7.3. Обеспечение надежности действия тепловых защит

Повреждения теплового оборудования вследствие аварий и свя­занные с ними простои приносят большие убытки. В то же время замена систем ТЗ действиями операторов в аварийных ситуациях невозможна. Поэтому системы ТЗ должны быть более надежны, чем информационные подсистемы и АСР.

Надежность ТЗ определяют как числом отказов в срабатыва­нии, так и количеством ложных срабатываний [13, 27]. Под лож­ным срабатыванием понимают отказ какого-либо элемента систе­мы ТЗ, например отказ типа короткого замыкания в электричес­кой схеме, приводящий к срабатыванию системы в целом. Мерой надежности систем защит служит среднее время, ч, наработки на один отказ (ложное срабатывание):

где t_ТЗ — время i-й наработки между отказами; n — число отказов. Другой часто употребляемый показатель надежности ТЗ — ин­тенсивность потока отказов

где — суммарное время исправной работы системы ТЗ между ремонтно-восстановительными работами (суммарная наработка).

Интенсивность потока отказов при чередующихся пусках и остановах энергоблоков определяют по результатам наблюдений за работой ТЗ на оборудовании, находящемся под нагрузкой:

где k' — число включений оборудования (пусков); n_i — число от­казов при j'-м включении; — длительность работы оборудова­ния после i-го включения (пуска).

В соответствии с ГОСТ 17605-72 системы ТЗ должны обладать минимальной интенсивностью потока отказов по сравнению с дру­гими подсистемами АСУ ТП , 1/ч.

Они же должны восстанавливаться в кратчайший срок (1 ч). Значения по отдельным элементам реальных систем ТЗ при­ведены в [13, 27].

Отказ (несрабатывание) или ложное действие системы ТЗ оп­ределяется не только надежностью входящих в нее технических устройств (приборов, аппаратуры, соединительных линий и т.п.), но во многом зависит от вида логической функции, реализуемой системой в целом. На выбор вида логической функции оказывают влияние те последствия, к которым могут привести отказы ТЗ. Рассмотрим несколько примеров.

1. Простейший случай — один из одного. При использовании одного датчика его отказ определяет отказ системы в целом, а каждое ложное действие контактного устройства сопровождается ложным действием защиты всего устройства. Поэтому системы ТЗ с одним датчиком предусматривают только для защит, в которых ис­пользуются специальные высоконадежные приборы. Один датчик устанавливают также в случаях, когда отказ в срабатывании защитного устройства приводит к тя­желому повреждению оборудования, а убытки от этого значительно превышают убытки от простоя, связанного с ложным действием ТЗ, как, например, в системе защиты от осевого сдвига ротора.

Кроме того, один датчик устанавливают в защитных устройствах локального на­значения, направленных на предотвращение аварии, ложное срабатывание кото­рых не влечет за собой останова оборудования или снижения его нагрузки, на­пример: включение резервных механизмов в параллель с работающими, подсветка факела в топке котла включением дополнительных горелок, работающих на легко воспламеняющихся топливах, и т.д.

2. Два датчика с одинаковыми уставками, контакты которых включают в па­раллель друг с другом в соответствии с логической функцией ИЛИ (один из двух); применяются в тех случаях, когда тепловое оборудование требует повышенной надежности действия защиты или отсутствия отказов в ее работе, а ложные сраба­тывания ТЗ либо маловероятны, либо не ведут к тяжелым последствиям, например в защитных устройствах, воздействующих на открытие клапанов при повышении давления пара на выходе котла или других объектов, работающих под давлением.

3. Два датчика с одинаковыми уставками, контакты которых соединяют по схе­ме И (два из двух). Применяют в системах защит для уменьшения вероятности их ложного срабатывания, например в случаях, когда защита воздействует на сниже­ние нагрузки или приводит к останову основного оборудования, а ее датчики не обладают достаточной надежностью.

4. Два датчика с разными уставками. Оба контактных устройства включают по­ следовательно по схеме И. Применяют в двухступенчатых системах ТЗ. При этом контактное устройство первого прибора настраивают на срабатывание при дости­жении параметром первой аварийной уставки, при которой осуществляют локаль­ные операции, а контактное устройство второго прибора настраивают на вторую аварийную уставку, превышающую первую. Тогда защита на останов будет сраба­тывать только при замыкании обоих контактов, например: защиты от повышения уровня в регенеративных подогревателях высокого давления (ПВД) (см. рис. 3.1) и защиты от погасания факела (первая ступень — потускнение и подхват факела газомазутными горелками, вторая — останов котла).

5. Три датчика с одинаковыми уставками, контакты которых соединяют по­ следовательно-параллельно и реализуют логическую функцию «два из трех» (см. рис. 7.5,6). Система в целом позволяет повысить надежность действия защит по сравнению с вариантами, реализующими функции И и ИЛИ, однако требует боль­шего количества приборов, увеличивает объем профилактических и ремонтно-восстановительных работ.

Сравнительная характеристика надежности рассмотренных ло­гических систем при одинаковой исходной вероятности безотказ­ной работы одного контактного устройства q = 0,9 приведена в таб­лице.

Надежность систем ТЗ должна быть определяющим фактором при их проектировании. Однако безотчетное стремление повысить надежность ТЗ с помощью синтеза сложных логических функций может привести к противоречивым результатам. С одной стороны — к достижению желаемых показателей, с другой — к удвое­нию или утроению количества используемых приборов, увеличе­нию времени на их обслуживание и восстановление в случае

Надежность элементов защит

от­каза. Поэтому повышение надежности систем за счет усложнения и удорожания технических средств следует проводить в разумных пределах.

Мероприятием, повышающим надежность действия систем ТЗ за счет увеличения исходной вероятности безотказной работы применяемых технических средств, служит использование для них высоконадежных источников электрического питания. Таким ис­точником на ТЭС служит аккумуляторная батарея с напряжением на выходе 220 В, которая продолжает снабжать цепи защиты элек­трической энергией при авариях, сопровождаемых полной потерей напряжения переменного тока в системе собственных нужд.

Кроме того, питающее напряжение подводят к панелям защит по двум независимым линиям, одна из которых служит резервной. Оповещение персонала о прекращении электрического питания каждой из групп ТЗ осуществляют автоматически с помощью сиг­нальных устройств, привлекающих повышенное внимание (свето­вые мерцающие табло, прерывистые гудки и т.п.).

Рациональный выбор проектируемых систем ТЗ должен прово­диться с учетом особенностей технологических процессов и экс­плуатации теплового оборудования. Для этого необходимо соблю­дение следующих положений, обусловливаемых опытом эксплуа­тации и ПТЭ [13, 21]:

возможность дистанционного перевода всех агрегатов, оказавшихся под воздей­ствием защит, в исходное положение (последнее должно восстанавливаться только после устранения причины, вызвавшей срабатывание ТЗ во избежание воспроиз­ведения аварийной ситуации);

приоритет действия защит, вызывающих большую степень разгрузки при одно­временном срабатывании ТЗ, направленных на снижение нагрузки, одностороннее воздействие защит на оборудование (только отключение или только включение, только открытие запорного органа или наоборот и т. п.) во избежание поступле­ния противоречивых команд и сигналов;

сохранение действия автоматических систем защит до выполнения самой дли­тельной операции (с целью исключения ошибочных действий в случае вмешатель­ства персонала и при случайном исчезновении сигнала, вызвавшем срабатыва­ние ТЗ);

однозначная фиксация первопричины срабатывания ТЗ с помощью систем гра­фической индикации (записи) или воспроизведения на магнитной ленте (с целью последующего детального и объективного анализа возникновения аварии);

наличие автоматического или ручного устройства отключения для всех ТЗ, ус­тавки срабатывания которых препятствуют нормальному пуску или останову (с целью исключения искусственного воспроизведения аварийных ситуаций во время пусков и остановов);

наличие переключателя вида топлива в системах ТЗ котлов, работающих на двух видах топлива (с целью изменений в структурных схемах защит при переводе с одного вида топлива на другой);

наличие светозвуковой сигнализации, оповещающей персонал о всех случаях срабатывания ТЗ и о причинах, вызвавших эти срабатывания (с целью своевре­менного предупреждения персонала о возникновении аварийных или предаварийных режимов).

Требуемую надежность систем ТЗ в целом достигают сочетани­ем высокой надежности как управляющих, так и исполнительных устройств, непосредственно устанавливаемых на ТОУ. Для этого логические устройства управления должны осуществлять преобра­зования сигналов первичной измерительной информации в соот­ветствии с заданными значениями критериев (см. таблицу), а ис­полнительные устройства безотказно выполнять свои функции. По­следнее означает, что при каждом срабатывании систем ТЗ задвижки, стопорные и обратные клапаны должны обеспечивать полное открытие или же абсолютно плотное перекрытие трубопроводов, а коммутационные силовые устройства — подвод электрического питания или же его прекращение в нужный момент по линиям электроснабжения.