一起控制系統(tǒng)故障造成跳閘事故的分析

孫秋生

（陽城國際發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 晉城 048102）

某廠6×350 MW機組采取單元制配置，鍋爐采用美國福斯特·惠勒公司提供的亞臨界自燃循環(huán)汽包爐，汽輪機采用德國西門子公司制造的KN型亞臨界一次中間再熱、單軸、雙缸、雙排汽純凝汽式、噴嘴調(diào)節(jié)、反動式汽輪機。DCS采用西門子的T-XP自動控制系統(tǒng)，冗余配置，主柜運行，從柜備用，相互之間可以實現(xiàn)無擾切換。

1 事故經(jīng)過

某日5:00，3號機組負(fù)荷290 MW，主汽壓力14.56 MPa，協(xié)調(diào)方式下運行正常。

05:10，OM畫面發(fā)出AP103故障，單元主控和電氣畫面參數(shù)全部黃閃，同時高、低壓旁路全開，機組負(fù)荷、主汽壓力開始下滑，高調(diào)門由34 %逐漸全開，過負(fù)荷閥全開。

05:11，手動全關(guān)高旁，低旁全開無法關(guān)閉，通知儀控人員。

05:15，投入油槍穩(wěn)燃。

05:21，燃料主控退出自動，手動增加鍋爐出力，此時機組負(fù)荷下滑至164 MW，主汽壓力降至9.3 MPa。

05:21，儀控人員檢查時發(fā)現(xiàn)AP103主、從柜均停運。重啟AP103主柜成功，重啟從柜啟動失敗，OM畫面恢復(fù)正常，運行人員手動全關(guān)低旁。機組負(fù)荷回升至190 MW，此時主汽壓力9.37 MPa，主汽壓力設(shè)定值顯示恢復(fù)，其值為10.45 MPa，單元主控畫面上機組運行方式顯示為“機跟隨”。

05:24，機組負(fù)荷200 MW，主汽壓力8.9 MPa，主汽壓力設(shè)定值為10.57 MPa，實際主汽壓力低于設(shè)定值，雖為“機跟隨”方式，但機組負(fù)荷并未下降。此時，汽機高、中壓調(diào)門呈全開狀態(tài)。

05:25，機組負(fù)荷從195 MW快速下滑，運行人員立即在控制器畫面上將負(fù)荷手動設(shè)定為200 MW，但負(fù)荷仍下降，快速關(guān)小高調(diào)門，主汽壓力上漲。

05:26，鍋爐負(fù)荷下滑至40 MW，高旁自動開啟，發(fā)電機零功率保護動作，機組解列，汽機跳閘，鍋爐滅火。

06:55，重新點火。

09:09，機組并網(wǎng)。

2 原因分析

(1) AP103負(fù)責(zé)電氣開關(guān)和協(xié)調(diào)部分。AP103停運后，協(xié)調(diào)中的負(fù)荷指令降至零，但變化速率為10 MW/min，故鍋爐指令自動降低，燃料量下降。汽機電調(diào)中的負(fù)荷指令來自“協(xié)調(diào)負(fù)荷指令+主汽壓力偏差指令”，故障后主汽壓力設(shè)定值下降速率為2.5 MPa/min，高于實際主汽壓力變化速率，即故障后實際主汽壓力始終高于壓力設(shè)定值。因此，當(dāng)執(zhí)行“協(xié)調(diào)負(fù)荷指令+主汽壓力偏差指令”后，汽機電調(diào)中的負(fù)荷指令基本未變(發(fā)生故障)，此時旁路開啟，汽機進汽減少，汽機實際負(fù)荷下降，汽機各調(diào)門便持續(xù)開大。

(2) AP103停運后，主開關(guān)合閘信號，鍋爐負(fù)荷反饋指令＞40 %均丟失(鍋爐負(fù)荷反饋指令＞40 %為下降延時3 s，故3 s后便無高旁快開指令，只能手動關(guān)高旁)，滿足高旁快開的條件，導(dǎo)致高旁全開。低旁快開的條件是發(fā)電機負(fù)荷＞20 %，故低旁快開指令一直存在，不允許手動關(guān)閉；當(dāng)AP103主柜重啟成功后，“主開關(guān)合閘信號”返回，低旁才可以手動關(guān)閉。

(3) AP103主柜重啟成功后，OM畫面參數(shù)顯示恢復(fù)正常，可以看出：壓力設(shè)定值為機組實際負(fù)荷對應(yīng)的壓力值，高低旁全關(guān)，鍋爐燃料手動。正常情況下應(yīng)是“機跟隨”的方式，但AP103重啟后，汽機控制器內(nèi)部參數(shù)恢復(fù)正常需要一段時間，壓力設(shè)定值以2.5 MPa/min的速率升高。AP103恢復(fù)正常后，初始壓力設(shè)定值遠(yuǎn)低于實際主汽壓力，壓力控制器和負(fù)荷控制器的輸出均為最大值，調(diào)門全開。當(dāng)壓力設(shè)定值超過實際主汽壓力后，壓力控制器起作用，使汽機調(diào)門關(guān)小；壓力設(shè)定值持續(xù)升高，導(dǎo)致汽機調(diào)門持續(xù)關(guān)小，最終造成汽機負(fù)荷快速下滑，在1 min內(nèi)從190 MW驟降至40 MW。

(4) 由于滿足實際負(fù)荷<25 %，機組進入啟動狀態(tài)，高旁控制主汽壓力值由正常運行中的“跟蹤模式”切換為7.5 MPa，高旁快速全開，低旁自動全開，從而引起發(fā)電機零功率保護動作。

從上述分析可以看出，造成機組跳閘的直接原因是AP103主、從柜同時停運，導(dǎo)致CPU送至機組DEH系統(tǒng)的負(fù)荷指令、主汽壓力設(shè)定值指令變?yōu)榱悖椭铃仩t主控的燃料指令也變?yōu)榱?；同時，汽機主汽門全開，鍋爐主汽壓力快速降低，致使機組負(fù)荷驟降至85 MW以下。此外，機組控制方式自動切換至啟動方式，致使設(shè)定壓力低于機組實際壓力，引發(fā)旁路系統(tǒng)自動開啟，機組電負(fù)荷驟降至50 MW以下，最終引起發(fā)電機零功率保護動作。

造成機組跳閘的主要原因是AP103主、從柜間的通信電纜故障，即冗余CPU之間的通訊電纜故障。西門子冗余CPU之間的主、從切換設(shè)計是依靠通訊電纜同步完成的，當(dāng)電纜故障導(dǎo)致主、從CPU無法同步時，西門子控制系統(tǒng)為保證機組安全，系統(tǒng)邏輯會自動輸出零并停運雙側(cè)CPU，最終導(dǎo)致機組跳閘。

3 防范措施

(1) AP103停運后，由于鍋爐要自動減燃料，為保證鍋爐負(fù)荷滿足生產(chǎn)工藝，必須解除燃料自動功能，改為手動控制鍋爐負(fù)荷。

(2) AP103重啟后，電調(diào)的壓力設(shè)定值從零以2.5 MPa/min的速率升高，此時應(yīng)快速增加鍋爐燃燒量，恢復(fù)主汽壓力。為避免汽機調(diào)門關(guān)小，應(yīng)在AP103恢復(fù)正常后立刻將機組運行方式切為“基本方式”，然后根據(jù)實際主汽壓力手動設(shè)定汽機負(fù)荷待機組穩(wěn)定后再切換為“機跟隨”方式。

(3) 加強設(shè)備劣化分析和隱患排查工作，做好備品、備件管理，提高設(shè)備的可靠性。

(4) 針對通訊電纜故障導(dǎo)致主、從CPU都停運的問題，應(yīng)與西門子公司積極溝通，落實補丁程序，確保在發(fā)生通信電纜故障時另一側(cè)的CPU仍可正常運行，從而杜絕類似問題的再次發(fā)生。