基于反向验证的热工智能诊断技术分析

基于反向验证的热工智能诊断技术分析

郑雪琴,李杰,杨春,薛松,陈湘,徐建伟,罗小龙,佟艳亮

摘要：热工保护的主要作用是当机组在启动和运行过程中发生危及设备安全的危险时，使其能自动采取保护或联锁，防止事故扩大而保护机组设备的安全。提高热控保护系统的可靠性是一个系统工程，热工保护的可靠性涉及热控测量、信号取样、控制设备与逻辑的可靠性，涉及热控系统设计、安装调试、保护系统的日常维护，随着火力发电厂自动化水平的提高，保护逻辑越来越复杂，现阶段在发生保护动作时，从分散控制系统DCS上虽能够迅速推出保护跳闸的直接首出，但进一步分析保护跳闸的根本原因需要人为调查动作趋势。火力发电厂热工人员培养难度大、培养周期长，在机组发生保护动作时，往往不能第一时间找到保护动作的原因，造成机组无法第一时间启动恢复发电。

关键词：反向验证；热工智能；诊断技术

引言

随着信息化、数字化的发展，将关于设备的多种数据充分收集，其中包括测点的类型、品牌、厂家、安装位置、工艺运行参数、DCS系统状态等；将保护逻辑相关联的测点、工艺流程以及动作的全过程进行监控，将这些数据充分耦合，通过基于多年设备运行经验积累，建立专家故障诊断模型，就能够准确判断保护动作的原因，提前发现保护拒动和误动的隐患，达到提高保护系统的可靠性、减少机组停机时间成本的目的。

1、研究目的

为了提高检测信号的可靠性，保护系统所用的仪表采用转换环节少、结构简单而工作可靠的检测变送器，如各种压力开关、温度开关、流量开关和液位开关等。 独立性传感器独立专用，在逻辑配置中不与其他自动化系统共用，以防止传感器故障导致的拒动和误动。

保护系统采用独立工作方式，在保护投入过程中不受其他自动化系统投入与切除的影响。保护动作信号采用长信号，满足被控对象完成规定动作所需的时间要求。当保护系统发出的指令与该系统本身的自动操作指令或人工操作指令发生矛盾时，采用最高优先级按照保护指令动作，保护系统的指令正常情况下不允许切除或强制。

停机检修或运行过程中，定期采用试验手段监测保护的可靠性，范围包括从信号检测直至操作指令的执行结果，且不影响机组的安全运行。保护动作采用单方向动作，保护系统动作后，设备若要求重新投入，只有在查出事故原因和排除故障后，由运行人员人工完成复位才可投入。

2、现有技术的缺点

2.1定期试验对设备的磨损易造成保护的误动或拒动

    为保证热工保护的可靠性，机组修后启动前需对保护进行传动试验，传动过程中避免不了对主要变送器的投退，主要端子的拆卸，极易出现变动器端子的疲劳性损伤；保护系统维护人员的专业素养不足可能造成接错或漏接，增加了保护的拒动或误动隐患。

2.2目前DCS系统无法主动推送出保护动作的根本原因

现有的DCS都配备有保护逻辑首出功能，基于首次满足动作条件的先后顺序，推送出第一个触发保护的名称，仅能作为排查系统故障原因的依据。随着机组发电能力的增大，保护逻辑和系统越来越复杂，系统检修工作人员的专业知识和能力还很欠缺，无法第一时间判断故障的原因，造成机组事故后无法迅速恢复，无形中增大了运行成本。

3、提高技术的策略分析

3.1提高保护系统的可靠性

将关于设备的多种数据充分收集，实时在线监测数据的变化。其中包括测点的类型、品牌、厂家、安装位置、工艺运行参数、DCS系统状态等；将保护逻辑相关联的测点、工艺流程以及动作的全过程进行监控，对涉及保护的变送器状态、保护投入状态的监测、保护所在DCS卡件、DPU的运行状态实时分析预警，结合长时间运行经验，置入故障诊断模型，分析判断变送器、卡件故障测点跳变造成的保护误动、DPU冻结造成的保护拒动及设计不合理造成的保护误动拒动风险等，指导维护人员第一时间发现处理，提高保护系统的可靠性。

3.2降低机组运行成本

建立保护动作分析模型，在保护动作后第一时间推送出保护动作的初始原因，推送出系统故障点及处理方法，指导检修人员快速处理问题，缩短机组停运检修时间，使机组尽快并网，减少电网考核损失。

3.3保护系统自检：

保护系统自检是通过对热控保护设计合理性进行自检，建立专家知识库，监测保护逻辑的组态设计和测点设计是否有误动和拒动的可能，针对每个保护的组态过程、测点配置、卡件配置进行可靠性分析，对不符合项发出报警，并推送解决建议。

采集DCS系统的保护相关保护数据至数据库，其中包含：保护逻辑所在DPU地址，参与保护判断的测点KKS编码、测点名称、所在DPU地址、所在卡件地址、质量码。

3.4建立保护系统自检模型：

（1）主保护测点三区二自检：监测定义为“主保护”的相关测点，主保护为锅炉MFT、FSSS、汽机ETS，测点如给水流量、炉膛压力，汽包水位等，判断使用统一测点名称前缀是否大于等于三个，如满足要求，则符合条件，反之则发出报警“XX主保护测点设计不符合反措要求”。

（2）主要保护测点未按分卡件分区部署：监测定义为“主保护”的相关测点，主保护为锅炉MFT、FSSS、汽机ETS，测点如给水流量、炉膛压力，汽包水位等，

（3）保护投入状态自检：监测定义为“保护”的相关测点，监测测点的质量码状态，如质量码在“自动”或“未强制”状态，则判定保护正常投入，如质量码在“手动”或“强制”状态，则判定保护未投入。发出报警“XX保护未投入”，并实时计算保护投入率。

（4）并按保护分类监测保护状态，异常及时输出报警。

①保护动作分析：根据保护动作时工艺参数或设备状态的变化，建立保护动作原理框图模型，结合机组运行状态与保护信号的实际状态，通过逻辑算法，分析判断保护与模型是否一致，并输出报警，动作正常、误动、拒动均可输报警。并可第一时间显示出首出原因。

②动作原因溯源：

对每一个触发条件或测点，建立相关联逻辑，从保护动作条件反向判断历史原因。例如炉膛负压高三值保护动作，从测量角度反向监视炉膛负压高压力开关是否实际动作三个，判断炉膛负压模拟量测点是否实际到达高三值，读取炉膛负压高压力开关历史校验记录、缺陷记录判断是否有重复缺陷；判断测点与送引风机状态、电流关联，如送风机电流突升后迅速下降，则原因可能为送风机故障导致炉膛负压高；当炉膛负压高三值动作时，送引风机状态、电流均无变化，则可能为炉膛燃烧掉焦原因。

当炉膛负压三取二开关未动作时，模拟量出现突升未达到动作值时，给出报警，并根据送引风机电流状态，给出可能原因。

4、实际案例分析

目前在国能山东威海电厂项目及试验室中实施效果良好。

5、提升基于反向验证的热工智能诊断技术的价值分析

5.1系统对热控保护全方位监测监控分析，可以有效掌握热工设备的健康状况，并对设备故障进行诊断和推送，做出正确的检修策略；三区办公网及手机网页版平台，使得专业人员能够第一时间发现设备异常，并及时做出反应；

5.2通过技术管理手段，结合设备的诊断分析，统计分析、归档，使热控日常工作更规范、科学、便捷、精细；技术监督功能实现自动报表、统计，减少热控人员文字性工作量，提升劳动效率。

6、结束语

     综上所述，热控状态检修平台通过对热控设备的监测、分析，对全厂各项生产工艺指标、流程状态，进行综合性诊断预警，不仅能及时发现设备异常，更可以为运行和检修人员提供控制状态信息及调整指导。