(上海市電力試驗(yàn)研究所，上海 200437)
〔摘 要〕 介紹了2001年度上海電網(wǎng)熱控保護(hù)系統(tǒng)的可靠性情況，造成各次保護(hù)誤動(dòng)作的原因，提出了提高熱控保護(hù)系統(tǒng)可靠性的建議。
〔關(guān)鍵詞〕 熱控保護(hù)；可靠性；建議
1 上海電網(wǎng)熱控保護(hù)系統(tǒng)可靠性概況
上海電網(wǎng)目前共有100～600 MW機(jī)組33臺(tái)以及早期投產(chǎn)中小機(jī)組若干臺(tái)，總裝機(jī)容量約9 500 MW。2001年上海電網(wǎng)共發(fā)生熱控保護(hù)動(dòng)作56次，正確動(dòng)作41次，誤動(dòng)15次，動(dòng)作準(zhǔn)確率73.2%。
15次誤動(dòng)中，軟、硬件故障造成保護(hù)動(dòng)作9次。其中狀態(tài)電源開(kāi)關(guān)跳閘引起動(dòng)作1次，軸承振動(dòng)保護(hù)前置放大器故障和Simadyn-D電源模塊故障引起動(dòng)作各2次，DPU板子故障引起動(dòng)作1次，BMS控制卡燒壞及BMS輸入端子板熔絲爆斷各引起動(dòng)作1次，組態(tài)軟件出錯(cuò)引起動(dòng)作1次。
因熱控一次測(cè)量元件故障造成保護(hù)動(dòng)作6次。其中前置泵出口壓力一次測(cè)量元件故障引起動(dòng)作1次，汽機(jī)“油箱油位低”測(cè)量元件誤發(fā)信號(hào)引起動(dòng)作1次，引風(fēng)機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障引起動(dòng)作1次，控制用氣源帶水導(dǎo)致給水調(diào)門(mén)誤動(dòng)引起動(dòng)作1次，軸承金屬溫度保護(hù)系統(tǒng)誤發(fā)“汽機(jī)軸承金屬溫度高”動(dòng)作1次，小機(jī)Moog閥結(jié)合面大量向外噴油導(dǎo)致EH油壓低引起動(dòng)作1次。
2 提高熱控保護(hù)系統(tǒng)可靠性的建議
如何提高保護(hù)系統(tǒng)可靠性是一項(xiàng)十分重要的工作， 下面筆者結(jié)合熱控技術(shù)監(jiān)督工作實(shí)踐，談一些看法。
2.1 一般考慮
設(shè)置熱控保護(hù)系統(tǒng)的目的是要把來(lái)自系統(tǒng)設(shè)備的各種故障和擾動(dòng)的嚴(yán)重性和范圍以及對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的可能損害程度減少到最低，因此：
(1) 保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)置必須避免同一元件用于2套裝置，以便減少由于單一事故使2套裝置同時(shí)失效的可能性；
(2) 保護(hù)系統(tǒng)中采用的元器件應(yīng)保證質(zhì)量，以便確保保護(hù)系統(tǒng)的可靠性；
(3) 保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)置應(yīng)使元器件故障或誤動(dòng)的可能性減到最小，這種可能性是由于電氣暫態(tài)、電磁干擾、振動(dòng)、沖擊和溫度等外界影響所產(chǎn)生的；
(4) 保護(hù)系統(tǒng)的布置應(yīng)仔細(xì)，以最大限度地減少人為過(guò)失造成誤動(dòng)作的可能性；
(5) 當(dāng)有意識(shí)地延長(zhǎng)故障切除時(shí)間時(shí)，要仔細(xì)考慮：
① 對(duì)系統(tǒng)、設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的影響或減少穩(wěn)定的裕度；
② 可能引起或增加損壞設(shè)備程度以及由此而延長(zhǎng)檢修時(shí)間及停運(yùn)時(shí)間。
要仔細(xì)評(píng)估誤動(dòng)所造成的經(jīng)濟(jì)損失。對(duì)那些會(huì)嚴(yán)重影響設(shè)備安全的保護(hù)功能，應(yīng)以提高可靠性為主進(jìn)行整改。而對(duì)安全運(yùn)行影響不大且技術(shù)經(jīng)濟(jì)性較差的保護(hù)功能經(jīng)反復(fù)論證后可以考慮改為報(bào)警或予以取消。
2.2 保持系統(tǒng)簡(jiǎn)單
“越簡(jiǎn)單就越可靠”，這是可靠性工程最重要的定理。因此提高熱控保護(hù)系統(tǒng)可靠性的步驟之一是在滿足設(shè)備安全要求的基礎(chǔ)上盡可能地使系統(tǒng)及其電路簡(jiǎn)化，這樣可以有效地減少所用的元器件數(shù)，減少故障隱患。不管各部件或元器件的可靠度有多高，數(shù)量一多，系統(tǒng)的可靠性就會(huì)有所下降。因?yàn)椋娮釉加幸粋€(gè)使用壽命和偶發(fā)故障概率問(wèn)題，在滿足系統(tǒng)功能要求的前提下，要盡可能保持系統(tǒng)簡(jiǎn)單，不必要的部件及多余的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，只能增加系統(tǒng)的故障概率。
2.3 采用成熟的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化元器件
“成熟就穩(wěn)定”，這是可靠性的又一重要定理。眾所周知，電子元器件是構(gòu)成控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，沒(méi)有可靠的元器件，再完善的設(shè)計(jì)，也難以使系統(tǒng)和設(shè)備達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)。因此，要盡量采用成熟的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化元器件。這樣做雖然犧牲了若干先進(jìn)性，但使可靠性有了保證。這是因?yàn)樵绞菑?fù)雜的電路設(shè)備，對(duì)外界干擾越敏感， 需要采取的防范措施越嚴(yán)格、仔細(xì)。為此要盡可能掌握各種元器件的失效機(jī)理和失效模式，了解其可靠性數(shù)據(jù)，這有利于日后快速進(jìn)行失效機(jī)理分析，把握元器件選用尺度，為改進(jìn)設(shè)計(jì)提供依據(jù)，以便及早采取相應(yīng)的防范措施，不斷提高保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。
2.4 嚴(yán)格控制電子室的環(huán)境條件
環(huán)境條件包括溫度、濕度、潔凈度、振動(dòng)及電磁干擾等。同一設(shè)備，在不同的工作環(huán)境下，具有不同可靠性。條件惡劣，設(shè)備就容易發(fā)生故障或失效。如電阻、電容當(dāng)溫度每升高10℃，失效率約增加1倍。 因此，一定要按照規(guī)程要求嚴(yán)格控制電子室、控制室內(nèi)的環(huán)境條件，禁止無(wú)關(guān)人員的隨意出入。這樣既可延長(zhǎng)電子設(shè)備的使用壽命，又能提高系統(tǒng)的工作可靠性。
2.5 定期維護(hù)，提高接插件的可靠性
接插件是控制信號(hào)連接的重要器件，使用適當(dāng)不僅連接牢固且操作方便、安全可靠，但選用不當(dāng)或時(shí)間一長(zhǎng)會(huì)出現(xiàn)諸如接觸不良、脫落、銹蝕等問(wèn)題。尤其在振動(dòng)較大的地方，可能使插頭和插座之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，與其它環(huán)境應(yīng)力相結(jié)合可能引起磨損腐蝕，從而出現(xiàn)磨損碎片，并使接觸電阻產(chǎn)生相當(dāng)大的變化。因此，要盡可能不使用插頭、插座式連接方式，在必須使用接插件的地方應(yīng)注意：
(1) 能用多芯插頭時(shí)，堅(jiān)決不用少芯插頭；
(2) 為了防止松動(dòng)，應(yīng)盡量采用自鎖式結(jié)構(gòu)，而不用金屬絲系結(jié)；
(3) 必須選用有定向的接插件，并用伸長(zhǎng)的導(dǎo)向環(huán)防止損壞插腳；
(4) 必須定期檢查和維護(hù)；
2.6 使用降額技術(shù)，提高系統(tǒng)安全系數(shù)
使用降額技術(shù)可進(jìn)一步提高元器件和系統(tǒng)的可靠性，降額可通過(guò)降低應(yīng)力或提高元器件強(qiáng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)證明大部分電子元器件的失效率隨溫度或應(yīng)力的變化而變化，當(dāng)施加的溫度或應(yīng)力越高，元器件失效率就越高。電阻器不能以其額定功率值工作，而應(yīng)在其額定值的50%～70%倍范圍內(nèi)工作。 但也不能把降額設(shè)計(jì)得過(guò)低以至于使可靠的元器件不能有效地工作，最佳的降額應(yīng)選擇在應(yīng)力與溫度曲線的某點(diǎn)上，在這一點(diǎn)上，可以看出溫度或應(yīng)力稍有增加，失效率便迅速增加。 同樣對(duì)DCS的高速公路、DPU及有關(guān)卡件也應(yīng)該嚴(yán)格控制其負(fù)荷率，否則一旦遇到機(jī)組異常狀態(tài)時(shí)， 由于需要處理的信息量突然劇增而造成信息出錯(cuò)或堵塞。
2.7 嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)程制度
目前實(shí)施的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程具有足夠的效率，如能?chē)?yán)格執(zhí)行，可以避免絕大多數(shù)的事故。對(duì)重要設(shè)備，特別是保護(hù)用元器件、設(shè)備，一定要按規(guī)程要求進(jìn)行周期性測(cè)試， 建立設(shè)備故障、測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)。
2.8 普及可靠性知識(shí)和分析方法
可靠性技術(shù)在電子電路和控制系統(tǒng)故障分析中應(yīng)用十分廣泛，但在火電廠控制系統(tǒng)的故障分析中應(yīng)用十分有限，其主要原因是缺少這方面的專(zhuān)業(yè)人員。事實(shí)上許多按常識(shí)看起來(lái)是經(jīng)常發(fā)生的故障，如果讓熟悉可靠性的技術(shù)人員一看，不少是致命性的潛在故障。另外有些原因不明的故障，利用可靠性技術(shù)中的故障樹(shù)分析法(FAT)去探索系統(tǒng)發(fā)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，還可計(jì)算出系統(tǒng)的MTBF值。各元器件的失效率數(shù)據(jù)可從有關(guān)可靠性手冊(cè)及資料中查到，這些數(shù)據(jù)對(duì)于系統(tǒng)可靠性分析和計(jì)算、元器件的選用以及系統(tǒng)的維修決策具有很大的實(shí)用指導(dǎo)意義。
2.9 嚴(yán)格把好熱控設(shè)備檢修質(zhì)量關(guān)
維修活動(dòng)也可能降低系統(tǒng)的固有可靠性。研究表明，由于頻繁的保養(yǎng)性維修或粗劣地進(jìn)行修復(fù)性維修(例如裝配失誤)所帶來(lái)的過(guò)多裝卸會(huì)使系統(tǒng)的可靠性降低。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)是要減少性能調(diào)整或?yàn)轵?yàn)收所做的連續(xù)測(cè)試，大量采用數(shù)字電路來(lái)代替模擬電路，采用更多的機(jī)內(nèi)檢測(cè)設(shè)備和采用容錯(cuò)電路，可以使易修性(能提高系統(tǒng)的可靠性)大為改觀，也可節(jié)省維修費(fèi)用。盡管有了這些措施，但維修人員仍然是造成可靠性降低的主要原因。因此，要仔細(xì)評(píng)價(jià)與鑒定那些技術(shù)水平低、待遇差或獎(jiǎng)勵(lì)少的維修人員可能造成的對(duì)系統(tǒng)可靠性退化的影響，同時(shí)要仔細(xì)評(píng)估檢修過(guò)程中軟、硬件的增加或變化可能產(chǎn)生的影響。對(duì)重要保護(hù)系統(tǒng)的檢修，驗(yàn)收人員要親自看到檢修過(guò)程或試驗(yàn)進(jìn)行情況，確保修后的設(shè)備恢復(fù)到設(shè)計(jì)時(shí)的性能指標(biāo)。
