电厂热工保护措施研究

电厂热工保护措施研究

崔敬雁

大唐国际发电股份有限公司陡河热电分公司  河北省唐山市 063000

 摘要：热工保护系统在整个电厂系统中对维护机组的安全运行有着至关重要的作用，同时也是整个电厂中的核心部分，但是在实际的电厂机组运行过程中，经常会因为突发事件造成电厂热工保护出现误动的情况，进而导致整个机组停机，给相企业带来一定的经济损失，为此，需要加强热工系统的稳定性和可靠性的研究。在低压电网中安装剩余电流动作保护器是防止人身触电、电气火灾及电气设备损坏的一种有效的防护措施。世界各国和国际电工委员会通过制订相应的电气安装规程和用电规程在低压电网中大力推广使用剩余电流动作保护器。本文重点分析了剩余电流动作保护器分级保护方式及根据不同的使用场所正确选用分级保护及保护器的动作参数和级差的配合，文中还着重分析了保护器在投运中存在的误接线、误动和拒动的原因和对策。

        关键词：热电厂安装；热工保护；可靠性 意义

1、提高热工保护系统的意义

        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[1]。

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；电缆接线短路、断路、虚接；热控设备电源故障；人为因素；设计、安装、调试存在缺陷。

        2.1 DCS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]。

        2.2 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
        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]。
        3.1完善热工保护系统可靠性
        在我国电力发电行业不断发展的过程中，热电保护体统是火力发电中不可或缺的组成部分，与此同时，在我国热电保护系统在电力发电系统中也相对得到了广泛的应用。热工保护系统在火力发电的过程中起到非常重要的作用，当火力发电机组在运行的过程中，其参数超出了正常运行的参数时，热工保护系统会自动的联系相关的设备，对所出现的故障做出相应的反映并及时做出解决该问题的措施。但是使用这种保护的方法也会有不好的一面，在火力发电的过程中，如果主辅设备在正常运行的情况下，热工保护系统因自身的原因造成主辅设备无法正常运行，甚至停机的情况，我们一般都会称其为保护误动而造成的，这种故障往往会给企业造成一些不必要的经济损失。

        4、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。
5、剩余电流动作保护装置应用中的几个问题
        5.1保护器设备的选型：以产品质量为先，认真比较产品的质量、性能、价格比，切不可以价格作为唯一依据。国家对保护器产品生产有严格的管理规定，要求保护器产品必须经过国家级的安全质量认证合格后，方可准入市场。因此，在设备选型时，要坚持原则，把住质量关。

   5.2正确安装、接线
        5.2.1根据安装部位和保护功能的需要，合理选择保护器型式及其各项动作参数。
        5.2.2按保护产品说明要求正确安装。
        5.2.3正确接线，低压系统为TN-C保护系统时，保护器负载侧的设备的接地保护（PE）线必须改为按TT系统的独立保护接地，中性（N）线不得重复接地，不得作为保护线。
        5.2.4三相不平衡负载应选用三极四线或四极式保护器，其中N线应通过零序电流互感器，并只能用作中性（N）线。
        5.3正确认识保护器的“动作”：保护器按其功能要求，应在发生人身直接接触电击及间接接触电击、电气设备绝缘故障时，使其金属外壳带电或电气线路故障，泄漏电流增大和自然泄漏电流过大时，及时切断电源起到保护作用。所以，当保护器发生动作时，应认真查找原因，及时处理。而不应因受短时断电的影响，随意判断为误动作，忙于恢复送电，避免造成事故扩大。剩余电流保护装置在安全防护中有其优越性，但也存在不足。所以剩余电流保护装置的采用，不能代替其它各项防护措施。在安装电气线路和使用电器设备时，要严格按有关国家标准、法规要求，根据实际情况，采取相应的安全防护措施确保供用电安全[2]。
        5.4保护器的拒动和“不适当”动作：保护器运行中有本文中的情况而未及时动作切断电源时，称为保护器拒动。保护器拒动的原因，除因其质量不良、工艺水平低，元件质量低劣或保护器动作参数选择不当外，还应注意到以下情况：日益发展的各种电子电器设备，如电视机、微型计算机、各种家用电器等普遍存在电子整流电路，其整流电路的直流分量使交流正弦波发生畸变，形成谐波，谐波中的直流分量通过保护器的零序电流互感器时，不会产生感应电势，所以当负载谐波电流严重时，即使保护器负载侧发生上述3.3中的情况时，保护器无法动作[3]。“不适当”动作的另一种表现为无故障情况时保护器动作，即误动。保护器误动，排除保护器质量原因后，亦可能由以下原因造成
        5.4.1雷电造成的大气过电压冲击波。
        5.4.2接通强对地电容量的电路，如地埋电缆、抗干扰滤波器的保护设备等，这些设备在接通电路时，可能有阻尼振荡电流，经过隔离电容对地产生泄漏电流，流入大地引起保护器动作。
        5.4.3大功率用电设备启动时的冲击电流，会引起保护器动作。
        5.4.4保护器附近有强电流产生强磁场的电磁干扰，会引起保护器动作。
        5.4.5保护器动作参数选择不当。
6、结语
        通过综上所述，我们不难发现热工保护系统对整个火力发电的正常运行是非常重要的，对此，提高及完善发电厂热工保护系统可靠性就显得尤为重要了。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。因此在实际的操作中应该将及时检测出故障，并及时解决等作为首要前提，避免出现故障扩大化，使热工保护的工程效率能够提高，从而为热力设备的正常运行提供保障。
        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.2014（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2018（4）
        [3]中国航空工业部第四规划设计研究院.工厂配电设计手册[M].中国电力出版社，2015.