某電廠空預(yù)器控制柜雙路電源切換試驗過程中空預(yù)器跳閘故障及對策

劉清坡，海廣星，胡小林，李興照，宋國鋒

（河南第一火電建設(shè)公司調(diào)試所，鄭州市，450000）

0 引言

回轉(zhuǎn)式空預(yù)器是大型火電機(jī)組重要的系統(tǒng)設(shè)備，它起到改善并強(qiáng)化燃燒、強(qiáng)化爐內(nèi)輻射傳熱、減小爐內(nèi)熱損失、降低排煙溫度、提高鍋爐熱效率、干燥燃料等作用。它的跳閘會引起風(fēng)機(jī)跳閘、停爐等惡性事故。因此，為保證空預(yù)器的安全、穩(wěn)定運行，必須保證空預(yù)器聯(lián)鎖保護(hù)軟硬邏輯組態(tài)的合理、正確。為檢驗空預(yù)器聯(lián)鎖保護(hù)軟硬邏輯組態(tài)合理、正確，可以進(jìn)行空預(yù)器就地控制柜內(nèi)雙路電源切換試驗。在鞏義電廠空預(yù)器控制柜雙路電源切換試驗過程中，出現(xiàn)了空預(yù)器跳閘故障，以下對其進(jìn)行分析、探討。

1 鞏義6號機(jī)組空預(yù)器系統(tǒng)簡介

鞏義6號機(jī)組空預(yù)器為LAP10320/1950型三分倉容克式，2臺功率相同的主電機(jī)，1運1備，分別命名為主、輔電機(jī)，主、輔電機(jī)均設(shè)計有變頻器。潤滑系統(tǒng)設(shè)有1臺傳動油泵（潤滑油泵）電機(jī)。在空預(yù)器平臺安裝有電氣控制柜，通過控制柜實現(xiàn)對上述3臺電機(jī)的啟停、聯(lián)鎖等控制。

控制柜內(nèi)有2個總電源開關(guān)，控制由保安段送來的2路電源。此總電源分2路，一路供給電機(jī)的動力，另一路供給回路控制，動力電源和回路控制電源互不影響，但均受總電源開關(guān)的控制。

2 電源切換試驗過程及問題描述

在空預(yù)器調(diào)試過程中，有一項試驗為就地電氣控制柜內(nèi)2路總電源切換試驗。試驗的目的是檢驗電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證空預(yù)器在任何一路電源突然失去的情況下，空預(yù)器動力電源和控制電源通過軟、硬邏輯切換至另一路，并且主電機(jī)、輔電機(jī)、傳動油泵電機(jī)等也通過相應(yīng)的聯(lián)鎖切換使空預(yù)器繼續(xù)正常運行[1-9]。

在本試驗中，出現(xiàn)了以下幾種情況。

（1）初始狀態(tài)：主、輔電源均正常，主電機(jī)運行，輔電機(jī)停止，傳動油泵電機(jī)運行；試驗過程：將主電源斷開；試驗結(jié)果：主電機(jī)停止（且狀態(tài)變?yōu)辄S色），傳動油泵停止（且狀態(tài)變?yōu)辄S色），而輔電機(jī)未聯(lián)鎖啟動（且狀態(tài)變?yōu)辄S色），空預(yù)器跳閘。

（2）初始狀態(tài)：主、輔電源均正常，主電機(jī)運行，輔電機(jī)停止，傳動油泵運行；試驗過程：將輔電源斷開；試驗結(jié)果：主電機(jī)、輔電機(jī)、傳動油泵均保持原狀，未發(fā)生異常。

（3）初始狀態(tài)：主、輔電源均正常，主電機(jī)停止，輔電機(jī)運行，傳動油泵運行；試驗過程：將主電源斷開；試驗結(jié)果：傳動油泵停止（且狀態(tài)變?yōu)辄S色），輔電機(jī)停止（且狀態(tài)變?yōu)辄S色），主電機(jī)未聯(lián)鎖啟動（且狀態(tài)變?yōu)辄S色），空預(yù)器跳閘。

（4）初始狀態(tài)：主、輔電源均正常，主電機(jī)停止，輔電機(jī)運行，傳動油泵運行；試驗過程：將輔電源斷開；試驗結(jié)果：輔電機(jī)停止（狀態(tài)變?yōu)辄S色），傳動油泵運行，主電機(jī)聯(lián)鎖啟動成功（實現(xiàn)正常聯(lián)鎖）。

（5）初始狀態(tài)：主電源斷開，輔電源正常，主電機(jī)停止，輔電機(jī)運行，傳動油泵運行；試驗過程：將主電源合上；試驗結(jié)果：傳動油泵停止（狀態(tài)變?yōu)辄S色），輔電機(jī)停止（狀態(tài)變?yōu)辄S色），主電機(jī)未聯(lián)鎖啟動（且狀態(tài)變?yōu)辄S色），空預(yù)器跳閘。

（6）初始狀態(tài)：主電源正常，輔電源斷開，主電機(jī)運行，輔電機(jī)停止，傳動油泵運行；試驗過程：將輔電源合上；試驗結(jié)果：主電機(jī)、輔電機(jī)、傳動油泵均保持原狀，未發(fā)生異常。

在上述切換試驗中，只有第（2）、（6）項狀態(tài)未發(fā)生變化，第（4）項實現(xiàn)正常聯(lián)鎖啟動備用，其余第（1）、（3）、（5）項切換不成功。

3 問題分析

針對上述各項試驗，需要根據(jù)試驗現(xiàn)象，從就地控制柜電氣硬回路（硬邏輯）和分散控制系統(tǒng)（distributed control system，DCS）組態(tài)（軟邏輯）2方面分析。

3.1 硬回路特點

通過分析電氣原理圖，首先得出硬回路特點，如下：

（1）傳動油泵啟動反饋信號分別串入主、輔電機(jī)的啟動和停止控制回路中，即傳動油泵啟動后才能啟動主、輔電機(jī)；傳動油泵停止后，自動閉合主、輔電機(jī)停止控制回路，從而停止主、輔電機(jī)。

（2）主電機(jī)使用主電源，輔電機(jī)使用輔電源，傳動油泵電機(jī)的工作和控制電源取自通過簡單繼電器回路切換過的主、輔電源。

（3）傳動油泵在主、輔電源切換的過程中，會失電2～3 s。在這個過程中，傳動油泵停止，且不能重新自動啟動。

主輔電機(jī)分別帶變頻器啟動，從啟動到已啟動信號來時間為10 s。

3.2 ABB控制系統(tǒng)軟邏輯相關(guān)內(nèi)容

軟邏輯采用ABB控制系統(tǒng)，根據(jù)ABB系統(tǒng)設(shè)備操作塊特點，需對下列內(nèi)容進(jìn)行解釋。

（1）明確軟邏輯涉及到的測點（就地電氣控制柜與DCS控制邏輯聯(lián)絡(luò)點）。聯(lián)絡(luò)點名稱分別為：主電機(jī)、輔電機(jī)和傳動油泵電機(jī)的啟動、停止（DCS輸出指令，是DO點）；主電機(jī)、輔電機(jī)和傳動油泵電機(jī)的已啟、已停（現(xiàn)場輸入給DCS的反饋，是DI點）；傳動控制1號電源失去、2號電源失去（分別對應(yīng)于主、輔電源失去，是DI點）。

（2）對試驗中出現(xiàn)的黃色狀態(tài)進(jìn)行解釋。ABB控制系統(tǒng)設(shè)備顯示有3種狀態(tài)，正常時已啟動的設(shè)備狀態(tài)為紅色，停止的設(shè)備狀態(tài)為綠色，還有1種故障狀態(tài)為黃色。對于ABB設(shè)備控制塊而言，當(dāng)設(shè)備狀態(tài)為正常紅色或綠色時，可接受聯(lián)鎖啟停信號。當(dāng)設(shè)備為黃色狀態(tài)時，說明當(dāng)前反饋與上一個指令不一致，存在以下2種情況：

1）當(dāng)前反饋為停止?fàn)顟B(tài)，而上一個指令顯示為啟動指令，如當(dāng)正常運行的電機(jī)由于就地停電而停運時就會出現(xiàn)這種情況；

2）當(dāng)前反饋為運行狀態(tài)，而上一個指令顯示為停止指令，如在就地啟動的設(shè)備，遠(yuǎn)方指令顯示為停止，但反饋狀態(tài)為運行。

第1種情況，設(shè)備操作塊只接受聯(lián)鎖停止信號，不接受聯(lián)鎖啟動信號；第2種情況與第1種情況正好相反。

明確ABB系統(tǒng)狀態(tài)變黃時的操作塊特點，是以下分析完善軟邏輯組態(tài)的基礎(chǔ)。

（3）空預(yù)器跳閘：主、輔電機(jī)全停延時30 s后發(fā)。

（4）現(xiàn)有DCS軟邏輯如圖1～3所示。本文SAMA圖只列出與電源切換有關(guān)的邏輯，其他不涉及的原有邏輯一律用“1”或“0”代替。

3.3 試驗現(xiàn)象的分析及解決方案

3.3.1 第1項試驗

現(xiàn)象1：主電源斷開，主電機(jī)失去工作電源，主電機(jī)停止。

原因分析：其狀態(tài)為黃色（見3.2節(jié)對ABB設(shè)備黃色狀態(tài)進(jìn)行的解釋），說明電機(jī)的停止不是靠軟邏輯發(fā)出的停止指令實現(xiàn)的，而是因工作電源失去引起的。

現(xiàn)象2：傳動油泵停止，狀態(tài)變?yōu)辄S色。

原因分析：從硬邏輯分析，控制柜3個設(shè)備中只有傳動油泵有簡單的電源切換，一路電源失去時，硬回路通過繼電器把電源切換至另一路。本試驗中傳動油泵停止，這說明傳動油泵此時電源取自主電源，在向輔電源切換過程中傳動油泵的工作電源失去，電機(jī)停止；并且由于切換時間長，不足以維持傳動油泵電機(jī)的控制回路自啟動而使電機(jī)一直停運。

現(xiàn)象3：輔電機(jī)未啟動，且狀態(tài)為黃色。

原因分析：原有基本邏輯為只要主電機(jī)停止信號來，就要聯(lián)鎖啟動輔電機(jī)，而此時輔電機(jī)未能成功啟動，要從軟硬邏輯查找原因。輔電機(jī)狀態(tài)變?yōu)辄S色，說明邏輯已經(jīng)通過聯(lián)鎖啟動信號發(fā)出了啟動指令，但由于某些原因輔電機(jī)沒有啟動，指令反饋不一致，造成狀態(tài)異常，成為黃色。根據(jù)前面的硬邏輯分析，傳動油泵的啟動反饋信號串入主、輔電機(jī)的啟動停止硬回路中，且此時傳動油泵由于電源切換過程而在停止?fàn)顟B(tài)，所以輔電機(jī)雖然接受聯(lián)鎖啟動指令而未能啟動的原因在于：沒有傳動油泵啟動的前提。

解決方案：本項試驗要達(dá)到的目的是要求輔電機(jī)聯(lián)鎖啟動成功。聯(lián)啟信號已發(fā)，而未成功是因為硬回路沒有傳動油泵正常運行這一前提。因此，在主電源失去后，需要DCS先發(fā)出聯(lián)鎖啟動傳動油泵的信號，延時一定時間后再發(fā)出聯(lián)鎖啟動輔電機(jī)的信號。但現(xiàn)象2提到傳動油泵狀態(tài)為黃色（電機(jī)的停止不是靠邏輯發(fā)出的停止指令實現(xiàn)的，而是就地硬回路原因引起的），根據(jù)前面介紹的ABB系統(tǒng)的特點，這時候操作塊不接受DCS的聯(lián)鎖啟動信號，即這時即使有聯(lián)鎖啟動信號來，操作塊也不能發(fā)出啟動指令，傳動油泵也就不能啟動，所以應(yīng)該先使傳動油泵恢復(fù)至正常狀態(tài)，再進(jìn)行啟動聯(lián)鎖。具體步驟應(yīng)在主電源失去后，依次發(fā)出停止傳動油泵的聯(lián)鎖信號，延時再發(fā)出啟動傳動油泵的聯(lián)鎖信號，再延時發(fā)出啟動輔電機(jī)的聯(lián)鎖信號。

需要對傳動油泵和輔電機(jī)的原邏輯進(jìn)行完善，如圖4～5所示。為了不影響其他聯(lián)鎖信號，聯(lián)鎖信號要加2 s脈沖。

3.3.2 第2項試驗

輔電源斷開無異常，說明此狀態(tài)下，傳動油泵電源使用的是主電源。

3.3.3 第3項試驗

現(xiàn)象1：主電源斷開后，傳動油泵停止，狀態(tài)變?yōu)辄S色。

原因分析：原因同3.3.1試驗中的現(xiàn)象2。

現(xiàn)象2：輔電機(jī)停止，狀態(tài)變?yōu)辄S色。

原因分析：主電源失去，輔電源正常會影響到輔電機(jī)的運行，這說明輔電機(jī)的停止是由于傳動油泵的停止而引起的，在前面硬回路的特點中也分析到了這一點，即當(dāng)傳動油泵停止反饋信號來時，主、輔電機(jī)的停電氣控制回路導(dǎo)通，主、輔電機(jī)停止。狀態(tài)變?yōu)辄S色，原因同第1項試驗分析。

現(xiàn)象3：主電機(jī)未聯(lián)啟，狀態(tài)變?yōu)辄S色。

原因分析：主電機(jī)本身在停止?fàn)顟B(tài)。其狀態(tài)變?yōu)辄S色的原因為軟邏輯輔電機(jī)停止要聯(lián)鎖啟動主電機(jī)，聯(lián)鎖啟動信號、指令已經(jīng)發(fā)出，但這時候控制回路中傳動油泵未運行，且主電源被斷開且沒有動力電源，所以從硬回路上不能啟動。這就造成現(xiàn)指令（啟動）與當(dāng)前反饋（停止?fàn)顟B(tài)）不一致，顯示黃色。

解決方案：本項試驗的目的是要保證在主電機(jī)未運行的情況下，斷開主電源而不影響到輔電機(jī)的運行。但斷開主電源會影響傳動油泵和輔電機(jī)的運行，這進(jìn)一步說明了硬回路中傳動油泵的電源在由主向輔切換過程中失電停止，并且說明主、輔電源都存在的情況下，硬回路中傳動油泵的控制、工作電源使用的是主電源。

所以，本項試驗要把受影響的輔電機(jī)再啟動起來。解決方案要在第1項邏輯完善的基礎(chǔ)上對傳動油泵、輔電機(jī)、主電機(jī)的軟邏輯進(jìn)行再完善。傳動油泵現(xiàn)象同試驗1，不用再作修改。輔電機(jī)要先解決狀態(tài)變?yōu)辄S色的問題，應(yīng)先發(fā)聯(lián)鎖停信號，再發(fā)聯(lián)鎖啟動信號，使輔電機(jī)再恢復(fù)至正常狀態(tài)。主電機(jī)也要解決狀態(tài)變?yōu)辄S色的問題，使其恢復(fù)至初始狀態(tài)。另外，要注意延時時間上的配合。

完善后的邏輯SAMA圖如圖6～7所示。

3.3.4 第4項試驗

本項試驗驗證了主、輔電源都存在時，傳動油泵電源取自主電源。由于傳動油泵未受影響，所以實現(xiàn)了正常聯(lián)鎖。但是輔電機(jī)狀態(tài)變?yōu)辄S色，原因同上，需要通過邏輯恢復(fù)正常狀態(tài)。

完善后的邏輯SAMA圖如圖8所示。

3.3.5 第5項試驗

第5、6項試驗分析了電源失去后再恢復(fù)時空預(yù)器的狀態(tài)，在此情況下也要保證空預(yù)器的正常運行。

現(xiàn)象1：傳動油泵停止。

原因分析：合上主電源傳動油泵停止，說明傳動油泵電源以主電源為主，與前述分析的硬回路特點相符。這時存在傳動油泵電源由輔電源向主電源切換的過程。在這個過程中傳動油泵的現(xiàn)象和第1項試驗分析中的現(xiàn)象2一樣，狀態(tài)變?yōu)辄S色，原因同上。

現(xiàn)象2：輔電機(jī)停止，狀態(tài)變?yōu)辄S色。

原因分析：非邏輯指令停，當(dāng)前反饋停與上一個指令啟不一致（與前述原因相同）。

現(xiàn)象3：主電機(jī)未聯(lián)鎖啟動，狀態(tài)變?yōu)辄S色。

原因分析：狀態(tài)變?yōu)辄S色，說明輔電機(jī)停止，聯(lián)鎖啟動主電機(jī)的信號、指令已經(jīng)發(fā)出，但主電機(jī)未能啟動是因為傳動油泵此時處于停止?fàn)顟B(tài)，造成主電機(jī)指令反饋不一致。

解決方案：在合上主電源時，首先要邏輯聯(lián)鎖停傳動油泵（解決狀態(tài)變黃問題，此時軟邏輯設(shè)備操作塊不接受聯(lián)鎖啟動信號，只接受聯(lián)鎖停止信號），然后延時等硬回路將傳動油泵電源切換至主電源后，再發(fā)聯(lián)鎖啟動傳動油泵的啟動信號，操作塊發(fā)出啟動指令，啟動傳動油泵。然后，發(fā)聯(lián)鎖信號啟動主電機(jī)（此時也可再聯(lián)鎖啟動輔電機(jī)，這里以主電機(jī)為主），要注意時間配合，特別是要有足夠延時時間（要等傳動油泵啟動成功后）后發(fā)聯(lián)鎖啟動主電機(jī)信號。同樣，也要發(fā)聯(lián)鎖停止輔電機(jī)信號，解決輔電機(jī)狀態(tài)變?yōu)辄S色的問題，使其指令與反饋一致。本項主電機(jī)的控制邏輯屬于基本控制邏輯，延時時間可在基本控制邏輯中更改，因此此分析結(jié)果只需要繼續(xù)完善傳動油泵控制和輔電機(jī)控制的軟邏輯。

完善后的SAMA圖如圖9、10所示。

3.3.6 第6項試驗

本項試驗無異常，不需要邏輯完善。

4 最后試驗及結(jié)果

經(jīng)過上面幾步邏輯完善后，又對空預(yù)器主、輔電源進(jìn)行了各種組合的切換試驗，試驗結(jié)果全部成功。完善后的DCS控制邏輯保證了在現(xiàn)有電氣硬回路下任一路電源失去時，空預(yù)器的主、輔電機(jī)，傳動油泵能通過相應(yīng)的聯(lián)鎖實現(xiàn)切換運行，保證空預(yù)器在只有1路電源的情況下穩(wěn)定運行。

5 結(jié)論

空預(yù)器的電氣硬回路有自己的設(shè)計特點，但這些設(shè)計在某些方面和情況下不能滿足其正常工況下的運行需要。因此，需要對DCS軟邏輯控制系統(tǒng)進(jìn)行完善，彌補(bǔ)電氣回路的不足?？梢酝ㄟ^對可能出現(xiàn)的各種情況進(jìn)行試驗，并從軟、硬邏輯方面分析試驗時產(chǎn)生各種現(xiàn)象的原因，逐步加以完善，最終解決問題。

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