电 广 撬工 自新健。蔓奎撬莱醚置 薯牛 搭孽 患想 侯子良1,侯云浩2 (1.北京展望东方自动化技术中心,北京 100044;2.北方联合电力公司,内蒙古呼和浩特010020) 摘 要:过程工业领域的安全问题正在国际上引起普遍的高度关注,安全仪表系统标准、产品及其应用均 有了快速发展。为更好地总结火电厂热工自动化安全技术和经验,必须首先统一安全技术指导思想。讨论 了火电厂热工保护设计、分散控制系统(DCS)及其后备监控设备配置和以“开放”的思想引进电控安全技 术等3个方面的具体安全技术问题.以期在统一指导思想基础上.对长期以来积累的具体安全技术和经验 取得共识 关键词:火电厂;热工自动化;安全技术;指导思想 中图分类号:TM621:TK3 文献标识码:A 文章编号:1004 9649(2007)05.0055.40 的关系.以及如何对待事故处理中依靠人还是依靠 0引言 热工保护.决定了火电厂热工保护设计的指导思想. 而不同的指导思想又决定了各个历史阶段具体热工 最近几年.国际上过程工业领域的安全问题引 保护系统的配置 我国火电厂热工保护发展经历了 起了高度关注,以国际电工委员会(IEC)为首的国 不同指导思想的3个发展阶段 际标准化组织分别于1998、2003年发布了国际标准 1.1 低级阶段 IEC61508《电气/电子/可编程安全相关系统的功能 20世纪80年代.我国火电厂热工保护处于发 安全》和IEC615l1《过程工业领域安全仪表系统的 展的低级阶段.其特征是以报警为主.跳闸保护项目 功能安全》.同时.安全仪表系统技术和产品也得到 很少:事故处理时强调人的作用.依靠运行人员处 了快速的发展和应用 理:处理事故的原则是尽量不跳机、保发电。这在当 我国火电厂随着以DCS为中心的先进设备的 时热工自动化技术落后、可靠性低,机组容量小、参 应用及控制和保护技术的完善.大型火电机组的安 数变化慢以及电网容量小、比较脆弱的情况下.这种 全状况有了很大改善。但应看到.近年来.汽轮机超 指导思想是完全正确的。 速、炉膛(烟道)爆炸、汽包满缺水导致锅炉爆管和汽 1.2适应大机组的发展阶段 轮机带水、大轴弯曲.甚至造成人身伤害的重大事故 20世纪90年代.我国电力行业逐步进电 仍时有发生.热工自动化系统造成的机组甚至全厂 网、大机组时期,热工自动化技术飞跃发展,这种背 非计划停运事故也频频发生。因此.仍应对火电厂的 景下.产生了一种全新的热工保护设计理念.主要体 安全问题给予高度关注 现在以下2个方面: 目前.我国火电厂热工自动化安全技术虽然有 (1)坚持“保人身、保电网、保设备”第一的安全 了长足进步.也积累了较丰富的实践经验.但是,要 指导思想.在大电网条件下.决不可将不跳机、保发 使这些技术成为共识、形成规范.需要从安全指导思 电等同于保电网。 想层面对它进行讨论,统一认识 因此.本文不重点 (2)发挥人的能动性主要体现在精心设计和选 讨论安全技术的具体问题.而着重探讨热工自动化 型、精心调试上.事故处理的紧急情况下应首先依靠 安全技术配置的指导思想 热工保护,运行人员则发挥辅助作用 根据新的保护指导思想.大机组热工跳闸保护 1 热工保护设计指导思想 项目应较完善:事故处理时主要依靠保护:保护设计 是保人身、保设备第一的原则,“宁愿误动,不应拒 如何处理“保人身、保电网、保设备”和“保发电” 动” 在新旧两种保护理念更替中引起了激烈争论. 收稿日期:2007.02.06:修回日期:2007.02.27 作者简介:侯子良(1935一),男,上海人,高级工程师(教授级),从事火电厂热工自动化行业管理、规划设计、咨询及网站工作。 E—mail:zlhou@vip.1 63.com 55 维普资讯 http://www.cqvip.com
有些问题至今仍争论不断.其中最典型的是要不要 坚持设置“停炉停机”保护问题的争论 目前有一部 分电厂没有按照设计规程执行.而是停炉不停机。理 由是:停炉后不停机。运行人员可通过手动操作把负 荷降下来,利用锅炉蓄热,汽轮机带低负荷运行,一 旦检查没有什么大故障.可立即点炉启动.省去汽轮 机启动并网过程。首先,这种做法潜伏着重大人身伤 害和设备损坏事故的危险。实践告诉我们,锅炉事故 停炉(MFI')和汽轮机快速降负荷需要运行人员监视 大量信息.并执行一系列操作。稍有不慎,可能因操 作不当而扩大事故 汽轮机降低负荷不及时.汽压和 汽温急剧下降有可能导致蒸汽带水.管道和汽轮机 水冲击。此外.这种降负荷过程以及突降到低负荷下 运行将造成汽包、汽轮机极大的热应力和汽轮机胀 差.这类事故并不少见。至于带厂用电的好处,对于 大电网和多机组电厂来说,作用并不明显,而对于孤 网运行且由于系统解列导致锅炉MFr停运情况.带 厂用电是有重要意义的.但目前传统的汽轮机数字 电液控制系统(DEH)和自动电压调节器(AVR)系统 无法满足这方面要求.对于这类特殊电厂需作专门 设计。 对于恢复快和电网考核.这属于经济方面的考 虑 大型单元机组解列与否对恢复时间的影响并不 很大。此外.这种考核方法也值得商讨,不正确的考 核会产生错误的导向。对于电网.如果机组带不上负 荷.并网与否差别不大(仅差带无功),电厂中有多台 机组.恢复略慢所差负荷完全可由其他机组补上。为 了经济上的这点小利冒如此大的风险.并将如此大 的责任压到运行人员身上,显然是不妥的。 1.3进一步完善化的发展阶段 我国大机组热工保护理念及其配置从引进到现 在的10多年来.人身伤害和设备损坏等重大事故大 幅减少.而保护误动造成非计划停运的事故与初期 相比虽然有所减少.但是仍高达平均每台机组2~4 a 发生1次,由此带来不小的经济损失。因此,客观上 要求热工保护进一步完善化.即在坚持“保人身、保 电网、保设备”的前提下尽可能减少误动.以获取机 组最好的发电经济效益。《火力发电厂热工自动化安 全技术指南》¨ 中规定的一些保护逻辑修改正是反 映了这一发展阶段的部分成果.例如: (1)四角喷燃锅炉的中速磨煤机跳闸条件应修 改为:A(B/C/D/E)层相邻2角或3角火焰丧失.且相 邻层火焰和该层点火能源都丧失 (2)对于汽轮机振动保护常误动、可靠性差以致 该保护不能投入的机组.允许“汽轮机振动大”跳机 的逻辑修改为:1个轴承振动达到事故值。且相邻轴 承任一振动达到报警值.经一定延时后应立即停机。 逻辑修改后.当任一轴承振动达到事故值时.应有明 56 显的声光报警,此时,运行人员应及时进行判别,除 非明确断定是振动信号误发.否则运行人员应及时 手动停机。 2 DCS及其后备监控设备配置指导思想 目前DCS不仅覆盖了热工自动化方面的所有 功能.还包括了电气监控功能。后备监控设备也几乎 全部取消。这在提高仪表与控制(I&C)水平的同时 也使DCS对火电厂安全性的影响日益增大.DCS故 障导致机组安全隐患、机组非计划停运.甚至全厂 (或2台机组)停电事故的机率明显增加。为进一步 提高火电机组运行的安全性.需进一步发展DCS的 安全技术 DCS安全技术包括2个方面:(1)提高DCS可 靠性.从源头上减小DCS故障发生率。如提高DCS 电磁兼容性、开发安全控制器等。为此,《火力发电厂 热工自动化安全技术指南》已进一步提出一系列要 求。(2)合理配置DCS及其后备监控设备,减小DCS 故障的影响程度 这是本节要重点讨论的课题。 根据当DCS故障时最大限度减zb对机组安全 运行的影响这一指导思想,《火力发电厂热工自动化 安全技术指南》中提出一系列新的DCS配置要求, 例如: (1)对于循环水泵、空冷机组的冷却水泵及仪用 空压机等重要公用系统(或扩大单元系统).应按单 元或分组纳入单元机组DCS中.以免因公用DCS 故障而导致全厂或2台机组同时停止运行 (2)控制器宜按工艺系统功能区配置。重要的多 台冗余或组合的辅机(辅助设备)应按下列原则配 置.以确保1对控制器故障不会造成机组被迫停止 运行:a.送风机、引风机、一次风机、凝结水泵和循环 水泵等2台冗余的重要辅机及A、B段厂用电应分 别配置在不同的控制器中.但允许送风机和引风机 等纵向组合在1个控制器中。b.给水泵、磨煤机和油 燃烧器等多台冗余或组合的重要设备应适当分组配 置到几个控制器中 (3)为了减少1对控制器故障对模拟量控制系 统失灵造成的影响.重要模拟量控制回路应适当分 散配置.影响同一重要参数的控制回路应尽量配置 在不同控制器中.如主蒸汽一级和二级减温控制系 统、再热蒸汽摆动火嘴和喷水控制系统、送风和引风 控制系统等不宜配置在同一对控制器中。 (4)控制器(包括汽包水位控制器)的配置必 须严格遵循重要保护和控制分开配置的性 原则。 (5)DEH控制器应按失电或故障时自动停止机 组运行的故障安全原则配置。炉膛安全系统(FSS) 维普资讯 http://www.cqvip.com
第5期 侯子良等:火电厂热工自动化安全技术配置若干指导思想 和汽轮机紧急跳闸系统(ETS)控制器在其继电器执 行回路已按故障安全原则配置时.其跳闸输出可按 带电动作原则配置 (6)除DEH控制器外.当任何一对控制器故障 时.为确保短时恢复期间机组在稳定负荷能安全运 行.除应按要求配置硬接线后备监控设备外,至少对 下列重要安全参数应在2对控制器中同时予以配 置:汽包水位(超临界压力机组除外)、主蒸汽压力、 主蒸汽温度、再热蒸汽温度、炉膛压力。 对于DCS后备监控设备.也应根据下述问题对 目前的配置方案重新进行思考:(1)在DCS局部故 障时能否维持短时稳定负荷下运行;(2)DCS在发 生全局性或重大故障而紧急停机过程中能否确保机 组的真正安全 但对以上问题.系统分析和实践都无 法给出肯定无误的回答 当DCS发生全局性或重大故障时.目前机组配 置的后备操作设备提供了发出停机、停炉,启动交、 直流润滑油泵.打开真空破坏门等指令的手段.但停 机、停炉是一个复杂的过程,需要进行一系列操作, 这将全部依赖于DCS的保护和联锁回路去自 动执行 熟悉运行的人都很清楚.其中有相当一部分 操作如果没有被正确执行将不能保证停机过程中机 组的安全.如发出停炉指令后有任1台磨煤机没有 停止运行、给水或减温水阀门没有关闭.发出停机指 令后主汽门或调速汽门没有关闭.抽汽逆止门没有 关闭.润滑油泵不能正常供油等都将严重危及机组 安全。事故调查也证明,保护和联锁拒动的现象也时 有发生。 当DCS发生局部故障时.若一对冗余的给水控 制器、汽温控制器或炉膛负压控制器故障,如仍想维 持短时运行.则目前的DCS控制器配置及后备监控 设备配置是否能满足要求.答案也是否定的 根据上述配置指导思想.作者认为目前的后备 监控仪表和报警装置应按下列要求修改配置: (1)后备监视仪表:a.锅炉汽包电接点水位表 (必须选用经实践证明安全可靠,全程测量准确):b. 锅炉炉膛火焰工业电视:c.凝汽器真空表:d.汽轮机 转速表:e.发电机功率表 (2)后备报警装置:为确保DCS故障时维持机 组稳定负荷下短时运行或紧急停机过程中的安全. 必须监视一些重要安全参数是否在安全范围内.主 要跳闸或联锁保护是否正确动作.但装设过多后备 仪表和后备操作设备带来的问题较多 因此.适当增 加后备报警装置.用较小代价换取机组的安全是最 好的选择。建议单元机组必须按下列原则配置足够 数量的报警信号:a.主要安全参数达到二值和三值: b.主要电源和气源消失:c.机组跳闸和主要保护联 锁动作 3“开放”思想引进电控安全技术 目前DCS不但覆盖机组热工自动化功能.而且 早已将机组电控也纳入其中.甚至不久将在一个电 厂内用同型DCS实现电气网络监控功能 但DCS 的开发和应用长期以来一直以热工自动化专业为主 体,因此,为了推动DCS技术进步,开发和应用DCS 的热工自动化公司和技术人员应当“开放”思想.研 究电控的需要,引进电控的技术.特别是安全技术, 使DCS的开发和应用全面吸收2个专业发展的技 术成果.并使DCS成为充分满足机组(或全厂)而 不是某个专业用的自动化系统。举例说明:在电气 专业领域内.为了确保可靠性.规定继电保护装置 电磁兼容性(EMC)试验(包括静电放电抗扰度、射 频电磁场辐射抗扰度、电快速瞬变脉冲群抗扰度、 浪涌(冲击)抗扰度及磁性抗扰度等试验)各项指 标应达到GB/T 17626(IEC61000—4)4级要求,测控 单元应达到3级要求 但目前国内外DCS对EMC 等级均无明确要求.仅有个别DCS通过测试正式 宣布达到3级及以上 这种现状很不适应DCS应 用范围日益扩展和安全性提高的要求.因此.应参 考电气设备标准制定DCS的EMC要求。考虑到目 前实际情况,《火力发电厂热工自动化安全技术应 用指南》建议“DCS的EMC等级应达到GB/T 17626 3级及以上要求”.其中个别项目暂时达到有困难 时.“最低也不允许低于2级”.但是应尽快改进以 达到上述标准 4结语 我国火电厂热工自动化安全技术飞速发展.并 积累了丰富的经验.为了统一认识.正确总结经验. 需要有一个适应形势发展的新的安全技术配置的 指导思想。但是,当这些安全技术还没有成为行业 规范或适当的行政指令时.设计单位或电力企业往 往不敢应用 如汽包水位测量和保护技术近七八年 有了重大突破.并已取得大量成功应用经验.但由 于没有一个与之相适应的标准.束缚了这一新技 术的推广应用.使不少电厂仍存在严重隐患:又如 10 a前已经认识到许多参数使用变送器代替开关 量仪表取得保护信号更可靠.但由于相关规程至今 没有修改.设计依然照旧 可见.加强行业技术管 理.适时制定安全技术规范和行政指令非常重要。 我国电力行业技术管理相对比较落后.特别是国家 电力公司解体以来.行业技术管理明显削弱.这涉 及深层次问题.期盼有关各方共同努力.尽快 推进这个问题的解决 57 维普资讯 http://www.cqvip.com
京:中国电力出版社,2007. 参考文献: HOU Zi・liang,HOU Yun・hao.Guidelines for I&C safety techniques in thermal powerplant[M].Beijing:ChinaElectric PowerPress,2007. [1]侯子良,侯云浩.火力发电厂热工自动化安全技术指南[M].北 (责任编辑 吕 玲) Guidelines for I&C safety techniques in thermal power plant HOU Zi—liang ,HOU Yun-hao f1.BeijingVistaEastAutomationTechnicalCenter,Beijing100044,China;2.NorthUnitedPowerCorporation,Huhhot 010020,China) Abstract:Safety in the ifeld of process industry has become an issue of increasing interest all over the world and the standards,products and application for safety instruments are developing rapidly.The guidelines ofr I&C safety techniques have to be consolidated SO as to summa。 rize the related techniques and experiences as possible.Several speciifc safety problems were discussed such as the protection design of I&C system in thermal power plant,the confiugration of DCS and its backup devices and the introduction of electircal control to reach consensus on the corresponding safety techniques and experiences accumulated permanently. Key words:thermal power plant;I&C;safety technique;guidelines 潜在铀资源比较丰富.中国铀矿资源储量可观.近期铀矿基 本可满足,但是中期.即2015--2025年.随着大量核电项 目建成投产.中国铀资源勘探开发的速度可能跟不上。 ▲中国首次提出建立天然铀储备战略推动核 ▲俄罗斯拟建7座流动核电厂首座2010年 电发展我国《核工业“十一五”发展规划》首次提出,建 开始服役俄罗斯已于2007—04—15开始建造该国第1 立天然铀国家战略储备和企业商用储备体系。 座流动核电厂,并宣布将至少再建造6座同类核电厂。 《规划》提出,充分利用国内国际资源,保证天然铀供 这座核电厂将于2010年开始服役.其发电量将高达 应 实施天然铀资源储备和保护性开采战略,提高国内生 70MW 整个项目的投资额为2亿美元,预计7 a后将收回 产能力,开展国际贸易及海外开发。通过多种方式,满足 投资 俄罗斯计划还将陆续建造6座同类核电厂。流动核 “十一五”期间核电发展对天然铀的需要 建立天然铀国家 电厂可建于任何沿海区.在不必重新装载燃料的情况下可 战略储备和企业商用储备体系 使用15 a。俄罗斯原子能机构谢尔盖一基里任科称:这 《规划》提出,研究组建核燃料、退役治理专业公司。同 个电厂比陆地上的原子能电站要安全得多 时.“十一五”期间.要形成适应核电发展的核燃料供应体 ▲潍坊发电仿真中心将全部投入使用 继 制和机制.全面提升核燃料生产各环节的研发能力、技术 600、33MW火电机组仿真培训系统投入使用后,华电潍坊 水平和产能.确保核燃料的稳定与可靠供应 发电有限公司仿真培训中心14、67 MW等级火电机组仿 就储备铀来源.《规划》提出.加大我国铀资源勘探力 真培训系统将于7月投入培训使用。潍坊发电公司仿真培 度 实施“主攻地浸砂岩型铀矿.兼顾其他经济型铀矿”的 训中心是华电国际电力股份有限公司仿真培训基地之一. 勘探战略.完善和提高地勘队伍的能力和技术水平。着力 设计规模为670、600、330 MW及140 MW一机四模,具有 寻找和落实大型、超大型天然铀资源块区;重点开展北方 先进的监控系统.能满足上述等级所有类型机组运行人 伊犁盆地、鄂尔多斯盆地等砂岩型铀矿资源普查工作.同 员的仿真培训和考核.仿真机房面积达360mz.并具有 时围绕南方相山矿田等硬岩老矿田开展深部和外围的勘 “全、真、互动”三大特色,为确保潍坊发电公司机组投产发 查工作。 电提供了充足的人才培训平台 该中一5-具备完善的全程培 核能是洁净能源,其生产过程中的S0 和CO 等属于 训及培训管理、考核功能,能同时提供4套运行的火 “近零排放”。据测算.对于同样规模的电厂.核燃料和化石 电机组仿真培训系统。该系统对机组启停操作、正常运行 燃料所需的运输和储存量相差1 0万倍 2006年.我国核 监视及典型故障处理等生产过程进行全过程仿真.能提 电量占总发电量的1.92%。为满足我国能源需求的迅速增 供正常、异常和紧急状态的操作环境.经培训后可熟练 长.保持经济的可持续发展.通过的《核电中长期发 地掌握.集控运行的正常操作和事故处理.起到提高技能 展规划》(2005--2020年)明确核电运行装机容量将由目 操作水平的培训效果,确保机组安全稳定经济运行。培 前的7.0GW提高到2020年的40.0GW 训中心建立了远程、交互式教学培训平台,并与全国各 为实现上述目标。在未来10 a中。我国每年要开工建 地的发电企业、科研院所进行着广泛的技术交流与合 设3台以上核电机组.核燃料循环各环节生产能力到 作.能提供优质的生产准备培训、在岗培训、反事故演习 2020年也要在现有基础上提高4 6倍。从远期来看.我国 培训等服务。 58
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