电厂热控系统中热控保护装置故障研究

王文岁 张 超 银 伟 张 颖 杨其德

（陕西德源府谷能源有限公司，榆林 719400）

热控系统的安全性对电厂的可靠运行至关重要。热控保护装置具有监测和控制热力设备的功能，在系统出现异常情况时，能够及时发现并采取相应的保护措施，从而确保设备安全运行和连续生产。然而，由于电厂热控系统及其工作环境具有复杂性，热控保护装置存在一定的故障风险。因此，文章基于热控保护装置的基本原理和功能，针对不同的故障问题提出处理措施和保护策略，对于提高热控保护装置的性能和可靠性具有重要意义。

1 电厂热控系统中热控保护装置的原理

电厂热控系统中的热控保护装置指保护设备免受超温和超压等异常热力工况损害的装置。在运行过程中，热控保护装置首先通过覆盖关键设备重要位置的感应器、传感器等监测设备，实时采集设备内部的温度、压力、流量等参数信息。其次，热控保护装置将采集到的参数与设定的安全阈值进行比较[1]。提前设定一个温度上限值，当温度超过上限值时，判定为异常情况。再次，一旦热控保护装置发现参数超过安全阈值，会立即触发报警信号，并采取相应的保护措施。报警方式包括声音、闪光、报警器等，目的是及时提醒操作人员发现异常情况。最后，热控保护装置在触发报警后，向控制系统发送信号。控制系统根据信号执行相应的干预动作[2]，如降低燃烧温度、降低蒸汽压力等，以保护设备免受损害，保证电厂热力设备的安全稳定运行。

2 热控保护装置误动及拒动故障原因及处理措施

2.1 故障原因

导致热控保护装置出现误动或拒动故障的原因有两点，一是两条冗余电路的电源切换模式引发的电源故障，二是热控元件故障。

两条冗余电路的电源切换模式引发的电源故障原因如下。第一，电源切换模式选择不当或切换时机不合理，会导致热控保护装置出现误动和拒动。例如，在电源切换过程中，没有合理同步两条电路的供电状态，或切换过程中没有确保无中断地供电，均会导致热控保护装置出现误动和拒动[3]。第二，在电源切换过程中，一个电源出现电压异常或电流超负荷故障，会通过电路中的其他元件传递给热控保护装置，使其误动和拒动。第三，电源切换过程通常会引起电磁干扰或过电压等问题，会造成热控保护装置误动和拒动。例如，电源切换时出现的瞬态过电压被热控保护装置误判为电气故障而触发动作。

热控元件故障原因如下。第一，传感器故障。热控保护装置利用温度传感器监测电厂中的温度变化，若传感器出现故障，会导致传感器读数异常或无法读取，进而导致保护装置误判温度变化情况，造成误动或拒动。第二，控制电路故障。热控保护装置的控制电路负责监测传感器读数并做出相应的控制动作。如果控制电路存在故障，会导致热控保护装置无法正确处理传感器读数，从而引起误动或拒动。第三，信号传输故障。热控保护装置需要与控制室的监控系统或其他保护装置进行通信，若信号传输存在故障，会导致数据错误传输或丢失，进而影响保护装置判断和动作的准确性[4]。第四，配置参数错误。热控保护装置需要通过设置参数来适应不同的工况和要求，若参数配置错误或不合理，会导致保护装置对温度变化的判断出现偏差，进而发生误动或拒动。

2.2 故障处理措施

针对两条冗余电路的电源切换模式引发的电源故障问题，可采取如下处理措施。首先，在设计冗余电路的电源切换模式时，选择满足系统需求的切换策略，如使用双投切换器或双输入供电模块，在切换过程中实现无间断供电，并确保切换过程中的平稳过渡。其次，采取必要的电源保护措施，以减少电源故障的连锁效应。例如，使用过载保护器或过压保护器等装置，保护电源系统免受故障的影响，防止故障信号传递给热控保护装置。再次，通过采用合理的干扰滤波和电源切换控制方法，减少电源切换过程中产生的电气干扰，进而减少对热控保护装置的影响。例如，使用滤波器来抑制瞬态过电压，使用合适的电源切换控制算法确保平稳过渡。最后，优化热保护电源切换流程。相关工作人员应全面掌握热控保护装置切换电源的原理，识别生产和运行过程中的关键设备并进行分类，确定对生产过程的稳定性和安全性影响最大的设备。针对每个关键设备，分析其电源要求，包括电压、频率、容量等参数，确保提供足够的电力，满足设备的正常运行需求。基于分散控制系统（Distributed Control System，DCS）的电源切换方式设计电源备份方案，以确保关键设备和DCS 的供电可靠性，还可以采用冗余供电策略，如使用备用电源或增加电源切换装置[5]。对于重要的负载电源和辅助性供电电源，考虑使用不间断电源（Uninterruptible Power Supply，UPS）系统来提供稳定的电力供应，防止电力中断或电压波动影响设备和系统，避免因电源切换问题导致热控保护装置出现误动或拒动。

针对热控元件故障导致的热控保护装置误动或拒动问题，可通过如下措施进行处理。第一，处理传感器故障。检查传感器的连接是否正常，有无断线或松动现象。如果连接正常，可以尝试调整或更换传感器位置，确保其能够准确感知温度变化。调整后仍然存在故障，则需要更换传感器。第二，处理控制电路故障。检查热控元件所连接的控制电路是否存在开关断开、接触不良等故障，若存在故障，可以通过检查电路连接、更换损坏的元件或重新调整控制电路来解决。第三，处理信号传输故障。检查信号传输线路是否存在断开、插头接触不良等问题，若存在问题，可以通过重新连接信号传输线路、更换损坏的信号传输设备来修复信号传输故障[6]。第四，处理配置参数错误。检查热控保护装置的设定温度、延时时间等配置参数是否正确设置。对于配置错误的数据，可以根据具体运行情况进行调整和重置。

3 热控保护装置软件程序故障原因及处理措施

3.1 故障原因

某电厂锅炉在燃烧工序中出现故障，但热控保护装置没有检测到故障，未传达指令及时停止锅炉运行，导致故障问题进一步加重，最终使锅炉系统停止运行。通过分析设备故障时热控保护装置的表现，工作人员认为故障原因在于热控保护装置的软件程序出现问题，使得指令无法有效传达到相关控制设备。

3.2 故障处理措施

针对这一故障问题，工作人员重新编写热控保护装置的软件程序，并安装在装置的控制系统中，具体代码为

MAX_TEMPERATURE = 1000

MAX_PRESSURE = 300

MAX_FLOW = 1000

while True:

temperature = float(input(“请输入温度值：”))

pressure = float(input(“请输入压力值：”))

flow = float(input(“请输入流量值：”))

if temperature > MAX_TEMPERATURE or pressure ＞ MAX_PRESSURE or flow ＞ MAX_FLOW:

print(“Stop Boiler”)

break

else:

print(“Run Boiler”)

上述代码中，MAX_TEMPERATURE、MAX_PRES SURE 和MAX_FLOW 分别代表温度、压力和流量的最大安全值限制。程序会不断循环读取输入的温度、压力和流量值，并进行判断。若任一数值超过安全值限制，则输出“Stop Boiler”并停止锅炉运行；否则输出“Run Boiler”，锅炉继续运行。循环会持续进行，直到手动停止程序。通过重新编写软件程序并对故障情况进行模拟，发现热控保护装置可主动停止锅炉运行，故障解除。

4 热控保护装置容错能力差的原因及处理措施

4.1 原因分析

热控保护装置容错能力差的原因之一是缺乏冗余设计。冗余设计通过增加备用元件或系统，来提高系统的可靠性和容错能力。对于热控保护装置而言，如果缺少冗余设计，一旦装置发生故障或失效，整个系统可能受到严重影响。缺少冗余设计会导致如下故障问题。第一，单点故障。热控保护装置发生故障时，没有备用的装置可以替代，系统会变得脆弱，容易出现单点故障，导致严重的安全问题或设备损坏[7]。第二，无法恢复错误。热控保护装置出现错误或短期故障时，由于缺乏冗余设计，系统无法自动检测和恢复，需要手动干预，才能确保系统的正常运行，这会额外增加停机时间和维护成本。第三，故障传播。热控保护装置故障会导致其他关键系统组件或设备出现故障，再加上缺乏冗余设计，使得整个系统容易受到连锁反应的影响，导致设备故障影响范围扩大，造成严重的后果。

4.2 处理措施

冗余设计通过增加备用组件或备份系统，使得即使某个组件发生故障，系统仍然能够继续正常运行，极大地提升了热控保护装置的可靠性，减少故障造成的停机时间和生产损失。冗余设计增强了系统的容错能力，允许系统在某个组件或备份系统故障时自动切换到备用组件或系统，以保证系统的稳定性和安全性。

在冗余设计时，首先，将多路信号分散在不同模块上，实现并行处理，提高信号采集和处理的效率。每个模块独立负责一部分信号的处理，互不干扰，充分发挥处理器的计算能力[8]。其次，为了确保信号的准确性和可靠性，在每个信号的输出端或输入端安装相应的质量判断装置，用于实时监测和评估信号，检测异常值和错误信号，并发出相应的报警或故障指示，避免现场出现意外。针对热电偶、热电阻温度信号与24 V/48 V 直流开关量信号之间的抗干扰问题，可采用物理隔离的方式，将不同信号类型的电缆分开布置[9]。例如，将热电偶、热电阻温度信号和24 V/48 V直流开关量信号分别走不同的线槽或管道，并保持一定的距离，以减少信号之间的相互干扰，增强热控保护装置的容错能力。

5 热控保护装置的保护措施

为避免电厂热控系统出现故障，加强热控保护装置的保护，可采取如下措施。

第一，加强软件开发与检验。电厂热控系统保护装置功能的实现依赖于软件程序，因此应采用严格的开发规范和流程，如代码审查、单元测试、集成测试等，确保软件的稳定性和安全性。使用静态代码分析工具、动态测试工具等进行程序测试，及时发现潜在的漏洞和错误，提高软件的质量。

第二，定期维护和检测。针对热控保护装置的软件程序，每月进行1 次维护检查，确保软件程序正常运行。每季度进行1 次系统检查、备份，确保备份数据的完整性。每半年对热控保护装置进行1 次清洁、维护，每年对电池的性能进行1 次检查，视情况予以更换。

第三，健全故障报警系统。监控热控系统中的异常情况，实时监测温度、压力、流量等参数，若超过限值系统应发出报警信号，提醒操作人员及时采取相应的措施，防止故障扩大。建立完善的设备监控和管理机制，包括定期巡检、设备状态记录、异常数据分析等。通过对设备的全面监控和管理，及时察觉设备异常状况，并进行相应的维修和保养工作，减少故障发生的可能性。

6 结语

为了提升电厂的安全性和可靠性，减少事故发生的概率，保护设备免受损坏，深入分析热控保护装置的故障问题及其原因，提出一系列故障处理和设备保护措施。未来，热控保护装置的故障分析和处理将更加精细化和智能化，实时监测设备的运行状态并预测潜在故障，提高电厂的运行效率和安全性。