改善火電廠保護控制系統(tǒng)的安全性和可靠性

改善火電廠保護控制系統(tǒng)的安全性和可靠性

在二十世紀最終20年里，我國火力發(fā)電廠的自動化水平有了很大的提高，微機分散掌握系統(tǒng)（DCS）已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，為確保機組電廠平安、經(jīng)濟運行作出了貢獻。

根據(jù)中國電力工程顧問有限公司提出的2000年電廠儀表和掌握（IC）系統(tǒng)設(shè)計原則（參見文獻1），新世紀火力發(fā)電廠自動化的進展將著重于以下幾個方面：

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進一步擴展DCS的功能范圍，實現(xiàn)一體化；采納先進的掌握軟件和優(yōu)化軟件，以進一步發(fā)揮DCS的效能。

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進一步擴大DCS物理分散的應(yīng)用，以削減電纜費用。

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實現(xiàn)全廠幫助車間和系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)和統(tǒng)一監(jiān)控，削減值班人員。

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提高電廠管理的自動化水平，完善電廠管理和監(jiān)控信息系統(tǒng)的功能。

上述設(shè)計原則的目標是進一步降低工程造價，提高電廠的經(jīng)濟性和綜合管理水平，好像并未涉及或特殊強調(diào)進一步提高掌握系統(tǒng)的平安性和牢靠性。實際上，進入新世紀后，面對廠網(wǎng)分開、競價上網(wǎng)、電力市場激烈競爭的形勢，各發(fā)電企業(yè)，在提高電廠經(jīng)濟性的同時，也將對電廠運行的牢靠性和平安性提出更高的要求。

首先，保證電廠設(shè)備和人身平安，提高電廠可用率，不僅能確保供應(yīng)穩(wěn)定的高質(zhì)量的電能，而且能延長設(shè)備運行壽命、削減電廠的修理費用，從而降低電廠的綜合發(fā)電成本，提高電廠競爭力。

其次，為了開拓國際市場，我們正在擔當東南亞和中東地區(qū)電廠建設(shè)項目，其特點是以自然?氣或油作為燃料；同時我國也正大力建設(shè)大型燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠或燃機電廠，這必定涉及到防火、防爆、防漏的平安監(jiān)視和掌握。從長遠進展來看，國家隊環(huán)境愛護、勞動平安和防護也將要提出越來越嚴格的要求。因此，適時地學習和應(yīng)用國際上的有關(guān)標準，討論電廠中平安相關(guān)的掌握愛護系統(tǒng)，改善電廠掌握系統(tǒng)的平安性和牢靠性應(yīng)當受到各方面的重視。

1.平安相關(guān)系統(tǒng)（Safety-relatedsystem）在國外有各種名稱，例如：平安儀表系統(tǒng)（safetyinstrumentedsystem）、關(guān)鍵掌握系統(tǒng)（Criticalcontrolsystem）、平安解決方案（Safetysolutions）、故障平安系統(tǒng)（Failsafesystem）、聯(lián)鎖愛護系統(tǒng)（Interlockprotectionsystems）等。

平安相關(guān)的系統(tǒng)執(zhí)行必要的平安功能，以使被控對象達到或保持在平安狀態(tài)，并且同其他系統(tǒng)一起力圖使所要求的平安功能達到必需的平安完整性。它可以防止危急大事的發(fā)生和削減危急大事的影響（有關(guān)平安相關(guān)系統(tǒng)本身的故障或失效也導致危急大事）。當發(fā)生危急大事時，平安相關(guān)系統(tǒng)將實行適當?shù)膭幼骱痛胧?，防止被控對象進入危急狀態(tài)，避開危及人身平安和/或損傷設(shè)備。

平安相關(guān)系統(tǒng)可以分為平安相關(guān)掌握系統(tǒng)和平安相關(guān)愛護系統(tǒng)。平安相關(guān)系統(tǒng)或功能可以是掌握系統(tǒng)的一部分或掌握系統(tǒng)的一個功能，例如：掌握系統(tǒng)的聯(lián)鎖愛護功能，也可以是完全獨立的（Separatedorindependent）掌握愛護系統(tǒng)，平安相關(guān)系統(tǒng)通常包括以下各項（參見文獻2,3）：

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緊急停機系統(tǒng)--Emergencyshut-downsystems（ESD）

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防火和氣體監(jiān)視系統(tǒng)--Fireandgassystems（FG）

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透平掌握--Turbinecontrol

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燃燒器管理--Burnermanagementsystems（BMS）

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機械平安聯(lián)鎖系統(tǒng)--Machineryguardinterlockingsystems

上述各項，在不同的工業(yè)領(lǐng)域或部門，可能有不同的定義和范圍，或者有其專用名稱，就火力發(fā)電廠而言，平安相關(guān)系統(tǒng)應(yīng)當包括：

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爐膛平安監(jiān)視系統(tǒng)（FSSS--Furnacesafeguardandsupervisorysystem）或稱燃燒器管理系統(tǒng)（BMS--Burnermanagementsystem），它包括了燃料平安系統(tǒng)（FSS--Fuelsafetysystem）和燃燒器掌握系統(tǒng)（BCS--Burnercontrolsystem）

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汽機緊急跳閘系統(tǒng)（ETS--Emergencytripsystem）

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汽機或燃氣輪機掌握系統(tǒng)，它包括汽機或燃機起停掌握、轉(zhuǎn)速/負荷掌握，有時也包括超速愛護和緊急跳閘功能

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消防和氣體監(jiān)視系統(tǒng)（Fireprotectionandgasmonitorsystems）

現(xiàn)代大型火電機組的掌握和愛護系統(tǒng)中，畢竟有哪些系統(tǒng)是與平安有關(guān)的，應(yīng)當規(guī)定何種平安等級？是個有待討論和爭論的問題。

2.為了促進和規(guī)范平安相關(guān)的掌握和愛護系統(tǒng)的設(shè)計、制造和應(yīng)用，國外始終致力于制定相關(guān)的標準。歐洲國家處于領(lǐng)先地位，最早的平安相關(guān)系統(tǒng)的標準于20世紀70年月誕生在德國，是有關(guān)鍋爐/燃燒器起停掌握的。此后，隨著儀表掌握技術(shù)和掌握系統(tǒng)牢靠性技術(shù)的進展，為適應(yīng)各種工業(yè)部門對平安相關(guān)系統(tǒng)性能要求的不斷提高，有關(guān)平安相關(guān)系統(tǒng)的標準也不斷更新和完善，目前國際上常見的標準有：

DIN.V.19250

Controltechnologybasicsafetyevaluationofmeasuringandcontrolprotectiveequipment

DIN.V.VDE0801

Principlesforcomputersinsafetyrelatedsystems(1991年)

IEC-61508-2000

Functionalsafetyofelectrical/electronic/programmableelectronicsafety-relatedsystems

ANSI/ISA.84.01.1996

Applicationofsafetyinstrumentedsystemsfortheprocessindustries

NFPA-85

Boilerandcombustionsystemshazardscode（2001）

IEEEstd7-432-1993

IEEEstandardfordigitalcomputersinsafetysystemsofNuclearPowergeneratingstation

其中，ANSI/ISA.84.01.1996已經(jīng)被美國OSHA（Occupationalsafetyandhealthadministration--職業(yè)平安和健康管理局）接受，廣泛應(yīng)用于北美。IEC61508將在2002年8月份正式成為歐洲標準。我國是IEC的重要成員，全國工業(yè)過程測量和掌握標準委員會（TC124）也已確定IEC61508將作為我國國家標準。

3.上世紀70年月中期以前，平安相關(guān)系統(tǒng)均由電磁繼電器組成，部分也采納固態(tài)集成電路構(gòu)成。80年月開頭采納冗余的標準型可編程序掌握器（PLC）。隨著對設(shè)備平安、人身平安和環(huán)境愛護的要求越來越嚴格，各工業(yè)企業(yè)和儀表自動化行業(yè)對過程平安功能，即有關(guān)平安系統(tǒng)的的功能平安賜予了極大的關(guān)注。于是，80年月中期以后，伴隨著微電子技術(shù)和掌握系統(tǒng)牢靠性技術(shù)的進展，特地用于有關(guān)平安系統(tǒng)的掌握器系統(tǒng)、平安型PLC和平安解決方案（SafetySolution）得到快速進展和推廣。目前，比較知名的平安掌握系統(tǒng)產(chǎn)品有：

·Triconex

TriconTMRsafetyandcriticalcontrolsystem

Tridentfault-tolerantcontrolsystem

·ICSTriplex

Triple-modularredundant(TMR)controlsystem

·Honeywell

FSC2004Dsafetysystem

·ABBAugust

TriguardSC300ETMRpr