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第五章 大型機組熱控裝置故障與預防第五章  大型機組熱控裝置故障與預防第一節安全工程師必須具備現代熱工自動(dòng)化的基本知識第二節火電廠(chǎng)熱工自動(dòng)化的發(fā)展概況第三節大型機組熱工自動(dòng)化的現狀第四節分散控制系統（DCS）第五節大型機組重要的熱工安全保護裝置和事故順序記錄儀第六節大型機組熱控裝置故障分析第七節大型機組熱控裝置故障的預防第八節熱工自動(dòng)化的進(jìn)步促進(jìn)了安全生產(chǎn)劉  儉安全工程師必須具備現代熱工自動(dòng)化的基本知識隨著(zhù)電力工業(yè)的飛速發(fā)展，電網(wǎng)不斷擴大，機組單機容量不斷增加，發(fā)電廠(chǎng)熱工自動(dòng)化在保證機組安全、經(jīng)濟、穩定運行中的作用越來(lái)越重要。沒(méi)有熱控設備的可靠工作，現代化的大機組不可能啟停并網(wǎng)，也不可能經(jīng)濟運行，更不可能在事故狀態(tài)下保障人員、機組和電網(wǎng)的安全。“熱工自動(dòng)化是現代發(fā)電廠(chǎng)的生命線(xiàn)”，這一提法是不無(wú)道理的。熱工自動(dòng)化的水平，已經(jīng)成為衡量一個(gè)發(fā)電廠(chǎng)現代化程度的標志。一個(gè)安全工程師必須具備一定的現代熱工自動(dòng)化基本知識，否則是無(wú)法勝任安全監察和管理工作的。目前，我國火力發(fā)電廠(chǎng)的大型機組是指200～600MW機組。由于機組容量大，技術(shù)含量高，設備系統復雜，必須依靠自動(dòng)化設備實(shí)現監控和操作，不具備熱工自動(dòng)化的基本知識，不熟悉熱控設備的功能和作用，就不可能有效地掌握現代化發(fā)電廠(chǎng)的生產(chǎn)過(guò)程，及時(shí)發(fā)現異常，消除隱患，保證安全生產(chǎn)。隨著(zhù)科技進(jìn)行，火電廠(chǎng)各專(zhuān)業(yè)技術(shù)理論都在不斷發(fā)展，發(fā)展最快的當數控制理論和自動(dòng)化技術(shù)；主輔設備都在不斷更新，更新?lián)Q代最快的，也當數熱控設備。從近幾年電力部熱控裝置故障統計資料分析，部分單位有關(guān)安監人員由于對熱控專(zhuān)業(yè)知識缺乏必要的了解，對熱控裝置故障分析比較粗糙，甚至存在概念錯誤；統計報表填寫(xiě)不清，甚至混亂，這種狀況必須改變。此外，大型機組一般都實(shí)現了計算機監控，當機組故障停機時(shí)，可以通過(guò)計算機的事故追憶打印功能，盡快判斷故障原因，為事故調查分析提供了科學(xué)可靠的手段。對于安全工程師來(lái)說(shuō)，這也是必須掌握和充分利用的工具。例如，某發(fā)電廠(chǎng)一臺300MW燃煤機組1996年1月發(fā)生了一次鍋爐滅火放炮事故，在分析事故時(shí)，鍋爐主、副值班員都說(shuō)，看到CRT屏蔽顯示上有火焰信號才投煤粉的。如果真是如此，則不應放炮。后來(lái)通過(guò)計算機事故追憶功能，調出點(diǎn)火焰油曲線(xiàn)進(jìn)行分析，曲線(xiàn)圖上顯示在事故時(shí)間段內，燃油壓力為零，爐膛根本不可能有火焰，事故的原因和責任分析馬上清楚了。火電廠(chǎng)熱工自動(dòng)化的發(fā)展概況發(fā)電廠(chǎng)機組容器的增大、參數的提高對熱控設備提出了更高的要求，而最近20年也是電子技術(shù)發(fā)展最迅速的時(shí)期。我們不妨簡(jiǎn)單回顧一下火電廠(chǎng)熱控設備的發(fā)展歷程。從控制元件來(lái)看，經(jīng)歷了從電子管、晶體管、集成電路、大規模集成電路到超大規模集成電路（微處理器等）的發(fā)展歷程。從熱控儀表來(lái)看，經(jīng)歷了從模擬儀表、單元組合儀表、組裝儀表、數字儀表、智能化數字儀表到計算機監控設備的發(fā)展歷程。從控制方式來(lái)看，經(jīng)歷了從就地控制，爐、機、電集中控制到真正意義的少量值班員對整臺機組的集中控制的發(fā)展歷程。總之，熱控設備的發(fā)展可以說(shuō)是“日新月異”。衡量一個(gè)工程的自動(dòng)化程度有一個(gè)指標叫“自動(dòng)化率”，即自動(dòng)化設備投資與整個(gè)工程投資的比。對于火電廠(chǎng)，包括輸煤自動(dòng)化等在內，已由70年代的5％～6％提高到目前的10％以上，單就熱控設備投資來(lái)看已從2％～3％提高到5％～6％。為熱控設備更新?lián)Q代創(chuàng )造了條件。大型機組熱工自動(dòng)化的現狀一、大型機組的被控對象和測點(diǎn)數量多二、采用計算機監控系統，常規儀表在減少三、80年代以來(lái)我國火電廠(chǎng)控制格局的變化四、大型機組熱工自動(dòng)化水平的3種類(lèi)型一、大型機組的被控對象和測點(diǎn)數量多如前所述，目前，我國火電廠(chǎng)所指的大型機組是200～600MW機組，蒸汽參數為超高壓（13.73MPa以上）、亞臨界（17.15MPa以上）、超臨界（22MPa以上），溫度一般均為540℃。由于機組主輔設備多，系統復雜，被控對象數量多。以300MW機組為例，一般有電動(dòng)機100～130臺，電動(dòng)閥門(mén)180～230臺，電動(dòng)執行器65～75臺，氣動(dòng)執行器30臺左右。一臺機組的測點(diǎn)（I/0通道）數量也是可觀(guān)的，據統計：200MW機組測點(diǎn)數約1000～2000點(diǎn)；300MW機組測點(diǎn)數約3000～4000點(diǎn)；600MW機組測點(diǎn)數約6000～7000點(diǎn)。測點(diǎn)數包括模擬量輸入（AI）、模擬量輸出（AO），數字量（開(kāi)關(guān)量）輸入（DI）、數字量輸出（DO）等。隨著(zhù)機組容量增加，火電廠(chǎng)控制室儀表和控制柜越來(lái)越多，而采用計算機監控系統以后，常規儀表在不斷減少，以某廠(chǎng)2臺300MW機組為例，前者為燃油機組，建于70年代初期，采用常規儀表為主，小型計算機為輔的監控手段；后者為燃煤機組、建于80年代末期，以分散控制系統為主，常規儀表為輔。這2臺機組常規儀表配置情況見(jiàn)表4-5-1。表4-5-1                  2臺機組常規儀表配置情況機組類(lèi)型顯示儀表（只）記錄儀表（只）光字牌（個(gè)）巡回檢測儀（臺）燃油300MW燃煤300MW349191773687960點(diǎn)×12100點(diǎn)×6由于傳統觀(guān)念的影響，我們看到一些電廠(chǎng)在采用新型的計算機監控系統（分散控制系統）以后，仍然大量使用常規儀表的現象。隨著(zhù)人們觀(guān)念的變化和對新設備可靠性的認同，目前大型機組常規儀表不斷減少，逐步實(shí)現了單元機組的一體化控制，即不設司爐、司機和電氣值班員，而是一臺機組配備1名主值班員，2～3名副值班員，對整臺機組全面監控。如石洞口二廠(chǎng)的600MW機組，實(shí)行的就是這種配置。80年代以來(lái)我國火電廠(chǎng)控制格局的變化80年代以來(lái)我國火電廠(chǎng)控制格局的變化情況如表4-5-2所示。表4-5-2          80年代以來(lái)我國火電廠(chǎng)控制格局的變化項  目常規儀表為主體常規儀表與CRT并存CRT為主體機組類(lèi)型國產(chǎn)300MW機組國產(chǎn)300MW機組引進(jìn)350MW機組引進(jìn)600MW機組國產(chǎn)引進(jìn)型300MW機組監控系統國產(chǎn)小型  HN3000計算機    PDP11進(jìn)口DCSWDPF進(jìn)口DCSN－90MOD300進(jìn)口DCSWDPF－Ⅱ（望亭）Procntrol－P（西部）N－90MOD300配置情況·CRT：2臺·記錄儀表：數十只·指示儀表：數百只·多點(diǎn)巡測：10臺左右·M/A：約100只·開(kāi)關(guān)（按鈕）：約200個(gè)·CRT：4臺·記錄儀表：20只·指示儀表：100只·M/A：50～80只·多點(diǎn)巡測：數臺·CRT：6臺·記錄儀表：＜20只·批示儀表：＜100只·M/A：20－40只·CRT：6臺·記錄儀表：一·批示儀表：23/4只·M/A：36/0只·開(kāi)關(guān)（按鈕）：少數（深圳西部9個(gè)）監控水平·數據采集（DAS）·模擬控制（SPEC-200）·爐膛保護（FSSS）·順序控制（PLC）·數據采集（DAS）·模擬控制（CCS）·爐膛保護（FSSS）·局部順序控制(SCS)·數據采集（DAS）·模擬控制（CCS）·爐膛保護（FSSS）·順序控制（SCS）·汽輪機控制（DEH）·機組自啟停·數據采集（DAS）·模擬控制（CCS）·爐膛保護（FSSS）·順序控制（SCS）·汽輪機控制（DEH）·機組局部自啟停計算機功能DASDAS、CCS、SCSDAS、CCS、SCS、FSSS、DEH為獨立系統DAS、CCS、SCS、FSSS、DEH、通過(guò)通信實(shí)現數據共享典型電站漢川電廠(chǎng)1號機組鄒縣電廠(chǎng)3、4號機組黃臺電廠(chǎng)8號機組望亭電廠(chǎng)14號電機組吳涇電廠(chǎng)11、12號機組石洞口一廠(chǎng)3、4號機組石洞口二廠(chǎng)1、2號機組北侖港電廠(chǎng)1號機組望亭電廠(chǎng)11號機組深圳西部電廠(chǎng)3種類(lèi)型大型機組熱工自動(dòng)化水平的三種類(lèi)型如表4-5-3所示。表4-5-3              大型機組熱工自動(dòng)化水平的三種類(lèi)型項  目I類(lèi)Ⅱ類(lèi)Ⅲ類(lèi)控制方式1．機爐電集中控制2．兩機一控或一機一控1．機爐電集中控制2．兩機設一集控室1．機爐電集中控制2．兩機設一集控室啟停操作現場(chǎng)有人配合下，在集控室可對機組進(jìn)行啟停操作現場(chǎng)有人配合下，在集控室可對機組進(jìn)行啟停操作，具有汽輪機的自升速控制（按經(jīng)驗曲線(xiàn)）除機組啟動(dòng)前的一次性操作外，能根據熱應力和壽命管理的要求行機組的啟停操作直至并網(wǎng)帶負荷正常運行靠常規儀表監視機組的參數，具有基本的自動(dòng)調節項目，可自動(dòng)也可手動(dòng)操作。電動(dòng)機和閥門(mén)為單獨操作和少數成組，選線(xiàn)操作配有計算機監控系統，主要依靠CRT和少數模擬儀表進(jìn)行監視自動(dòng)調節項目完善、具有保護連鎖功能，主要輔機和閥門(mén)采用聯(lián)動(dòng)操作或部分順序控制配有計算機監視控制系統，以CRT為中心，輔以少數模擬儀表作為監視設備；自動(dòng)控制和連鎖保護、順序控制已成為一個(gè)整體，通過(guò)鍵盤(pán)或球標進(jìn)行操作，只備少數操作器和開(kāi)關(guān)作必要的緊急操作事故處理1．常規的報警系統2．設有簡(jiǎn)易爐膛安全保護裝置及汽壓過(guò)高，水位過(guò)高過(guò)低和汽輪機超速，軸位移過(guò)大、低油壓、低真空停機保護3．一般有機爐事故停機時(shí)狀態(tài)變化及相關(guān)參數的記錄1．除有常規報警系統外在CRT上有報警顯示2．有較完善的鍋爐、汽輪機安全保護裝置包括振動(dòng)過(guò)大停機保護3．有事故追憶打印和事件順序記錄1．除有重要參數和狀態(tài)的常規報警系統外，有CRT報警分析與提示2．有完善的鍋爐、汽輪機安全保護裝置，輔機故障減負荷（RB）、燃燒器管理（BMS）等功能3．事故處理的操作提示4．有事故追憶打印和事件順序記錄，大量歷史數據存貯運行方式及人員配置1．帶基本負荷2．爐、機、電分開(kāi)操作1．具有協(xié)調控制功能，可適應小負荷變化范圍內的調頻要求2．爐、機電分別操作1．具有協(xié)調控制，能滿(mǎn)足“定-滑-定”復全運行方式和調頻調峰的要求2．爐機電統一操作，一人監盤(pán)主要儀表及自動(dòng)裝置水平1．常規儀表、數字巡回檢測儀2．組件組裝儀表或編程控制器3．簡(jiǎn)易的爐膛安全保護設施4．汽輪機本體安全監視保護儀表5．汽輪機控制為液調1．計算機監視系統，CRT與常規儀表并存2．組件組裝儀表或可編程控制器3．爐膛安全保護裝置4．汽輪機本體安全監視保護儀表5．電液并存的汽輪機控制系統1．微機分散控制系統（DCS），實(shí)現DAS、CCS和SCS數據共享，各自動(dòng)化設備通過(guò)通信母線(xiàn)連成一個(gè)整體2．CRT為主只保留個(gè)別重要參數的常規儀表3．配有完善的鍋爐、汽輪機安全保護裝置4．汽輪機控制系統為純電調（DEH）要  求除儀表及控制裝置要求高質(zhì)量外，其他均為一般水平1．對主輔機有較高的可控性2．有較高的運行、管理水平1．主輔機可控性能滿(mǎn)足調峰要求2．運行人員水平高并經(jīng)模擬培訓3．運行管理制度參適應先進(jìn)技術(shù)的要求注  以上兩表摘引自《中國電力》1996年第12期 李子連、王漢生著(zhù)《火電廠(chǎng)熱工自動(dòng)化的發(fā)展、現狀及前景》一文。分散控制系統（DCS）一、什么是DCS二、DCS的組成一、什么是DCS分散控制系統DCS（Distributed Control System）是基于“4C”技術(shù)（Computer Control Communication CRT）的70年代中期出現的新型工業(yè)控制系統，采用分布式的計算機系統結構，目的是為了減少風(fēng)險，提高系統可靠性。其基本思路是：將整個(gè)控制系統按照區域、功能和回路作適當分解，再通過(guò)總線(xiàn)或通訊網(wǎng)絡(luò )將它們連接為有機整體。這樣，局部性故障不會(huì )影響整體的安全運行，同時(shí)可以保證各部分工作的高效率。自1975年Honeywell公司推出第一套DCS以后，全世界有60余家公司生產(chǎn)了1500余種產(chǎn)品，目前約有一萬(wàn)套DCS在運行，我國火電廠(chǎng)自80年代引進(jìn)DCS，到1996年底已投入或在建的DCS有238套，火電廠(chǎng)引起的DCS型號及生產(chǎn)廠(chǎng)家使用數量一覽表見(jiàn)表4-5-4。表4-5-4                火電廠(chǎng)引起的DCS型號及生產(chǎn)廠(chǎng)家使用數量一覽表序  號DCS型號生產(chǎn)廠(chǎng)家國內合作單位投入數量電力部是否推薦1N-90（lnfi-90）Bailey公司北京貝利控制公司80√*2WDPF-Ⅱ美國西屋上海聯(lián)合控制公司新華電力控制公司31√3Teleperm-me德國西門(mén)子西門(mén)子電站自動(dòng)化公司大連中德控制工程公司29√4MAX-1000美國MCS公司（L&N）上海自動(dòng)化儀表公司龍源電力工程技術(shù)開(kāi)發(fā)公司15√5Procontrol-pABB公司北京中能奧特曼公司14√6HIACS-3000日本日立北京日立華勝（原電子部6所）24√7I/A Series美國Foxboro上海?？怂静_公司6√8Contronic-E德國H&B川儀股份有限公司2√9TDC-3000美國Honey Well上海新華7×10MIDAS-8000日本三菱—6×11T20-(p320)Cegelec公司西儀橫河6×12CENTUM(XL)日本橫河—4×13SPECTRUM美國Foxboro—1×14MOD-300ABB公司—4×*  表中√表示是，×表示否。為防止電廠(chǎng)應用DCS品種過(guò)多，給運行維護備品備件帶來(lái)困難，電力部選擇業(yè)績(jì)較好、國內有合作單位的表中前8種為電力部推薦使用的DCS系統。小型分散控制系統如Yewpark等在火電廠(chǎng)中也有應用，表中未列入。此外，我國自行開(kāi)發(fā)的DCS系統在電廠(chǎng)改造中也有使用，如電力工業(yè)部電力科學(xué)研究院的EDPF等。DCS的組成大型火電機組的DCS系統，一般包括數據采集系統（DAS）、模擬量控制系統（MCS）、順序控制系統（SCS）、鍋爐爐膛安全監控系統（FSSS）、汽輪機電液控制系統（DEH）。后兩種根據廠(chǎng)家經(jīng)驗，如解決好接口問(wèn)題，可以進(jìn)入DCS，也可以獨立工作。此外，有的機組DCS中還包括汽機旁路控制系統（BPS）。DCS系統的功能分述如下。（1）數據采集系統（DAS）（Data Acquisition System）。它具有在CRT上顯示各種參數、表格、曲線(xiàn)、系統圖、棒狀圖、趨勢圖、模擬流程圖等功能，報警功能，事故順序記錄和追憶打印功能（SOE），顯示操作指導信息功能，還具有在線(xiàn)的性能效率計算和經(jīng)濟分析功能等。（2）模擬量控制系統（MCS）（Modulating Control System）亦稱(chēng)機組協(xié)調控制系統（CCS）（Coordinated Control System）。其設計思想是將爐機電綜合控制，以自動(dòng)調節為主，將邏輯控制、聯(lián)鎖保護等功能結合在一起，構成一種具有多種控制功能，滿(mǎn)足不同運行工況要求的綜合性過(guò)程控制系統。它是在常規機爐局部控制系統上發(fā)展起來(lái)的，在局部控制子系統上加入協(xié)調控制器，對各子系統進(jìn)行協(xié)調。它是實(shí)現機組全方位全過(guò)程控制的基礎，也是DCS最基本的控制功能。（3）順序控制系統（SCS）（Sequence Control System）。與MCS系統不同，SCS主要用于斷續生產(chǎn)過(guò)程，在火電廠(chǎng)中主輔機啟停，輸煤自動(dòng)化，化學(xué)水處理等生產(chǎn)過(guò)程大量需要順序控制。SCS是DCS的重要組成部分，其核心部件微處理器或可編程邏輯控制器（PLC）代替了常規繼電器，使順序控制的功能有了很大進(jìn)步。大型機組中SCS以子功能組級及執行級控制為主，一個(gè)功能組可能包含若干順序控制系統。（4）鍋爐爐膛安全監控系統（FSSS）（Furnace Safeguard Supervisor System）。它用于大型機組的鍋爐監控保護，可以進(jìn)入DCS成為其中的一部分，也可以獨立運行。下面還將詳細介紹。（5）汽機電液控制系統（DEH）（Digital Electro－h(huán)ydraulic Control System）。其主要功能包括汽輪發(fā)電機自啟停（暫不要求）及并網(wǎng)帶負荷工況下的轉速調節和功率調節，具有機組甩負荷情況下的超速保護功能。某些DEH系統還具有機組運行參數監視、記錄和報警功能。汽機控制系統經(jīng)歷了電液并存和純電調兩個(gè)階段，純電調中又從模擬電調AFH向以計能。汽機控制系統經(jīng)歷了電液并存和純電調兩個(gè)階段，純電調中又從模擬電調AEH向以計算機為基礎的數字電調DEH發(fā)展。在CCS中，DEH接受協(xié)調控制器的控制。此外，一些汽動(dòng)給水泵也裝有電液調節裝置，稱(chēng)為MEH（Micro Electro－h(huán)gdraulic），這里不再贅述。大型機組重要的熱工安全保護裝置和事故順序記錄儀一、鍋爐爐膛安全保護裝置（FSSS）二、汽輪機安全監控保護裝置三、事故順序記錄儀一、鍋爐爐膛安全保護裝置（FSSS）鍋爐爐膛安全保護裝置（FSSS）一般包括爐膛安全保護系統（FSS）和燃燒器管理系統（BMS）兩部分。FSS由爐膛壓力、火焰檢測，邏輯運行部件和輸出控制元件，汽包水位保護等構成，而B(niǎo)MS是根據負荷和爐膛安全的要求切投燃燒器的控制系統。成套引進(jìn)的大型機組一般都包括FSSS設備。美國Forney公司生產(chǎn)的AFS－1000裝置在國內應力較多，目前北京儀表公司已能合作生產(chǎn)。對于200MW及以下機組，各地自行研制開(kāi)發(fā)了許多滅火保護裝置，也發(fā)揮了一定作用。目前使用較多的是東北電院研制的MFSS－B（C）型滅火保護裝置，它以微處理機為核心控制部件，具有爐膛火焰監測、燃燒不穩報警、滅火保護邏輯、爐膛清掃邏輯、壓力保護、首次跳閘原因記憶，事故順序記錄，打印跳閘原因及自檢等功能。簡(jiǎn)易爐膛安全保護裝置必須具備三種功能，即火焰檢測、爐膛壓力保護和吹掃功能。從使用FSSS的情況來(lái)看要防止兩種不利于設備安全的傾向。其一，隨意停退鍋爐膛安全保護裝置，或不嚴格遵守吹掃時(shí)間不少于5min的規定，以致鍋爐滅火放炮事故屢有發(fā)生。其二，應用FSSS要根據爐型、燃燒系統以及我國煤種多變的國情，合理確定邏輯條件，否則可能造成頻繁的主燃料跳閘（MFT）。如某廠(chǎng)AFS－1000裝置在火焰檢測中包括臨界火焰、角火焰、全爐膛火焰跳閘三個(gè)邏輯條件，MFT經(jīng)常動(dòng)作，后經(jīng)簡(jiǎn)化、修改邏輯條件，保護誤動(dòng)大為減少。（TSI）（Turbine Supervisory Instrumentation）汽輪機監控保護裝置是汽機安全運行必不可少的裝置。80年代我國200MW機組多次發(fā)生汽輪機軸系破壞事故，而國產(chǎn)汽輪機監控保護裝置穩定性、準確性和可靠性都不盡如人意，于是先后進(jìn)口了美國本特利公司7200、3300系列TSI和德國菲利浦公司RMS700系列TSI，包括軸振動(dòng)、軸承蓋振動(dòng)、軸向位移、相對膨脹、偏心度、轉速、鑒相、汽缸熱膨脹指示報警、跳閘等功能。兩個(gè)公司的TSI的關(guān)鍵測量元件采用的都是根據電渦流效應原理設計的渦流傳感器，其靈敏度、精度高、抗干擾能力強、線(xiàn)性度好、為非接觸式、安裝調試方便，采用多種保護系統，測量信號三取二或二取二，并有故障自診斷功能，可靠性也大大加強。本特利7200系列指示表為指針刻度式，3300系列為數字液晶顯示；7200系列的監測器為單通道，3300系列為雙通道，菲利浦RMS700系列與本特利7200系列水平相當，最近本特利公司又開(kāi)發(fā)了3500系統。許多電廠(chǎng)雖然在大機組上配備了進(jìn)口的TSI，但安裝維護存在問(wèn)題，不能全功能的投入、沒(méi)有充分發(fā)揮TSI的作用，應引起重視。TSI功能的擴展是加裝汽機瞬態(tài)數據管理系統（TDM）（Transient Data Manager），如數據管理系統2000。它也是本特利公司的產(chǎn)品，具有三大功能，第一，對汽機瞬態(tài)（即啟停機）數據的在線(xiàn)采集、貯存和分析功能，第二，對機組穩定（正常運行）數據的在線(xiàn)采集、貯存和分析功能，第三，對報警、跳閘時(shí)全部數據的鎖定功能。瞬態(tài)數據可處理為波德圖、極坐標圖、軸心軌跡圖；穩態(tài)數據可形成振動(dòng)、軸位移的各種趨勢圖（如：20min、24h、1周、4周、12周等時(shí)間趨勢）、頻譜分析圖及波形圖等，對分析汽機運行工況，防止軸系事故極為有利。（SOE）（Sequence of Events Recorder）也稱(chēng)SER（Sequential Events Recorder）對于安全工程師，SOE是必須重點(diǎn)了解的熱工自動(dòng)化裝置，其作用相當于繼電保護專(zhuān)業(yè)的故障錄波器，但覆蓋面大，功能更強大。對于大型機組來(lái)說(shuō)，要控制監視大量信號越限或多個(gè)聯(lián)鎖動(dòng)作，運行人員難以迅速辨認各個(gè)信號動(dòng)作的先后次序和時(shí)間，尤其是事故的首發(fā)點(diǎn)，而對于瞬間的人為錯誤所造成的故障，有時(shí)甚至無(wú)法查清。據國外資料介紹，一般人為錯誤所造成的故障達全部故障的20％～25％。大型機組數據采集系統（DAS）一般都具有事故順序記錄儀SOE的功能，而對于沒(méi)有DAS系統的200MW機組，電力部曾下文要求安裝事故順序記錄儀（SER）。從60年代第一代掃描式事故順序記錄儀問(wèn)世后，至今已發(fā)展到第五代，它是以微處理機控制的具有強大網(wǎng)絡(luò )功能的監測儀表，主要用來(lái)監視大型設備和生產(chǎn)過(guò)程控制系統的運行狀態(tài)，記錄每種輸入狀態(tài)（包括模擬量、開(kāi)關(guān)量等）變化的順序和精確時(shí)間，分辨率達1ms，還可以對故障前后一段時(shí)間進(jìn)行追憶打印，為故障原因分析提供準確依據，也便于盡快排除故障，縮短停機時(shí)間。經(jīng)常對記錄資料進(jìn)行分析，還可以發(fā)現設備潛在的隱患和操作上存在的問(wèn)題，超前預防系統故障的發(fā)生。SOE是分析大型機組故障必不可少的工具，應該充分利用和掌握。例如某廠(chǎng)一臺300MW機組投產(chǎn)不久發(fā)生兩次FSSS沒(méi)有顯示出原因的MFT動(dòng)作停爐，經(jīng)分析可能是FSSS系統的PC機失電，于是將FSSS的PC機失電信號引入SOE，經(jīng)過(guò)事故追憶打印，發(fā)現FSSS的UPS電源（System－100型）切換時(shí)間長(cháng)達46ms，而PC機失電分辨時(shí)間為25ms，于是將PC機改為由切換時(shí)間為16ms的UPS供電，有效防止了停爐事故。又如某廠(chǎng)原來(lái)輔機無(wú)SOE記錄，磨煤機跳閘原因不明。加裝SOE裝置后，查找故障原因大為方便，磨煤機跳閘原因不明。加裝SOE裝置后，查找故障原因大為方便，磨煤機跳閘引起MFT的次數大為減少。現場(chǎng)在使用SOE功能時(shí)發(fā)現事故追憶采樣時(shí)間過(guò)長(cháng)或故障前后時(shí)間太短等問(wèn)題，一般可以修改系統軟件解決，或在設計時(shí)就對SOE的功能和硬件軟件配置提出要求，以滿(mǎn)足故障分析的需要。大型機組熱控裝置故障分析一、概述二、熱控故障系統（部件）分類(lèi)及分析三、熱控故障技術(shù)分類(lèi)及分析四、熱控故障元件（零部件）分類(lèi)及分析五、熱控故障責任分類(lèi)及分析一、概述從各電廠(chǎng)上報電力部的事故和一類(lèi)故障報表分析可知，1995年熱控裝置事故共29起，一類(lèi)障礙230起；1996年熱控裝置事故50起，一類(lèi)障礙207起，約占當年發(fā)電事故的5％和一類(lèi)障礙的7％左右。由于某些單位有關(guān)人員，報表填得很不規范，給故障分析帶來(lái)很大的困難，主要問(wèn)題有：（1）不屬熱控裝置的故障統計到熱控裝置故障分類(lèi)中。如某供電局220kV線(xiàn)路掉閘，某電廠(chǎng)運行人員誤開(kāi)疏水門(mén)造成低真空保護動(dòng)作停機，某電廠(chǎng)直流系統誤操作造成鍋爐滅火等等。（2）故障簡(jiǎn)題與事故設備、部件、技術(shù)原因分類(lèi)風(fēng)馬牛不相及。如某廠(chǎng)“3號爐因爐膛保護裝置誤動(dòng)滅火造成停機”，而事故設備欄為“汽機本體”，部件分類(lèi)為“中壓汽缸”，技術(shù)分類(lèi)為“脹差超限”，弄不清是鍋爐問(wèn)題還是汽機問(wèn)題。（3）故障簡(jiǎn)題過(guò)于簡(jiǎn)單而分類(lèi)欄中充斥“不明”“待查”等“虛”詞甚至干脆大量空氣不填。如簡(jiǎn)題“×機組跳閘”你能判斷是什么性質(zhì)的故障嗎？按《調規》填報手冊的要求，事故簡(jiǎn)題最多可輸入30個(gè)漢字，應用簡(jiǎn)題的文字將事故（一類(lèi)故障）的發(fā)生處所、設備、事故形態(tài)及原因后果作一概括的描述，很多單位都達不到要求。對1995年、1996兩年熱控裝置事故和一類(lèi)障礙進(jìn)行篩遠，統計列表如表4-5-5。表4-5-5              1995、1996年熱控裝置事故和一類(lèi)障礙篩選統計表機組類(lèi)別事故（次）一類(lèi)障礙（次）1995年1996年合計1995年1996年合計600（500）MW1111462470300～360MW14334782112194200～210MW628452873125MW及以下6410353368水電機組12618非熱控裝置3310414總  計295079230207437從表中統計可見(jiàn)：（1）200MW以上大型火電機組熱控故障的比例為：事故66次，占全部事故76次的86.8％，一類(lèi)障礙337次，占全部一類(lèi)障礙423次的79.7％。近兩年熱控裝置故障主要集中在大型火電機組。（2）大型機組中由于200MW機組趨于穩定近兩年投產(chǎn)又較少，熱控事故在減少，而300～600MW機組熱控裝置有增多的趨勢。（3）大型機組熱控設備復雜，且機組投產(chǎn)后前2～3年熱控裝置故障多，列入統計的大部分是新投產(chǎn)機組，運行4～5年后的機組熱控裝置故障比較少。熱控故障系統（部件）分類(lèi)如表4-5-6所示。從表中可見(jiàn)：表4-5-6            熱控故障系統（部件）分類(lèi)表系統（部件）類(lèi)型事故（次）一類(lèi)障礙（次）合計（次）常規熱工儀表裝置95059常規自動(dòng)控制裝置116879分散控制系統（DCS）88數據采集系統（DAS）11718模擬量控制系統（MCS）42630順序控制系統（SCS）54853電液調節系統（DEH）82129爐膛安全監控系統（FSSS）2488112汽機控制系統（TCS TSI ETS等）95665旁路控制系統（BPS）224其他33942（1）常規熱工儀表和自動(dòng)控制裝置故障占全部熱控裝置故障的27.7％，其中大部分為常規熱工保護誤動(dòng)，如低真空、低油壓保護誤動(dòng)等。（2）列入分散控制系統的故障只有8次，主要是電源和通訊回路故障，其他都列入了各子系統中。（3）爐膛安全監控系統、汽機控制系統、順序控制系統故障較多，主要是因為這些系統直接作用于機爐停動(dòng)，構成事故和一類(lèi)故障而列入統計。數據采集系統、模擬量控制系統正好相反，形成故障統計的較少，并不能說(shuō)明DAS、MCS問(wèn)題少。特別需要指出的是，1997年9月國家電力公司安運部對臺州電廠(chǎng)7號機組控制系統頻繁死機的情況發(fā)出了通報。這樣的情況是不多見(jiàn)的。通報指出：“浙江臺州電廠(chǎng)7號機組（容量為330MW）自去年10月機組整體啟動(dòng)調試和試生產(chǎn)以來(lái)，分散控制系統由于軟件和硬件故障共發(fā)生22次系統死機，其中造成機組不正常跳閘達8次，分散控制系統（以下簡(jiǎn)稱(chēng)DCS）存在的問(wèn)題已對機組的安全、穩定運行造成嚴重威脅。目前情況尚未得到根本性好轉，有關(guān)技術(shù)改進(jìn)措施有待進(jìn)一步驗證和觀(guān)察。”臺州電廠(chǎng)7號機組分散控制系統為西門(mén)子公司的TELEPERMME/XP系統，由上下兩層結構組合而成。上層（OM）結構是由西門(mén)子TELEPERM XP部分產(chǎn)品組成，以實(shí)現人－機對話(huà)、編程和數據處理功能。下層（AS）結構是由西門(mén)子TELEPERM ME的部分產(chǎn)品組成，以實(shí)現現場(chǎng)信息采集、實(shí)時(shí)控制功能。上、下層結構通過(guò)各自的通訊總線(xiàn)（上層為以太網(wǎng)，速率為10M，下層為CS275通訊總線(xiàn)，速率僅為250K）由通訊PU來(lái)進(jìn)行數據交換。這種由兩種不同系列產(chǎn)品搭配的結構組態(tài)，由于硬件故障率高，系統軟件不成熟，相互之間通訊不協(xié)調（其實(shí)際瓶頸是CS275），再加上工程設計方面存在的缺陷，導致DCS工作不正常，死機多。部自動(dòng)化領(lǐng)導小組推薦的系統為成熟的TELEPERM ME系統，而其選用的TELEPERM ME/XP系統是混合型過(guò)渡產(chǎn)品，硬件欠可靠，系統軟件欠成熟，從而造成機組投運以來(lái)頻繁跳閘。通報指出：大型發(fā)電機組的DCS是機組啟停和運行的中樞系統，對保證機組安全穩定運行至關(guān)重要，發(fā)生問(wèn)題有可能造成機組設備的嚴重損壞，必須引起有關(guān)單位領(lǐng)導和專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員的高度重視，防止任何盲目行為。熱控故障技術(shù)分類(lèi)見(jiàn)表4-5-7，分析此表可得出如下幾點(diǎn)結論。表4-5-7                    熱控故障技術(shù)分類(lèi)表技術(shù)分類(lèi)事故（次）一類(lèi)障礙（次）合計（次）保護誤動(dòng)51207258儀表失靈33134調節失靈56570程控失靈43337電源故障83947其他54853（1）保護誤動(dòng)占熱控故障的51.7％，是熱控故障的主要方面。熱工保護誤動(dòng)是指由于熱控裝置本身及附件的故障造成保護裝置誤動(dòng)作。如果設備運行參數真正達到動(dòng)作值使保護動(dòng)作則為正確動(dòng)作。目前，對熱工保護動(dòng)作情況沒(méi)有像繼電保護專(zhuān)業(yè)一樣有一個(gè)“正確動(dòng)作率”的考核指標，這是不合適的，不利于加強管理，不利于減少熱工保護誤動(dòng)率，提高設備安全穩定水平。此外，現場(chǎng)往往把一些原因不明的設備故障統統裝到“保護誤動(dòng)”這個(gè)筐子里，掩蓋了故障發(fā)生的真正原因，對安全是很不利的，加強考核可以避免這種情況發(fā)生。（2）1995、1996年的熱控故障報表中只有一個(gè)是廠(chǎng)填報“3號爐滅火保護拒動(dòng)”。保護拒動(dòng)是比誤動(dòng)更危險的故障，很可能危及主設備的安全?？磥?lái)各單位普遍不重視，應予以糾正。（3）熱工儀表、調節、程控失靈故障占熱控故障的28.3％，電源故障占10%，比例也是比較高的。熱控故障元件（零部件）分類(lèi)見(jiàn)表4-5-8，分析此表可得如下結論。表4-5-8              熱控故障元件（零部件）分類(lèi)表元件（零部件）事故（次）一類(lèi)故障（次）合計（次）測量元件85866控制裝置4747熱工電源（計算機電源）103040計算機卡件92837續表4-5-8元件（零部件）事故（次）一類(lèi)故障（次）合計（次）計算機軟件4711保護裝置43034電纜（光纜）41216儀表管道31013火焰檢測器12820執行器（調節閥電磁閥等）81827繼電器2911壓力開(kāi)關(guān)（溫度開(kāi)關(guān)）31619變送器31013端子箱（接線(xiàn)盒等）178信號裝置22426二次表55通信接口33其他3131（1）一次儀表故障包括測量元件、變送器、壓力溫度開(kāi)關(guān)、火焰檢測器、儀表管道等，約占全部故障的26.3％。主要是測點(diǎn)斷線(xiàn)、短路，火檢器缺乏維護臟污積灰，變送器、壓力溫度開(kāi)關(guān)損壞，儀表管路堵塞，凍壞等等。（2）二次儀表故障包括控制裝置，保護裝置，信號裝置等，占全部故障的21.4％。因報表填得太籠統，上述“裝置”不知具體所指。（3）計算機故障包括卡件（硬件）、軟件，通信接口等，約占全部故障的10％?？收嫌兄圃熨|(zhì)量問(wèn)題，也有施工、調試、運行中使用不當引起的損壞。電力部火電廠(chǎng)DCS調查組曾對16個(gè)電廠(chǎng)的17套DCS硬件損壞情況做過(guò)調查統計，Infi－90（N－90）WDPF H－3000、T－ME、MAX－1000等五種DCS硬件年平均損壞率；卡件為0.5％～8％，外設為0％～12％。軟件故障主要是定值設置如調節速率設置等存在問(wèn)題。（4）執行元件故障包括執行器、調節閥、電磁閥、繼電器等，約占全部故障的8％，主要是執行元件卡澀、粘連、損壞等。（5）熱控公用設備故障包括電源（UPS）、電纜（光纜）、端子箱、接線(xiàn)盒等方面，約占全部故障的13％，電源方面的問(wèn)題較多，如備用電源不能自投，保險配置不合理，UPS電源內部故障等造成電源中斷，以及穩壓電源波動(dòng)引起保護誤動(dòng)，電纜（光纜）故障主要有控制電纜著(zhù)火，施工中電纜受傷，運行中斷路等。端子箱接線(xiàn)盒問(wèn)題主要有接觸不良，端子箱進(jìn)水等引起的設備異常。熱控故障責任分類(lèi)見(jiàn)表4-5-9，分析此表可得如下結論。表4-5-9                  熱控故障責任分類(lèi)表責任分類(lèi)事  故（次）一類(lèi)故障（次）合計（次）本 單 位 過(guò) 失熱工人員27115142檢修人員44448運行人員33試驗人員44領(lǐng)導人員257規劃設計單位62834制造單位16112128修造單位123施工安裝單位43438調試單位31114科研單位123未填62127待定31619其他人員32427自然災害22（1）本單位責任造成的熱控設備故障共204次，占全部熱控故障40.9％，其中近70％的故障又是由于熱工人員的過(guò)失造成的。因此，加強發(fā)電廠(chǎng)熱控設備的管理，提高熱工人員的技術(shù)水平和培養愛(ài)崗敬業(yè)精神十分重要。（2）制造（修造）單位責任造成的熱控設備故障共131次，占全部熱控故障的26.3％，是除本單位責任外數量最多的，說(shuō)明熱控設備的制造質(zhì)量存在一定問(wèn)題，應引起生產(chǎn)廠(chǎng)家重視。（3）從熱控故障責任的分布看，從規劃、設計制造、施工安裝、調試、科研、生產(chǎn)（運行、檢修以至試驗和領(lǐng)導人員）等方面都有責任，可見(jiàn)必須抓全過(guò)程的管理，才能從總體上提高熱控設備的安全運用水平。（4）在責任分類(lèi)中還有46次故障責任不清，報表中未填或待定，約占10％，應按“三不放過(guò)”的原則，嚴格分清責任，才能使責任者真正吸取教訓，杜絕故障的發(fā)生。大型機組熱控裝置故障的預防一、必須有良好的外部環(huán)境條件二、加強熱控裝置運行維護管理三、努力提高熱工保護的可靠性，減少誤動(dòng)拒動(dòng)四、推行“熱控工作票”制度五、加強培訓，不斷提高熱工人員的工作水平從上節的分析中我們可以看出，大型機組熱控系統復雜，故障的離散性很大。而以DCS為主體的熱控裝置包括計算機系統硬、軟件、測量元件、開(kāi)關(guān)、變送器、電纜、顯示器以及執行機構等組成，還必須有完善的外部環(huán)境。系統中任一環(huán)節出現問(wèn)題，均會(huì )導致系統部分功能失效或引發(fā)系統故障、機組跳閘，甚至損壞主設備。因此必須加強對熱控設備全方全的管理。大型機組熱控設備的外部環(huán)境條件是指合格的控制室和電子裝備室、UPS電源、計算機系統接地以及儀用氣源等。上述設備一般不屬熱控專(zhuān)業(yè)管轄范圍，但其好壞又直接影響熱控設備的安全穩定運行。（1）控制室和電子裝備室要符合廠(chǎng)家防塵、溫度和濕度的要求。電子裝備室的環(huán)境溫度應保持在19～23℃，濕度35％～50％，且應獨立安裝調溫調濕的空調，否則北方冬季干燥易產(chǎn)生靜電，南方潮濕模件易結露。（2）進(jìn)入熱工表盤(pán)的交、直流電源應各有兩路互為備用，交流電源中的一路應來(lái)自交流不停電電源UPS，直流電源應來(lái)自廠(chǎng)用蓄電池阻。DCS應采用雙UPS冗余方式供電，每臺UPS負荷不得超過(guò)40％切換時(shí)間一般小于5ms或符合廠(chǎng)家要求。（3）熱控裝置特別是DCS應有良好的接地系統，合理的電纜屏蔽，抗系統干擾符合要求，以免控制系統誤發(fā)信號。（4）儀用壓縮空氣不能和其他空壓系統混用，氣壓、含塵含水含油等指標達到設計要求，據了解國內各電廠(chǎng)這方面是最薄弱的，完全符號要求的不多。（1）要把熱控系統所有設備看成一個(gè)整體全面管理，不能只重視計算機系統，而忽視現場(chǎng)設備維護，反之也是不對的。有些電廠(chǎng)對DCS硬件維修管理重視，而對軟件管理不完善，現場(chǎng)幾乎所有人都可以修改軟件和組態(tài)，這是很危險的。（2）對熱控系統設備的檢修維護要規范化，項目、周期都要明確，定期對設備進(jìn)行檢查、測試、傳動(dòng)、清掃。從熱工故障的分析中可知熱工保護的可靠性是降低熱控裝置故障率的主要途徑。（1）認真做好熱工保護聯(lián)鎖試驗是防止保護誤動(dòng)拒動(dòng)的必要手段。大小修和日常定期維護要規定試驗項目，聯(lián)鎖試驗可分級管理，班組負責一般輔機保護聯(lián)鎖試驗，車(chē)間組織主要輔機保護聯(lián)鎖試驗，廠(chǎng)級組織機電爐大聯(lián)鎖和汽機保護試驗，鍋爐保護試驗等。聯(lián)鎖試驗應在現場(chǎng)模擬工作條件進(jìn)行傳動(dòng)，嚴禁在控制柜內輸入端子處進(jìn)行模擬試驗。（2）不能隨意停退保護和修改保護定值。沒(méi)有征得制造廠(chǎng)家同意并經(jīng)電廠(chǎng)生產(chǎn)副廠(chǎng)長(cháng)（或總工）批準，任何人不得擅自取消、退出保護或改動(dòng)保護定值。特殊情況下經(jīng)批準臨時(shí)退出保護要限期及時(shí)恢復。（3）建議設立“熱工保護正確動(dòng)作率”考核指標。有了考核指標，加上安全生產(chǎn)責任制的落實(shí)，熱工保護的可靠性是可以大幅度提高的。寶鋼電廠(chǎng)2臺350MW進(jìn)口機組由于設備質(zhì)量好，安裝調試好，運行維護好，熱工自動(dòng)化系統投產(chǎn)以來(lái)運行一直正常。據統計，2臺機組投運10年只發(fā)生10次MFT，且無(wú)一次誤動(dòng)或拒動(dòng)，正確率100％。人家能做到的我們?yōu)楹尾荒茏龅侥兀?div 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