火电厂热工保护系统可靠性提升策略

摘要：火电厂热工保护系统是保障机组安全运行的核心环节，其可靠性直接关系电厂稳定性和经济效益。本文从系统设计、运行维护及管理优化角度出发，提出提升热工保护系统可靠性的具体策略。通过优化设备选型、强化逻辑控制、完善故障诊断机制以及加强人员培训等措施，系统性降低设备故障率，提升保护动作的精准性，为火电厂安全高效运行提供理论支撑和实践参考。

关键词：火电厂；热工保护系统；可靠性提升

一、热工保护系统可靠性影响因素分析

（一）设备硬件性能不足

传感器与执行机构是热工保护系统的“感知神经”与“动作终端”。温度、压力传感器若精度不足或校准滞后，可能输出失真信号，误导保护逻辑；执行机构卡涩或响应延迟则直接导致动作执行失效。关键测点冗余设计缺失进一步加剧风险，单一设备故障可能引发系统误判，尤其在高温高压环境下，硬件缺陷会被快速放大。

（二）控制逻辑与软件设计缺陷

保护逻辑的合理性直接影响动作精准度。阈值设置过于保守或激进（如主汽温保护限值偏离实际工况）易引发误动或拒动。子系统间通信协议不统一则导致数据交互延迟甚至中断，例如DCS与PLC通信冲突可能使紧急指令无法及时触发，软件版本升级后的兼容性漏洞也可能引入未知风险。

（三）运维管理薄弱环节

传统维护过度依赖经验，缺乏基于设备状态的动态监测，如未利用振动分析技术预判传感器隐性故障。人员对复杂逻辑理解不足可能误判故障根源，例如忽略多参数联锁关系而盲目复位系统。应急演练缺失与标准化流程松散，进一步削弱团队对突发工况的协同处置能力。

二、热工保护系统可靠性提升策略

（一）技术优化：构建高可靠硬件与智能控制体系

1. 设备选型与冗余设计

硬件设备的选型与架构设计是热工保护系统可靠性的根基。在传感器选择上，需优先采用抗干扰性强、环境适应性高的产品，例如光纤传感器通过光信号传输替代传统电信号，可有效规避电磁干扰导致的测量误差。对于直接影响机组安全的核心参数（如炉膛压力、汽包水位），采用“三取二”冗余配置策略——三个独立传感器中任意两个输出一致才触发保护动作，既能屏蔽单点失效风险，又可避免多传感器同时漂移引发的误判。冗余理念需贯穿信号链路的每个环节：信号传输采用双通道物理隔离设计，防止线路短路或接地故障导致信号中断；执行机构采用模块化结构，例如将电动调节阀的驱动单元与阀体分离，支持带电插拔更换，大幅缩短故障停机时间。同时，集成在线诊断功能（如通过分析阀位反馈电流识别机械卡涩趋势），可实时评估执行机构健康状态，实现预测性维护。针对高温、潮湿等恶劣环境，硬件需强化防护设计，例如为压力变送器配置散热翅片与防冷凝涂层，确保长期运行下的测量稳定性。

逻辑控制优化与智能化升级

传统固定阈值模式难以适应机组变工况需求，例如低负荷运行时主蒸汽温度波动范围扩大，若仍沿用满负荷保护限值，易引发误停机。为此，可基于历史运行数据构建动态阈值模型，引入负荷率、环境湿度等参数作为修正因子，使保护动作条件随实际工况自适应调整。人工智能技术的深度应用进一步提升了故障预判能力：通过机器学习算法分析设备运行特征（如汽轮机轴振频谱的谐波成分、电磁阀动作电流波形畸变），可提前识别轴承磨损、线圈老化等隐性缺陷，生成分级预警信号。在软件层面，需设置多重验证逻辑降低误动概率，例如锅炉灭火保护（MFT）触发前需同步验证燃料流量骤降与风量失衡信号，避免单一参数异常导致误动作。数字孪生技术的引入则为逻辑验证提供了新途径——构建虚拟系统镜像模拟极端工况（如电网频率突变、给水泵全停），验证保护逻辑的响应时效性与动作合理性，优化联锁动作时序。

通信与系统集成改进

针对火电厂常见的异构控制系统（如DCS、PLC、独立保护装置），需通过标准化通信协议（如OPC UA）与统一数据接口实现无缝集成，消除协议差异导致的数据孤岛。控制层部署实时数据库，对关键参数进行毫秒级同步与冗余存储，确保紧急工况下数据调用的时效性。硬件层面需构建双通道通信网络：常规网络负责日常数据传输，独立硬接线回路专用于紧急保护指令（如汽轮机超速跳闸），形成物理隔离的双重保障机制。针对软件死机或跑飞风险，除硬件看门狗电路监控程序运行状态外，可引入心跳检测机制——主控单元与保护单元周期性互发校验脉冲，超时未响应即自动切换至冗余控制器。电磁兼容性（EMC）设计同样重要：采用屏蔽双绞线传输敏感信号，在机柜内分区布置强电与弱电设备，避免电磁干扰导致信号失真；为通信端口加装浪涌保护器，防止雷击或操作过电压损坏接口电路。通过上述集成优化，系统可在复杂工况下快速协调各子系统动作，例如在给煤机突发卡涩时，同步触发磨煤机降速与风量调节，避免燃烧失衡扩大为机组非停事故。

（二）管理强化：完善运维机制与人才培养

1. 建立预防性维护体系

传统“故障后维修”模式难以满足高可靠性要求，需向“预防性维护”转型。通过融合振动分析、红外热成像等技术，实时监测传感器和执行机构的机械磨损、接触不良等隐性缺陷，例如利用频谱分析捕捉电动门电机轴承的早期异常振动信号，避免突发卡涩。同时，结合设备生命周期规律制定定期维护计划，如每季度对压力变送器进行零点校准，每年对电磁阀密封件进行预防性更换。标准化检修流程是另一核心，需明确关键环节的操作规范——传感器校准需在恒温环境下使用标准信号源逐点校验，逻辑测试需覆盖全部联锁保护路径并记录测试波形。此外，引入信息化工具（如电子巡检系统和故障编码库）可提升维护效率，运维人员通过手持终端扫码调取设备历史数据，快速定位同类故障的解决方案，减少人为经验偏差。

人员能力提升与应急演练

针对热工保护系统的复杂性，需设计分层次的培训体系：基础层级聚焦设备原理与操作规程（如电磁阀的驱动电路分析），进阶层级深入保护逻辑的交互关系（如锅炉灭火保护与风烟系统的联锁条件），专家层级侧重故障诊断与逻辑优化（如通过趋势曲线分析误动诱因）。培训形式应多样化，例如利用三维仿真软件模拟汽轮机超速保护的触发过程，帮助人员直观理解转速信号、油压信号的协同逻辑。应急演练则需贴近实战，设置多系统耦合故障场景——模拟DCS通信中断时，如何通过硬接线回路手动触发汽轮机跳闸；或在主控室人机界面（HMI）故障情况下，利用就地控制柜完成保护旁路与复位。演练后需组织复盘会议，针对响应延迟、操作冲突等漏洞优化处置预案，逐步形成“故障场景库”和“最佳实践指南”。

管理制度与考核机制完善

可靠性指标体系的构建需涵盖误动率、拒动率、平均故障修复时间（MTTR）等核心参数，并通过信息化平台实现数据自动采集与可视化分析。例如，将传感器校准超期预警接入生产管理系统（MIS），自动推送待办任务至责任人；利用逻辑测试记录追溯误动事件根源，明确责任归属。考核机制需与绩效深度绑定，例如对未及时处理冗余传感器偏差的班组扣减安全积分，而对提出逻辑优化方案的个人给予专项奖励。缺陷管理流程应实现全生命周期跟踪，从隐患上报、风险评估、整改方案审批到验收闭环，均需在系统中留痕。例如，现场巡检发现的执行机构动作迟缓问题，经专家组评估后列为二类缺陷，限时更换驱动模块并上传测试报告，超期未处理则自动升级督办。此外，建立跨部门协作机制，如热工专业与运行团队定期召开保护逻辑评审会，确保阈值设定与运行实际动态匹配，避免管理孤岛化。

结语

提升火电厂热工保护系统可靠性需兼顾技术改进与管理创新。通过优化硬件冗余设计、引入智能诊断技术、完善运维机制及人员培训体系，可显著降低保护系统故障概率，保障机组长周期安全运行。未来，随着数字孪生、边缘计算等技术的应用，热工保护系统将向更智能、更自适应的方向发展，为火电厂提质增效提供持续动力。

参考文献

李强. 火电厂热工保护系统的常见故障原因及防控[J]. 能源与节能，2021（12）：125-126，178.

郭超. 火电厂热工自动化系统安全保护与故障诊断的智能化技术研究[J]. 电气技术与经济，2024（9）：258-260，264.

刘振琦. 基于关联规则的火电厂热工保护用机电系统故障分析方法[J]. 电工技术，2024（9）：204-206.