改善火电厂保护控制系统的安全性和可靠性

1、改善火电厂保护控制系统的安全性和可靠性在二十世纪最后20年里，我国火力发电厂的自动化水平有了很大 的提高，微机分散控制系统（DCS）已经得到广泛应用，为确保机组 电厂安全、经济运行作出了贡献。按照中国电力工程顾问有限公司提出的 2000年电厂仪表和控制 （I&C）系统设计原则（参见文献 1），新世纪火力发电厂自动化的发 展将着重于以下几个方面：o进一步扩展DCS的功能范围，实现一体化；采用先进的控制软 件和优化软件，以进一步发挥 DCS的效能。o进一步扩大DCS物理分散的应用，以减少电缆费用。o实现全厂辅助车间和系统的联网和统一监控，减少值班人员。o提高电厂管理的自动化水平，完善电厂管

2、理和监控信息系统的 功能。上述设计原则的目标是进一步降低工程造价， 提高电厂的经济性 和综合管理水平，似乎并未涉及或特别强调进一步提高控制系统的安 全性和可靠性。实际上，进入新世纪后，面对厂网分开、竞价上网、 电力市场激烈竞争的形势，各发电企业，在提高电厂经济性的同时， 也将对电厂运行的可靠性和安全性提出更高的要求。首先，保证电厂设备和人身安全，提咼电厂可用率，不仅能确保 提供稳定的高质量的电能，而且能延长设备运行寿命、减少电厂的维 修费用，从而降低电厂的综合发电成本，提高电厂竞争力。其次，为了开拓国际市场，我们正在承担东南亚和中东地区电厂 建设项目，其特点是以天然气或油作为燃料；同时我国也正

3、大力建设 大型燃气-蒸汽联合循环电厂或燃机电厂，这必然涉及到防火、防爆、 防漏的安全监视和控制。从长远发展来看，国家队环境保护、劳动安 全和防护也将要提出越来越严格的要求。因此，适时地学习和应用国 际上的有关标准，研究电厂中安全相关的控制保护系统，改善电厂控 制系统的安全性和可靠性应当受到各方面的重视。1安全相关系统(Safety-relatedsysten)在国外有各种名称，例如： 安全仪表系统(safety in strume ntedsystem)、关键控制系统 (Criticalcontrolsystem)、安全解决方案(Safetysolutions)、故障安全系 统(Failsaf

4、esysten)、联锁保护系统(Interlockprotectionsystem9 等。安全相关的系统执行必要的安全功能，以使被控对象达到或保持 在安全状态，并且同其他系统一起力图使所要求的安全功能达到必需 的安全完整性。它可以防止危险事件的发生和减少危险事件的影响(有关安全相关系统本身的故障或失效也导致危险事件)。当发生危险事件 时，安全相关系统将采取适当的动作和措施，防止被控对象进入危险 状态，避免危及人身安全和/或损伤设备。安全相关系统可以分为安全相关控制系统和安全相关保护系统。 安全相关系统或功能可以是控制系统的一部分或控制系统的一个功 能，例如：控制系统的联锁保护功能，也可以是完全

5、独立的(Separatedori ndepe ndejt控制保护系统，安全相关系统通常包括以下各项(参见文献2,3):o 紧急停机系统-Emergencyshut-downsystems( ESD)o防火和气体监视系统-Fireandgassystems( F&G )o 透平控制-Turbinecontrolo 燃烧器管理-Burnermanagementsystems( BMS)o 机械安全联锁系统-Machineryguardinterlockingsystems上述各项，在不同的工业领域或部门，可能有不同的定义和范围，或者有其专用名称，就火力发电厂而言，安全相关系统应当包括：o

6、炉 膛 安 全 监 视 系 统(FSSS-Fur nacesafeguarda ndsupervisorysystem 或称燃烧器管理系统(BMS-Burnermanagementsystem),它包括了 燃料安全系统(FSS-Fuelsafetysystem ) 和燃烧器控制系统(BCS-Burnerco ntrolsystem)o 汽机紧急跳闸系统(ETS-Emergencytripsysten)o汽机或燃气轮机控制系统，它包括汽机或燃机起停控制、转速/负荷控制，有时也包括超速保护和紧急跳闸功能o 消防和气体监视系统(Fireprotectionandgasmonitorsystem$现代

7、大型火电机组的控制和保护系统中，究竟有哪些系统是与安 全有关的，应当规定何种安全等级？是个有待研究和讨论的问题。2为了促进和规范安全相关的控制和保护系统的设计、制造和应用，国外一直致力于制定相关的标准。欧洲国家处于领先地位，最早 的安全相关系统的标准于20世纪70年代诞生在德国，是有关锅炉/燃 烧器起停控制的。此后，随着仪表控制技术和控制系统可靠性技术的 发展，为适应各种工业部门对安全相关系统性能要求的不断提高，有 关安全相关系统的标准也不断更新和完善，目前国际上常见的标准有：DIN.V.19250 Con troltech no logybasicsafetyevaluatio no fme

8、asuri ngan dcon trolprotectiveequipme ntDIN.V.VDE0801 Prin ciplesforcomputersi nsafetyrelatedsystems（199 1年）IEC-61508-2000 Fun cti on alsafetyofelectrical/electr oni c/programmab leelectro nicsafety-relatedsystemsANSI/ISA.84.01.1996 Applicati on ofsafetyi nstrume ntedsystemsforthe process in dustrie

9、sNFPA-85 Boilera ndcombusti on systemshazardscod（ 2001）IEEEstd7-432-1993 IEEEsta ndardfordigitalcomputersi nsafetysystemsofNuclearPowerge nerat in gstatio n其中，ANSI/ISA.84.01.1996 已经被美国 OSHA（Occupatio nalsafetya ndhealthadmi nistrati on-职业安全和健康管理局）接受，广泛应用于北美。IEC61508将在2002年8月份正式成为欧洲标 准。我国是IEC的重要成员，全国

10、工业过程测量和控制标准委员会（TC124）也已确定IEC61508将作为我国国家标准。3上世纪70年代中期以前，安全相关系统均由电磁继电器组成,部分也采用固态集成电路构成。80年代开始采用冗余的标准型可编程 序控制器(PLC)。随着对设备安全、人身安全和环境保护的要求越来 越严格，各工业企业和仪表自动化行业对过程安全功能，即有关安全 系统的的功能安全给予了极大的关注。于是，80年代中期以后，伴随着微电子技术和控制系统可靠性技术的发展，专门用于有关安全系统 的控制器系统、安全型 PLC和安全解决方案(SafetySolution)得到迅 速发展和推广。目前，比较知名的安全控制系统产品有：Triconex Tric on TMRsafetya ndcriticalco ntrolsystemTride ntfault-tolera ntco ntrolsystemICSTriplex Triple-modularredu ndan t(TMR)co ntrolsystemHon eywell FSC2004DsafetysystemABBAugust