不利于设备安全的倾向。

其一，随意停退锅炉膛安全保护装置，或不严格遵守吹扫时间不少于5min的规定，以致锅炉灭火放炮事故屡有发生。

其二，应用FSSS要根据炉型、燃烧系统以及我国煤种多变的国情，合理确定逻辑条件，否则可能造成频繁的主燃料跳闸（MFT）。如某厂AFS－1000装置在火焰检测中包括临界火焰、角火焰、全炉膛火焰跳闸三个逻辑条件，MFT经常动作，后经简化、修改逻辑条件，保护误动大为减少。

二、汽轮机安全监控保护装置（TSI）（Turbine Supervisory Instrumentation）

汽轮机监控保护装置是汽机安全运行必不可少的装置。80年代我国200MW机组多次发生汽轮机轴系破坏事故，而国产汽轮机监控保护装置稳定性、准确性和可靠性都不尽如人意，于是先后进口了美国本特利公司7200、3300系列TSI和德国菲利浦公司RMS700系列TSI，包括轴振动、轴承盖振动、轴向位移、相对膨胀、偏心度、转速、鉴相、汽缸热膨胀指示报警、跳闸等功能。两个公司的TSI的关键测量元件采用的都是根据电涡流效应原理设计的涡流传感器，其灵敏度、精度高、抗干扰能力强、线性度好、为非接触式、安装调试方便，采用多种保护系统，测量信号三取二或二取二，并有故障自诊断功能，可靠性也大大加强。本特利7200系列指示表为指针刻度式，3300系列为数字液晶显示；7200系列的监测器为单通道，3300系列为双通道，菲利浦RMS700系列与本特利7200系列水平相当，最近本特利公司又开发了3500系统。许多电厂虽然在大机组上配备了进口的TSI，但安装维护存在问题，不能全功能的投入、没有充分发挥TSI的作用，应引起重视。

TSI功能的扩展是加装汽机瞬态数据管理系统（TDM）（Transient Data Manager），如数据管理系统2000。它也是本特利公司的产品，具有三大功能，第一，对汽机瞬态（即启停机）数据的在线采集、贮存和分析功能，第二，对机组稳定（正常运行）数据的在线采集、贮存和分析功能，第三，对报警、跳闸时全部数据的锁定功能。瞬态数据可处理为波德图、极坐标图、轴心轨迹图；稳态数据可形成振动、轴位移的各种趋势图（如：20min、24h、1周、4周、12周等时间趋势）、频谱分析图及波形图等，对分析汽机运行工况，防止轴系事故极为有利。

三、事故顺序记录仪（SOE）（Sequence of Events Recorder）也称SER（Sequential Events Recorder）

对于安全工程师，SOE是必须重点了解的热工自动化装置，其作用相当于继电保护专业的故障录波器，但覆盖面大，功能更强大。对于大型机组来说，要控制监视大量信号越限或多个联锁动作，运行人员难以迅速辨认各个信号动作的先后次序和时间，尤其是事故的首发点，而对于瞬间的人为错误所造成的故障，有时甚至无法查清。据国外资料介绍，一般人为错误所造成的故障达全部故障的20％～25％。

大型机组数据采集系统（DAS）一般都具有事故顺序记录仪SOE的功能，而对于没有DAS系统的200MW机组，电力部曾下文要求安装事故顺序记录仪（SER）。从60年代第一代扫描式事故顺序记录仪问世后，至今已发展到第五代，它是以微处理机控制的具有强大网络功能的监测仪表，主要用来监视大型设备和生产过程控制系统的运行状态，记录每种输入状态（包括模拟量、开关量等）变化的顺序和精确时间，分辨率达1ms，还可以对故障前后一段时间进行追忆打印，为故障原因分析提供准确依据，也便于尽快排除故障，缩短停机时间。经常对记录资料进行分析，还可以发现设备潜在的隐患和操作上存在的问题，超前预防系统故障的发生。

SOE是分析大型机组故障必不可少的工具，应该充分利用和掌握。例如某厂一台300MW机组投产不久发生两次FSSS没有显示出原因的MFT动作停炉，经分析可能是FSSS系统的PC机失电，于是将FSSS的PC机失电信号引入SOE，经过事故追忆打印，发现FSSS的UPS电源（System－100型）切换时间长达46ms，而PC机失电分辨时间为25ms，于是将PC机改为由切换时间为16ms的UPS供电，有效防止了停炉事故。又如某厂原来辅机无SOE记录，磨煤机跳闸原因不明。加装SOE装置后，查找故障原因大为方便，磨煤机跳闸原因不明。加装SOE装置后，查找故障原因大为方便，磨煤机跳闸引起MFT的次数大为减少。

现场在使用SOE功能时发现事故追忆采样时间过长或故障前后时间太短等问题，一般可以修改系统软件解决，或在设计时就对SOE的功能和硬件软件配置提出要求，以满足故障分析的需要。

第六节大型机组热控装置故障分析

一、概述

从各电厂上报电力部的事故和一类故障报表分析可知，1995年热控装置事故共29起，一类障碍230起；1996年热控装置事故50起，一类障碍207起，约占当年发电事故的5％和一类障碍的7％左右。由于某些单位有关人员，报表填得很不规范，给故障分析带来很大的困难，主要问题有：

（1）不属热控装置的故障统计到热控装置故障分类中。如某供电局220kV线路掉闸，某电厂运行人员误开疏水门造成低真空保护动作停机，某电厂直流系统误操作造成锅炉灭火等等。

（2）故障简题与事故设备、部件、技术原因分类风马牛不相及。如某厂“3号炉因炉膛保护装置误动灭火造成停机”，而事故设备栏为“汽机本体”，部件分类为“中压汽缸”，技术分类为“胀差超限”，弄不清是锅炉问题还是汽机问题。

（3）故障简题过于简单而分类栏中充斥“不明”“待查”等“虚”词甚至干脆大量空气不填。如简题“×机组跳闸”你能判断是什么性质的故障吗？按《调规》填报手册的要求，事故简题最多可输入30个汉字，应用简题的文字将事故（一类故障）的发生处所、设备、事故形态及原因后果作一概括的描述，很多单位都达不到要求。

对1995年、1996两年热控装置事故和一类障碍进行筛远，统计列表如表4-5-5。

表4-5-5 1995、1996年热控装置事故和一类障碍筛选统计表

机组类别	事故（次）			一类障碍（次）
机组类别	1995年	1996年	合计	1995年	1996年	合计
600（500）MW		11	11	46	24	70
300～360MW	14	33	47	82	112	194
200～210MW	6	2	8	45	28	73
125MW及以下	6	4	10	35	33	68
水电机组				12	6	18
非热控装置	3		3	10	4	14
总计	29	50	79	230	207	437

从表中统计可见：

（1）200MW以上大型火电机组热控故障的比例为：事故66次，占全部事故76次的86.8％，一类障碍337次，占全部一类障碍423次的79.7％。近两年热控装置故障主要集中在大型火电机组。

（2）大型机组中由于200MW机组趋于稳定近两年投产又较少，热控事故在减少，而300～600MW机组热控装置有增多的趋势。

（3）大型机组热控设备复杂，且机组投产后前2～3年热控装置故障多，列入统计的大部分是新投产机组，运行4～5年后的机组热控装置故障比较少。

二、热控故障系统（部件）分类及分析

热控故障系统（部件）分类如表4-5-6所示。从表中可见：

表4-5-6 热控故障系统（部件）分类表

系统（部件）类型	事故（次）	一类障碍（次）	合计（次）
常规热工仪表装置	9	50	59
常规自动控制装置	11	68	79
分散控制系统（DCS）		8	8
数据采集系统（DAS）	1	17	18
模拟量控制系统（MCS）	4	26	30
顺序控制系统（SCS）	5	48	53
电液调节系统（DEH）	8	21	29
炉膛安全监控系统（FSSS）	24	88	112
汽机控制系统（TCS TSI ETS等）	9	56	65
旁路控制系统（BPS）	2	2	4
其他	3	39	42

（1）常规热工仪表和自动控制装置故障占全部热控装置故障的27.7％，其中大部分为常规热工保护误动，如低真空、低油压保护误动等。

（2）列入分散控制系统的故障只有8次，主要是电源和通讯回路故障，其他都列入了各子系统中。

（3）炉膛安全监控系统、汽机控制系统、顺序控制系统故障较多，主要是因为这些系统直接作用于机炉停动，构成事故和一类故障而列入统计。数据采集系统、模拟量控制系统正好相反，形成故障统计的较少，并不能说明DAS、MCS问题少。

特别需要指出的是，1997年9月国家电力公司安运部对台州电厂7号机组控制系统频繁死机的情况发出了通报。这样的情况是不多见的。通报指出：“浙江台州电厂7号机组（容量为330MW）自去年10月机组整体启动调试和试生产以来，分散控制系统由于软件和硬件故障共发生22次系统死机，其中造成机组不正常跳闸达8次，分散控制系统（以下简称DCS）存在的问题已对机组的安全、稳定运行造成严重威胁。目前情况尚未得到根本性好转，有关技术改进措施有待进一步验证和观察。”

台州电厂7号机组分散控制系统为西门子公司的TELEPERMME/XP系统，由上下两层结构组合而成。上层（OM）结构是由西门子TELEPERM XP部分产品组成，以实现人－机对话、编程和数据处理功能。下层（AS）结构是由西门子TELEPERM ME的部分产品组成，以实现现场信息采集、实时控制功能。上、下层结构通过各自的通讯总线（上层为以太网，速率为10M，下层为CS275通讯总线，速率仅为250K）由通讯PU来进行数据交换。这种由两种不同系列产品搭配的结构组态，由于硬件故障率高，系统软件不成熟，相互之间通讯不协调（其实际瓶颈是CS275），再加上工程设计方面存在的缺陷，导致DCS工作不正常，死机多。

部自动化领导小组推荐的系统为成熟的TELEPERM ME系统，而其选用的TELEPERM ME/XP系统是混合型过渡产品，硬件欠可靠，系统软件欠成熟，从而造成机组投运以来频繁跳闸。

通报指出：大型发电机组的DCS是机组启停和运行的中枢系统，对保证机组安全稳定运行至关重要，发生问题有可能造成机组设备的严重损坏，必须引起有关单位领导和专业技术人员的高度重视，防止任何盲目行为。

三、热控故障技术分类及分析

热控故障技术分类见表4-5-7，分析此表可得出如下几点结论。

表4-5-7 热控故障技术分类表

技术分类	事故（次）	一类障碍（次）	合计（次）
保护误动	51	207	258
仪表失灵	3	31	34
调节失灵	5	65	70
程控失灵	4	33	37
电源故障	8	39	47
其他	5	48	53

（1）保护误动占热控故障的51.7％，是热控故障的主要方面。热工保护误动是指由于热控装置本身及附件的故障造成保护装置误动作。如果设备运行参数真正达到动作值使保护动作则为正确动作。目前，对热工保护动作情况没有像继电保护专业一样有一个“正确动作率”的考核指标，这是不合适的，不利于加强管理，不利于减少热工保护误动率，提高设备安全稳定水平。此外，现场往往把一些原因不明的设备故障统统装到“保护误动”这个筐子里，掩盖了故障发生的真正原因，对安全是很不利的，加强考核可以避免这种情况发生。

（2）1995、1996年的热控故障报表中只有一个是厂填报“3号炉灭火保护拒动”。保护拒动是比误动更危险的故障，很可能危及主设备的安全。看来各单位普遍不重视，应予以纠正。

（3）热工仪表、调节、程控失灵故障占热控故障的28.3％，电源故障占10%，比例也是比较高的。

四、热控故障元件（零部件）分类及分析

热控故障元件（零部件）分类见表4-5-8，分析此表可得如下结论。

表4-5-8 热控故障元件（零部件）分类表

元件（零部件）	事故（次）	一类故障（次）	合计（次）
测量元件	8	58	66
控制装置		47	47
热工电源（计算机电源）	10	30	40
计算机卡件	9	28	37

续表4-5-8

元件（零部件）	事故（次）	一类故障（次）	合计（次）
计算机软件	4	7	11
保护装置	4	30	34
电缆（光缆）	4	12	16
仪表管道	3	10	13
火焰检测器	12	8	20
执行器（调节阀电磁阀等）	8	18	27
继电器	2	9	11
压力开关（温度开关）	3	16	19
变送器	3	10	13
端子箱（接线盒等）	1	7	8
信号装置	2	24	26
二次表		5	5
通信接口		3	3
其他		31	31

（1）一次仪表故障包括测量元件、变送器、压力温度开关、火焰检测器、仪表管道等，约占全部故障的26.3％。主要是测点断线、短路，火检器缺乏维护脏污积灰，变送器、压力温度开关损坏，仪表管路堵塞，冻坏等等。

（2）二次仪表故障包括控制装置，保护装置，信号装置等，占全部故障的21.4％。因报表填得太笼统，上述“装置”不知具体所指。

（3）计算机故障包括卡件（硬件）、软件，通信接口等，约占全部故障的10％。卡件故障有制造质量问题，也有施工、调试、运行中使用不当引起的损坏。电力部火电厂DCS调查组曾对16个电厂的17套DCS硬件损坏情况做过调查统计，Infi－90（N－90）WDPF H－3000、T－ME、MAX－1000等五种DCS硬件年平均损坏率；卡件为0.5％～8％，外设为0％～12％。软件故障主要是定值设置如调节速率设置等存在问题。

（4）执行元件故障包括执行器、调节阀、电磁阀、继电器等，约占全部故障的8％，主要是执行元件卡涩、粘连、损坏等。

（5）热控公用设备故障包括电源（UPS）、电缆（光缆）、端子箱、接线盒等方面，约占全部故障的13％，电源方面的问题较多，如备用电源不能自投，保险配置不合理，UPS电源内部故障等造成电源中断，以及稳压电源波动引起保护误动，电缆（光缆）故障主要有控制电缆着火，施工中电缆受伤，运行中断路等。端子箱接线盒问题主要有接触不良，端子箱进水等引起的设备异常。

五、热控故障责任分类及分析

热控故障责任分类见表4-5-9，分析此表可得如下结论。

表4-5-9 热控故障责任分类表

责任分类		事故（次）	一类故障（次）	合计（次）
本单位过失	热工人员	27	115	142
	检修人员	4	44	48
	运行人员		3	3
	试验人员		4	4
	领导人员	2	5	7
	规划设计单位	6	28	34
	制造单位	16	112	128
	修造单位	1	2	3
	施工安装单位	4	34	38
	调试单位	3	11	14
	科研单位	1	2	3
	未填	6	21	27
	待定	3	16	19
	其他人员	3	24	27
	自然灾害		2	2

（1）本单位责任造成的热控设备故障共204次，占全部热控故障40.9％，其中近70％的故障又是由于热工人员的过失造成的。因此，加强发电厂热控设备的管理，提高热工人员的技术水平和培养爱岗敬业精神十分重要。

（2）制造（修造）单位责任造成的热控设备故障共131次，占全部热控故障的26.3％，是除本单位责任外数量最多的，说明热控设备的制造质量存在一定问题，应引起生产厂家重视。

（3）从热控故障责任的分布看，从规划、设计制造、施工安装、调试、科研、生产（运行、检修以至试验和领导人员）等方面都有责任，可见必须抓全过程的管理，才能从总体上提高热控设备的安全运用水平。

（4）在责任分类中还有46次故障责任不清，报表中未填或待定，约占10％，应按“三不放过”的原则，严格分清责任，才能使责任者真正吸取教训，杜绝故障的发生。

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