提高热控保护系统可靠性的建议

(上海市电力试验研究所，上海 200437)

　　〔摘 要〕 介绍了2001年度上海电网热控保护系统的可靠性情况，造成各次保护误动作的原因，提出了提高热控保护系统可靠性的建议。

　　〔关键词〕 热控保护；可靠性；建议

1 上海电网热控保护系统可靠性概况

　　上海电网目前共有100～600 MW机组33台以及早期投产中小机组若干台，总装机容量约9 500 MW。2001年上海电网共发生热控保护动作56次，正确动作41次，误动15次，动作准确率73.2%。

　　15次误动中，软、硬件故障造成保护动作9次。其中状态电源开关跳闸引起动作1次，轴承振动保护前置放大器故障和Simadyn-D电源模块故障引起动作各2次，DPU板子故障引起动作1次，BMS控制卡烧坏及BMS输入端子板熔丝爆断各引起动作1次，组态软件出错引起动作1次。

　　因热控一次测量元件故障造成保护动作6次。其中前置泵出口压力一次测量元件故障引起动作1次，汽机“油箱油位低”测量元件误发信号引起动作1次，引风机执行机构故障引起动作1次，控制用气源带水导致给水调门误动引起动作1次，轴承金属温度保护系统误发“汽机轴承金属温度高”动作1次，小机Moog阀结合面大量向外喷油导致EH油压低引起动作1次。

2 提高热控保护系统可靠性的建议

　　如何提高保护系统可靠性是一项十分重要的工作，　下面笔者结合热控技术监督工作实践，谈一些看法。

2.1 一般考虑

　　设置热控保护系统的目的是要把来自系统设备的各种故障和扰动的严重性和范围以及对系统设备的可能损害程度减少到最低，因此：

　　(1) 保护系统的设置必须避免同一元件用于2套装置，以便减少由于单一事故使2套装置同时失效的可能性；

　　(2) 保护系统中采用的元器件应保证质量，以便确保保护系统的可靠性；

　　(3) 保护系统的设置应使元器件故障或误动的可能性减到最小，这种可能性是由于电气暂态、电磁干扰、振动、冲击和温度等外界影响所产生的；

　　(4) 保护系统的布置应仔细，以最大限度地减少人为过失造成误动作的可能性；

　　(5) 当有意识地延长故障切除时间时，要仔细考虑：

　　① 对系统、设备稳定运行的影响或减少稳定的裕度；

　　② 可能引起或增加损坏设备程度以及由此而延长检修时间及停运时间。

　　要仔细评估误动所造成的经济损失。对那些会严重影响设备安全的保护功能，应以提高可靠性为主进行整改。而对安全运行影响不大且技术经济性较差的保护功能经反复论证后可以考虑改为报警或予以取消。

2.2 保持系统简单

　　“越简单就越可靠”，这是可靠性工程最重要的定理。因此提高热控保护系统可靠性的步骤之一是在满足设备安全要求的基础上尽可能地使系统及其电路简化，这样可以有效地减少所用的元器件数，减少故障隐患。不管各部件或元器件的可靠度有多高，数量一多，系统的可靠性就会有所下降。因为，电子元件都有一个使用寿命和偶发故障概率问题，在满足系统功能要求的前提下，要尽可能保持系统简单，不必要的部件及多余的复杂结构，只能增加系统的故障概率。

2.3 采用成熟的技术和标准化元器件

　　“成熟就稳定”，这是可靠性的又一重要定理。众所周知，电子元器件是构成控制系统的基础，没有可靠的元器件，再完善的设计，也难以使系统和设备达到预定的目标。因此，要尽量采用成熟的技术和标准化元器件。这样做虽然牺牲了若干先进性，但使可靠性有了保证。这是因为越是复杂的电路设备，对外界干扰越敏感，　需要采取的防范措施越严格、仔细。为此要尽可能掌握各种元器件的失效机理和失效模式，了解其可靠性数据，这有利于日后快速进行失效机理分析，把握元器件选用尺度，为改进设计提供依据，以便及早采取相应的防范措施，不断提高保护系统的可靠性。

2.4 严格控制电子室的环境条件

　　环境条件包括温度、湿度、洁净度、振动及电磁干扰等。同一设备，在不同的工作环境下，具有不同可靠性。条件恶劣，设备就容易发生故障或失效。如电阻、电容当温度每升高10℃，失效率约增加1倍。　因此，一定要按照规程要求严格控制电子室、控制室内的环境条件，禁止无关人员的随意出入。这样既可延长电子设备的使用寿命，又能提高系统的工作可靠性。

2.5 定期维护，提高接插件的可靠性

　　接插件是控制信号连接的重要器件，使用适当不仅连接牢固且操作方便、安全可靠，但选用不当或时间一长会出现诸如接触不良、脱落、锈蚀等问题。尤其在振动较大的地方，可能使插头和插座之间产生相对运动，与其它环境应力相结合可能引起磨损腐蚀，从而出现磨损碎片，并使接触电阻产生相当大的变化。因此，要尽可能不使用插头、插座式连接方式，在必须使用接插件的地方应注意：

　　(1) 能用多芯插头时，坚决不用少芯插头；

　　(2) 为了防止松动，应尽量采用自锁式结构，而不用金属丝系结；

　　(3) 必须选用有定向的接插件，并用伸长的导向环防止损坏插脚；

　　(4) 必须定期检查和维护；

2.6 使用降额技术，提高系统安全系数

　　使用降额技术可进一步提高元器件和系统的可靠性，降额可通过降低应力或提高元器件强度来实现。实验证明大部分电子元器件的失效率随温度或应力的变化而变化，当施加的温度或应力越高，元器件失效率就越高。电阻器不能以其额定功率值工作，而应在其额定值的50%～70%倍范围内工作。　但也不能把降额设计得过低以至于使可靠的元器件不能有效地工作，最佳的降额应选择在应力与温度曲线的某点上，在这一点上，可以看出温度或应力稍有增加，失效率便迅速增加。　同样对DCS的高速公路、DPU及有关卡件也应该严格控制其负荷率，否则一旦遇到机组异常状态时，　由于需要处理的信息量突然剧增而造成信息出错或堵塞。

2.7 严格执行规程制度

　　目前实施的标准、规程具有足够的效率，如能严格执行，可以避免绝大多数的事故。对重要设备，特别是保护用元器件、设备，一定要按规程要求进行周期性测试，　建立设备故障、测试数据库。

2.8 普及可靠性知识和分析方法

　　可靠性技术在电子电路和控制系统故障分析中应用十分广泛，但在火电厂控制系统的故障分析中应用十分有限，其主要原因是缺少这方面的专业人员。事实上许多按常识看起来是经常发生的故障，如果让熟悉可靠性的技术人员一看，不少是致命性的潜在故障。另外有些原因不明的故障，利用可靠性技术中的故障树分析法(FAT)去探索系统发生故障的原因，能快速查明哪些元器件是故障源。　其次，如果已知各零部件的失效率，还可计算出系统的MTBF值。各元器件的失效率数据可从有关可靠性手册及资料中查到，这些数据对于系统可靠性分析和计算、元器件的选用以及系统的维修决策具有很大的实用指导意义。

2.9 严格把好热控设备检修质量关

　　维修活动也可能降低系统的固有可靠性。研究表明，由于频繁的保养性维修或粗劣地进行修复性维修(例如装配失误)所带来的过多装卸会使系统的可靠性降低。系统设计的发展趋势是要减少性能调整或为验收所做的连续测试，大量采用数字电路来代替模拟电路，采用更多的机内检测设备和采用容错电路，可以使易修性(能提高系统的可靠性)大为改观，也可节省维修费用。尽管有了这些措施，但维修人员仍然是造成可靠性降低的主要原因。因此，要仔细评价与鉴定那些技术水平低、待遇差或奖励少的维修人员可能造成的对系统可靠性退化的影响，同时要仔细评估检修过程中软、硬件的增加或变化可能产生的影响。对重要保护系统的检修，验收人员要亲自看到检修过程或试验进行情况，确保修后的设备恢复到设计时的性能指标。