热工自动化系统可靠性与故障诊断

热工自动化系统可靠性与故障诊断

姜松涛

（山东电力建设第三工程公司山东青岛266000）

摘要：热工自动化系统在实际运行中受多个方面因素影响可能出现不同故障，严重影响系统运行可靠性。换言之，提高热工自动化系统可靠性水平的一大关键手段就在于对故障进行准确诊断与处置。本文即就热工自动化系统故障处理的原则、处理程序、以及故障诊断要点进行综合分析与阐述，望引起同行重视。鉴于此，本文就热工自动化系统可靠性与故障诊断展开探讨，以期为相关工作起到参考作用。

1、热工自动化系统故障诊断

1.1、母线电压互感器故障

电压互感器出现下列情况之一时，应立即停电：（l）互感器内部过热、外皮温度过高超过70℃；（2）互感器引线接头严重过热，严重漏油、至看不见油位；（3）互感器内发出异味或冒烟着火；（4）套管严重破裂放电，线圈与外壳之间或套管、引线与外壳之间有火花现象；（5）互感器内或引线出口有严重喷油或流胶现象；（6）互感器高压侧绝缘有损坏或内部有嚼啪声或其它明显放电噪音。在确认为母线电压互感器故障后，需要及时停电，停电操作时需要注意：电压互感器故障严重，高压侧绝缘损坏时，严禁用刀闸断开故障电压互感器。应及时向调度申请，采用瞬时停母线的办法将故障电压互感器停电。当遇到上述第（2）一（6）条时，人员必须靠近电压互感器时，要做好防范措施，以防电压互感器爆炸，瓷片伤人。

1.2、热工系统产生的逻辑故障和现场设备产生的故障

如果用作测量的信号本身就不可靠，而当该信号被用作连锁保护时，系统中相应的一些误动概念将会大幅的增加。同时，用作热控保护连锁系统中的触发信号大多运用的是单点测量信号，并且该系统和设备是在一个强电磁环境中运行的，由于外部环境的干扰和系统内部的异常都有可能引起单点信号保护回路误动情况的发生。据统计，大多数热控单点信号保护回路发生的异常是由外部因素诱导的瞬间误发信号引起的，还有一些故障仅仅是由于某个位置开关接触不良或某个挡板卡涩引起跳闸而造成的。

1.3、DCS系统异常

DCS（直连式存储）系统是构成火电厂热工自动化保护系统的关键基础，但受自身接地系统稳定性、设备调试安装质量与磁场干扰的综合影响，DCS信号存在短时间强烈变化进而引起系统误动的可能，严重的甚至会引起机组的误判跳闸。较为常见的情况有：模拟信号漂移；DCS故障诊断功能设置错误；DCS故障诊断功能不完全等。

2、提高热工保护可靠性和安全性的方法

2.1、热工系统故障诊断方法

热工控制系统在锅炉、汽轮机等关键部件的稳定运行中扮演着重要角色，所以热工仪表的可靠性直接影响着电厂设备的安全运行。为了有效提高系统各部件的可靠性，需要建立监控系统，在故障发生前后做相应的预测或诊断。目前，电厂热工控制故障的统计对象包括：火焰检测装置、风机振动探头、压力开关、热电阻与限位开关、线路故障以及误操作、检修维护不当等人为因素。故障诊断对象包括：①热工过程控制对象；②热工过程传感器；③热工过程执行器；④热工过程的控制系统本身变化所导致的故障。常用的故障诊断理论与方法归纳为两类：①基于数学模型的诊断理论和方法，例如故障检测滤波器法、故障检测观测器等；②基于非模型的诊断理论和方法，例如多元统计法、神经网络法、专家系统法或数据分析法等。

2.2、关于解决逻辑故障和现场设备故障的方法

①为了防止单个设备或者部件发生故障而造成机组跳闸问题的发生，在进行新机组的运行、机组检修或者逻辑设计时，采取容错逻辑设计的措施。在运行过程中出现的元件故障、部件故障或者设备的故障，应该从控制逻辑上优化，从而进一步进行完善。为了防止控制逻辑失效问题的发生，应该通过事先设置的逻辑措施来控制或者避免。②全面的调整好热工保护连锁信号，重点从动作可靠性角度入手，从而进行全面的优化处理。③就保护逻辑组态而言，应该合理配置页面并且确保正确的执行时序。④最好的方法是不要在保护回路中设置有关运行人员可投、切保护以及手动复归保护逻辑的任何操作设备。⑤应该至少有两路信号是关于ETS、GTS、MFT之间跳闸的指令，通过各自的输出模块，根据二选一或者三选二的逻辑启动跳闸继电器。

2.3、完善应急处理预案

一般的火力发电机组，均是采用分别控制，电器系统控制也在其中。由于其过于分散，系统形式多样，厂家产品质量包括规格不统一，造成控制系统瘫痪等故障，有些小问题，会因为处理不当，而导致整个热点系统无法正常工作，因此为了防止分散控制系统的失灵，我们必须制定一个相对完备的应急处理预案，让操作工人根据预案进行规范化处理。

2.4、加强技术操作的科学化

针对热工自动化设备操作人员定期开展多层次、全方位的技术培训，提升热控人员专业素养和实际操作能力，确保做到故障处理的及时、高效、恰当。同时在设备的日常管理中，不仅应进一步加强对部分保护执行设备（跳闸电磁阀等）动作电源的监管，而且要对相对重要的热工信号进行冗余设置，以便对取样相同的测点信号开展有效的监控和判断。其中重要测点的测量通道应布设于不同卡件以便分散危险，提升可靠性。此外，针对重要测点取样孔布设应采取相对独立的多点布设方法，便于故障的有效应对处置。布设就地热控设备以优化逻辑组态，以降低热控系统出现误动与拒动的可能[5-6]。

可靠性研究的典型实例———TSI控制系统的可靠性

在热工自动化系统中，目前汽轮机安全监测保护装置TSI（Tur-bineSupervisoryInstrument）大量运用在DCS系统中，发挥着重要作用。但它经常出现保护误动的问题，导致机组运行过程中出现异常状况。为此各大发电公司都在为提高TSI系统的可靠性，组织研讨会，制定相应的处理措施。在对多台机组TSI系统的实际运行情况及异常情况案例的统计、分类、分析与综合研究的基础上，孙长生等人提出了以下思路：从优化TSI系统电源及保护逻辑，减少单点信号保护引起机组误动的概率着手，通过全面核查TSI系统连接线路的规范性，完善TSI系统的安装检修和运行维护管理方法，来提高TSI系统的运行可靠性。本着“杜绝拒动，防止误动”的原则，有关技术人员另提出以下技术要求，供机组检修运行维护及评估参考：①采用容错逻辑设计方法，对TSI控制逻辑上进行优化和完善，通过预先设置的逻辑措施降低或避免控制逻辑的失效；②全面核查TSI系统连接线路的规范性；③完善TSI系统的安装检修和运行维护管理方法。

结束语

热工控制系统是一个复杂的系统，所以，影响热工系统可靠性因素是相当复杂的，要利用现有技术手段与实际工作经验来有效发现存在的故障，对其进行尽可能准确的诊断是很重要的。为保证热工系统的安全经济运行，良好的技术管理是保证，可靠的设备与控制逻辑是先决条件，有效的故障诊断及检修与维护是基础，我们要努力提高热工系统的可靠性，要更加有效地提高故障诊断与检修维护能力水平。

参考文献：

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[2]吴灿.热工自动化仪表出现故障的原因及维护思路构建[J].科技展望，2017，27（26）：59.

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[4]李志强.火电厂热工仪表自动化的安装与运行探究[J].南方农机，2017，48（16）：25.