电厂热控系统中热控保护装置误动作故障的成因与诊断策略

中图分类号： TM12 文献标识码：A

引言

随着我国电力工业的飞速发展，大容量、高参数的发电机组已成为主力机组。这些机组结构复杂，系统关联性强，运行工况苛刻，对控制系统的自动化水平和可靠性提出了极高的要求。热工自动化控制系统（以下简称“热控系统”）作为电厂的大脑和神经，承担着监测、控制、保护三大核心职能。其中，热控保护装置是热控系统中最为关键的组成部分，其作用是在机组运行参数（如压力、温度、转速、液位、振动等）超出安全限值时，或设备出现重大故障时，迅速发出指令，驱动执行机构（如关闭阀门、切断燃料、跳闸汽轮机等），使机组安全停运，防止设备损坏和事故扩大，是保障主机及辅机安全的最后一道防线。

1、电厂热控系统中热控保护装置误动作故障的成因分析

1.1、测量元件本身故障

热控测量元件如热电偶、热电阻、压力变送器、液位开关、振动探头等，长期工作在高温、高压、高湿、高振动的恶劣环境中，其内部材料会老化、特性会漂移。例如，热电阻的绝缘下降会导致测量值异常波动或显示极大值；压力变送器的膜片过载或疲劳会产生零点漂移或输出信号卡涩；振动探头的特性随温度变化而改变可能导致振动值虚高；个别元件在制造环节就存在隐患，如线头虚焊、绝缘不良、材质不合格等，在投运初期或运行一段时间后问题暴露，引发误信号；未根据测量介质的特性、温度压力范围、响应速度要求等选择合适的仪表。例如，在测量剧烈波动的压力时选择了响应过慢的变送器，可能无法真实反映实际工况；在测量蒸汽温度时选择了量程过大的热电偶，其测量灵敏度和精度会下降。

1.2、取样管路及过程问题

用于测量压力、差压、流量的取样管，特别是测量烟气、灰粉、蒸汽等介质的管路，容易因结垢、积灰、结晶而堵塞。一旦堵塞，变送器测到的压力将不是真实工况压力，从而引发误判断。例如，磨煤机出口一次风量测量管路堵塞，可能导致风量低信号误发，引发磨煤机跳闸；无论是测量管路还是仪表的导压腔发生泄漏，都会导致压力测量值失真。测量蒸汽或水压力的管路泄漏通常会使指示偏低；测量炉膛负压的管路泄漏会使负压指示偏正（绝对值变小），可能误发负压低信号；对于蒸汽压力测量，取样管需要形成完整的冷凝弯以保护变送器。如果冷凝液高度不平衡（如一侧冷凝液流失），会产生额外的静压差，导致测量出现严重偏差。

1.3、保护逻辑设计缺陷

单点保护问题：仅依靠一个测量信号（单点）作为重要主保护的触发条件，风险极高。一旦该信号故障，保护必然误动。现代大型机组的重要保护（如炉膛压力保护、汽包水位保护、超速保护等）普遍采用“三取二”（2oo3）或“四取二”逻辑，即多个测点中至少有两个同时达到跳闸值才判断为真实故障，单一测点故障仅发报警，从而大大提高可靠性；逻辑时序不当：保护逻辑中如果没有设置合理的延时判断，极易因信号瞬间波动而误动。例如，给水泵的润滑油压力低保护，应设置 1-3 秒的延时以避开油压的正常波动或备用泵启停时的扰动。反之，延时设置过长，又可能导致保护拒动，需要精确计算和权衡；逻辑耦合过于复杂：不同系统间的保护逻辑存在不应有的耦合或闭锁关系。例如，在机组启停过程中，某些条件未满足而闭锁了另一部分保护，若闭锁逻辑设计有误，可能在正常工况下错误地屏蔽了必要保护，或在异常时该动的保护被闭锁[1]。

2、电厂热控系统中热控保护装置误动作诊断措施

2.1、诊断前的准备工作

保护事件顺序记录（SOE）分析：这是诊断的第一步，也是最关键的一步。SOE具有高分辨率（通常 1ms），能够精确记录所有开关量动作的先后顺序。仔细分析SOE，找到首个触发保护的动作信号，并观察其前后其他相关信号的变化，可以快速定位故障源头或缩小排查范围；历史趋势分析：调取误动作时刻前后一段时间内，所有与触发保护相关的模拟量信号（压力、温度、流量、液位等）的历史曲线。观察是否有异常波动、跳变、漂移或达到报警/停机值。同时查看相关设备的状态信号；现场状况确认：迅速与运行人员沟通，了解误动作时的机组工况、操作记录、有无异常声响、异味、光闪等现象[2]。

2.2、应急处理与信息收集阶段

确认动作现象与首出信号（First Out）：立即调取DCS历史趋势和SOE（事件顺序记录）报表。SOE能以毫秒级精度记录所有开关量动作的顺序，“首出信号” 是诊断的最关键切入点，它指明了触发保护连锁的逻辑源头；保护复归与系统隔离：在确认机组已安全停运后，对跳闸信号进行复归。如需进一步查找原因，应在确保安全的前提下，通过强制信号或断开硬接线等方式，将可疑的故障点从保护逻辑中暂时隔离，防止在查找过程中再次误动；收集相关参数趋势：详细分析跳闸前后一段时间内（通常为 15-30 分钟）所有与首出信号相关的模拟量参数的历史曲线。观察其变化趋势、波动范围，判断是缓慢漂移还是瞬间突变[3]。

2.3、高级诊断工具应用

SOE的深度分析：不仅看首出，还要分析SOE记录中所有动作信号的时序。有时首出信号本身是由另一个更早的、未被注意的干扰信号所触发，分析时序链可以找到最根本的起因；故障录波器：对于一些特别重要的保护信号（如发电机-变压器组保护），可配置专门的故障录波装置，记录故障前后模拟量的详细波形，对于区分是真实工艺过程还是测量故障极具价值；在线校验与预测性维护：采用设备管理软件（AMS）对智能变送器进行在线监测和部分校验功能，实时了解仪表健康状态，变“定期检修”为“预测性维护”[4]。

2.4、加强设备生命周期管理

严格选型与验收，选用质量可靠、业绩良好的产品。加强入厂验收和测试；规范安装，严格遵守安装规程，确保取样点位置正确，仪表安装规范，电缆接线牢固；精细化检修与校验：制定详细的检修作业文件包，使用精度等级合适的标准仪器，严格按周期进行校验，并做好数据记录和趋势分析。同时定期开展热控技术培训、事故案例分析和反事故演习，提高人员的技术水平和应急处置能力，在进行任何现场作业时，必须进行安全风险分析，办理工作票，落实危险点预控措施，严防人为误动[5]。

结束语

电厂热控保护装置的误动作是一个由测量、逻辑、执行、环境、人为等多因素交织产生的复杂问题。其成因隐蔽性强，可能潜伏于系统的任何一个环节。因此，对误动作的诊断不能头痛医头、脚痛医脚，而必须采用一套系统性的、层次分明的策略：从SOE首出信号入手，遵循从现场到控制室、从软件到硬件的路径，综合利用历史趋势分析、现场实测、逻辑审查、抗干扰检查等多种手段，逐步缩小范围，最终精准定位故障根因。

参考文献：

[1]陈好卫. 关于火电厂循环流化床锅炉的常见故障与预防对策探讨[J].中国设备工程,2023,(24):213-215.

[2] 李建华. 火电厂循环流化床锅炉床温控制的优化分析[J]. 中国设备工程,2023,(20):94-96.

[3]王尚尚.350 MW CFB锅炉NOx浓度预测及SNCR脱硝控制策略优化[D].山西大学,2022.DOI:10.27284/d.cnki.gsxiu.2022.000976.

[4] 宋江. 浅谈循环流化床锅炉大比例掺烧煤泥应用实践[J]. 中国设备工程,2021,(21):125-126.

[5]高天,肖日宏,揣兴,等. 大型循环流化床锅炉与煤粉炉汞排放特性研究[J].燃料化学学报,2022,50(03):275-282.DOI:10.19906/j.cnki.jfct.2021075.