600 MW熱控系統(tǒng)故障原因分析與預(yù)控措施

樊健剛，章衛(wèi)軍，葉國滿，張 鵬，丁俊宏

（1.浙能樂清發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 樂清 325609；2.浙江省電力試驗(yàn)研究院，杭州 310014）

熱控系統(tǒng)作為火力發(fā)電機(jī)組控制的神經(jīng)中樞，其任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都會導(dǎo)致系統(tǒng)部分功能失效或引發(fā)系統(tǒng)故障、機(jī)組跳閘甚至損壞主設(shè)備。通過對樂清發(fā)電廠600 MW機(jī)組因熱控原因引起的機(jī)組故障的統(tǒng)計分析，從熱控系統(tǒng)硬/軟件的質(zhì)量和控制邏輯的完善性，保護(hù)信號的取信方式和配置的合理性等方面，提出了減少熱控系統(tǒng)故障的措施。

1 熱控系統(tǒng)硬件故障及原因分析

1.1 模件和機(jī)籠故障

某日00：14，1號機(jī)組負(fù)荷603 MW，機(jī)組協(xié)調(diào)投入，發(fā)現(xiàn)超速保護(hù)控制（OPC）模件故障動作發(fā)信，00：15高加汽水側(cè)均自動撤出，操作員站畫面上信號時好時壞，機(jī)組負(fù)荷最高至637 MW，00：18機(jī)組協(xié)調(diào)撤出，轉(zhuǎn)為汽機(jī)跟隨方式運(yùn)行，00：20汽水分離器出口溫度高，機(jī)組主燃料跳閘（MFT）動作。經(jīng)分析，故障原因是模件和機(jī)籠故障，引起PCU13的M3所有子模件地址混亂，1號高加水位高三值連續(xù)跳變，高加保護(hù)動作自動撤出；同時0NIS模件CPU故障，造成整個通信網(wǎng)絡(luò)中斷。

1.2 小機(jī)低調(diào)門模件故障

某日07：25，1號機(jī)組處于協(xié)調(diào)控制狀態(tài)，A，B給水泵汽輪機(jī)（簡稱小機(jī)）轉(zhuǎn)速控制均為遙控方式，A小機(jī)轉(zhuǎn)速4 945 r/min，A低調(diào)門開度42.7%，機(jī)組負(fù)荷436 MW，給水流量1 279 t/h。07：26 A小機(jī)跳閘，首出信號為出口流量低。機(jī)組給水泵快速減負(fù)荷（RB）動作，負(fù)荷降至308 MW，給水流量降至888 t/h。故障原因是A小機(jī)低調(diào)門HSS03模件出現(xiàn)故障，故障代碼是HSS03的N+8（ABB手冊說明為硬件致命錯誤），故障現(xiàn)象是模件指示燈亮，低調(diào)門快速關(guān)斷，反饋成虛線，出現(xiàn)壞質(zhì)量信號，導(dǎo)致出口流量低低，A小機(jī)跳閘，機(jī)組給水泵RB動作。

1.3 控制器冗余切換不成功

某日機(jī)組處于協(xié)調(diào)運(yùn)行方式，數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）為限壓控制方式，遙控投入。機(jī)組實(shí)際負(fù)荷451 MW運(yùn)行正常。14：47機(jī)組跳閘，大屏報警顯示汽機(jī)跳閘。DEH畫面1號核心柜數(shù)據(jù)基本中斷，顯示為紅底壞點(diǎn)，歷史曲線呈虛線顯示，2號站數(shù)據(jù)正常。DEH安全性模件顯示故障。運(yùn)行人員無法操作1號核心柜所屬控制設(shè)備。經(jīng)故障查找，發(fā)現(xiàn)DEH 1號核心柜主控單元PG414主模件故障，PG414從模件在停止?fàn)顟B(tài)。主PG414故障燈均在閃爍，包括INTF和EXTF（CPU內(nèi)、外部故障）、BUS1F和BUS2F（總線1，2故障）、IMF1F和2F（接口模塊 1，2故障）、REDF（CPU 冗余故障）。因此判斷故障原因是DEH 1號核心柜PG414主模件故障，冗余切換從模件未成功，導(dǎo)致fail safe模件通信故障。由于主模件邏輯運(yùn)算停止，安全故障型模件的輸出由1變?yōu)?，汽機(jī)各個閥門的跳閘電磁閥信號失電，閥門油動機(jī)高壓控制油直接回油，閥門關(guān)閉。同時安全故障型模件發(fā)出DEH至MFT信號。

1.4 伺服模件故障

某日1：30：30，2號機(jī)組遠(yuǎn)控撤出，負(fù)荷減至290 MW后穩(wěn)定，主給水流量穩(wěn)定在820 t/h左右。1：33：10，2號機(jī)組負(fù)荷突然從290 MW開始下跌至193 MW，供2臺汽泵的四抽壓力從0.42 MPa下跌至0.3 MPa。主給水流量從820 t/h持續(xù)下降。1：33：43，主給水流量持續(xù)下降至低低流量保護(hù)動作值，鍋爐MFT，汽機(jī)跳閘。經(jīng)查找分析，故障原因是伺服模件故障，廠家對該故障伺服模件硬件檢測，發(fā)現(xiàn)為模件的XU14芯片與安裝座沒有完全接觸所致。

以上案例表明，影響DCS系統(tǒng)硬件正常工作的重要因素是產(chǎn)品的設(shè)計及工藝。如果所提供的硬件在設(shè)計及工藝上存在缺陷，則很難保證其應(yīng)用的可靠性。

2 熱控系統(tǒng)邏輯不完善

某日，4號機(jī)組減負(fù)荷至340 MW進(jìn)行A一次風(fēng)機(jī)動葉檢修。檢修完畢后11：49集控遠(yuǎn)方全行程操作A一次風(fēng)機(jī)動葉正常。11：57運(yùn)行人員投入B一次風(fēng)機(jī)動葉自動，B一次風(fēng)機(jī)動葉指令下滑，立即撤出B一次風(fēng)機(jī)動葉自動，此時動葉開度已經(jīng)降至50%以下，一次風(fēng)壓急跌而MFT，首出信號為爐膛壓力低低。經(jīng)查找分析，故障原因是B一次風(fēng)機(jī)投入自動時，A一次風(fēng)機(jī)動葉在全開位置，從而影響投入自動的B一次風(fēng)機(jī)動葉指令，導(dǎo)致B一次風(fēng)機(jī)動葉快速關(guān)至50%以下。此外因一次風(fēng)機(jī)自動控制回路中采用總PID進(jìn)行控制，PID輸出指令經(jīng)偏置計算回路分配至2臺風(fēng)機(jī)動葉，為防止單側(cè)一次風(fēng)機(jī)檢修過程中，操作檢修側(cè)風(fēng)機(jī)動葉影響運(yùn)行側(cè)風(fēng)機(jī)動葉的自動控制，原邏輯中保證在風(fēng)機(jī)停運(yùn)時將停運(yùn)側(cè)風(fēng)機(jī)動葉指令切為0，再進(jìn)入動葉指令的偏置計算回路，以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行側(cè)風(fēng)機(jī)動葉自動指令不受停運(yùn)側(cè)風(fēng)機(jī)動葉指令影響。但本次事故過程中，因一次風(fēng)機(jī)A未送電，使A一次風(fēng)機(jī)停運(yùn)信號未能收到，回路仍選擇A動葉指令作為輸出進(jìn)入偏置計算回路，在B風(fēng)機(jī)動葉投入自動后，受A指令影響迅速關(guān)至50%以下，引起風(fēng)壓急跌，最終導(dǎo)致機(jī)組MFT。

現(xiàn)場設(shè)備故障導(dǎo)致機(jī)組跳閘事件，涉及設(shè)備質(zhì)量、安裝位置、運(yùn)行環(huán)境等因素，往往還與單點(diǎn)信號有關(guān)。如某日00：11，3號機(jī)自動發(fā)電控制（AGC）模式，負(fù)荷450 MW，3號機(jī)模擬量自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)（MCS）畫面機(jī)組負(fù)荷跳變（最低至350 MW），MCS畫面上汽泵RB觸發(fā)，AGC、協(xié)調(diào)退出，汽機(jī)退至初壓方式，汽機(jī)、鍋爐處于跟隨方式，負(fù)荷下滑，大屏RB未報警，磨煤機(jī)未跳閘、小機(jī)運(yùn)行正常。00：27運(yùn)行人員手動復(fù)歸RB信號，機(jī)組負(fù)荷繼續(xù)下滑，后將鍋爐主控撤至手動方式，手動加煤量將機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定在350 MW。同時儀控人員檢查發(fā)現(xiàn)畫面RB報警是因B汽泵出口電動門開反饋信號跳變引起，強(qiáng)制后汽機(jī)控制投回限壓方式，鍋爐主控自動投入，機(jī)組恢復(fù)協(xié)調(diào)方式。經(jīng)查找分析，故障原因?yàn)殡妱娱T為經(jīng)濟(jì)型SIPOS電動頭易產(chǎn)生故障；邏輯設(shè)計組態(tài)不完善，單點(diǎn)保護(hù)可靠性低，當(dāng)汽泵出口電動門開反饋丟失即導(dǎo)致汽泵運(yùn)行狀態(tài)丟失。

3 安裝檢修維護(hù)不當(dāng)

3.1 高溫燙傷電纜引起機(jī)組跳閘

某日4號機(jī)組跳閘前處于協(xié)調(diào)方式運(yùn)行，負(fù)荷451.6 MW。19：14，機(jī)組MFT，首出信號為再熱器保護(hù)喪失。經(jīng)檢查，原因是B中壓主汽門閥位反饋信號電纜未按設(shè)計要求敷設(shè)耐高溫電纜且敷設(shè)的走向不合理，電纜保護(hù)管從中主門上經(jīng)過且直接貼在保溫金屬護(hù)板上，由于保溫施工不規(guī)范，中主門閥體上部保溫不嚴(yán)密，閥體輻射熱量直接傳遞至電纜保護(hù)管，現(xiàn)場實(shí)測電纜保護(hù)管溫度達(dá)到100℃以上，使電纜被高溫燙傷短路，造成電源開關(guān)跳開，A，B中壓主汽門開啟信號同時失去，導(dǎo)致“汽機(jī)低壓旁路關(guān)閉且A，B中壓主汽門開啟信號失去”信號條件觸發(fā)保護(hù)動作。局部更換B中主門的3根電纜為耐高溫電纜；并調(diào)整電纜走向以避開高溫部位。A，B中主門閥位模擬量反饋供電電源24 V DC電源開關(guān)各自單獨(dú)設(shè)置。經(jīng)試驗(yàn)系統(tǒng)恢復(fù)正常后，機(jī)組于次日05：57并網(wǎng)。

3.2 壓力開關(guān)接線柱掛水引起機(jī)組減負(fù)荷

某日00：18，A空預(yù)器跳閘，RB動作，負(fù)荷由510 MW下降至330 MW，一次調(diào)頻及遠(yuǎn)控均退出，但A一次風(fēng)機(jī)未聯(lián)跳，手動停A一次風(fēng)機(jī)，檢查其他RB動作結(jié)果均正確，首出信號為A空預(yù)器齒輪油壓低，查就地A空預(yù)器齒輪油油壓為0.05 MPa，故障原因是壓力開關(guān)防水性能差，受雷雨天氣影響接線柱掛水短接，導(dǎo)致A空預(yù)器因齒輪油壓力低保護(hù)動作而跳閘。而A一次風(fēng)機(jī)未聯(lián)跳原因是由于聯(lián)跳回路采用的是空預(yù)器就地跳閘信號，原設(shè)計邏輯不夠完善。

4 提高熱控系統(tǒng)可靠性的預(yù)控措施

4.1 電纜及現(xiàn)場設(shè)備的防護(hù)

由于發(fā)電廠的特殊性，有部分電纜仍不可避免工作在高溫、潮濕、粉塵等惡劣環(huán)境下，時間一長，其絕緣就會由于老化而降低，有的甚至因高溫燙傷直接短路，而導(dǎo)致保護(hù)發(fā)生誤動。

（1）從管理和檢修方面著手，全面排查全廠高溫處電纜及保護(hù)管，在設(shè)備臺賬清冊上列出工作在高溫、潮濕等惡劣環(huán)境下的電纜，長期運(yùn)行在高溫區(qū)域（超過60℃）的電纜（汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥、主汽閥關(guān)閉信號、火焰檢測器等）和補(bǔ)償導(dǎo)線（機(jī)側(cè)主蒸汽溫度、汽缸或過熱器壁溫）等，均應(yīng)使用耐高溫特種電纜，并盡量避開高溫區(qū)域敷設(shè)。

（2）涉及主保護(hù)動作信號條件的設(shè)備，均應(yīng)分電源、分電纜、分模件設(shè)計和安裝。

（3）將減少現(xiàn)場設(shè)備故障引起的保護(hù)系統(tǒng)誤動作為熱控研究的重點(diǎn)對象。除做好設(shè)備和電纜的防水措施、全面檢查電纜屏蔽層連接的連續(xù)性與單點(diǎn)接地的可靠性外，機(jī)組檢修計劃中應(yīng)列入電源及重要保護(hù)電纜的絕緣檢測項目，記錄其絕緣電阻并和以前所測的絕緣電阻進(jìn)行比較，若發(fā)現(xiàn)電纜的絕緣電阻有較大的變化，則應(yīng)立即查明原因并及時更換。

4.2 控制邏輯完善

（1）為避免未送電情況下一次風(fēng)機(jī)停運(yùn)信號無法接收，導(dǎo)致邏輯無法正確切換，對一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行信號邏輯進(jìn)行完善。當(dāng)收到一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行信號時，選擇風(fēng)機(jī)動葉指令進(jìn)入動葉偏置計算回路；當(dāng)一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行信號為0時，選擇0作為風(fēng)機(jī)動葉指令進(jìn)入動葉偏置計算回路。當(dāng)一次風(fēng)機(jī)未送電情況下，因風(fēng)機(jī)運(yùn)行信號為0，可保證此回路正常作用，邏輯見圖1。

圖1 修改后的一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行信號控制邏輯

（2）搭建控制仿真系統(tǒng)，模擬重要模塊死機(jī)對系統(tǒng)的影響程度，做好事故預(yù)想。

（3）對單點(diǎn)保護(hù)信號集中清理，在停機(jī)檢修時增裝壓力變送器或壓力開關(guān)，減少單點(diǎn)保護(hù)信號的存在，以防止單點(diǎn)保護(hù)誤動。

（4）為減少單點(diǎn)信號誤動，有的機(jī)組保護(hù)信號改為三選二，有的增加證實(shí)信號改為二選二。但如果系統(tǒng)或裝置內(nèi)部軟件設(shè)置不當(dāng)和維護(hù)不及時，同樣會導(dǎo)致保護(hù)誤動。

（5）將重要保護(hù)信號越限消失后的復(fù)歸設(shè)置為自動，并在大屏上設(shè)置信號牌，用于次重要類保護(hù)信號的共用報警。

4.3 技術(shù)管理

（1）完成《熱控系統(tǒng)故障應(yīng)急導(dǎo)則》編寫，機(jī)組檢修中進(jìn)行認(rèn)真驗(yàn)證和完善，并定期反事故學(xué)習(xí)，提高運(yùn)行、維護(hù)人員在熱控系統(tǒng)故障時的應(yīng)急處理能力，消除熱控系統(tǒng)故障時因人員操作處理不當(dāng)而導(dǎo)致故障范圍擴(kuò)大的隱患。

（2）應(yīng)對熱控系統(tǒng)積極開展仔細(xì)自查，全面分析系統(tǒng)軟硬件回路中任一可能導(dǎo)致主保護(hù)誤動、拒動的因素，檢查設(shè)計、組態(tài)、安裝、接線、保險、屏蔽、接地、報警等是否完善，同時在生產(chǎn)過程中將系統(tǒng)的各種異常情況進(jìn)行詳細(xì)記錄，以便匯總分析，提前發(fā)現(xiàn)不符合要求的控制邏輯、回路并進(jìn)行優(yōu)化，以保證熱工自動控制、保護(hù)、聯(lián)動的可靠性，保證機(jī)組的安全運(yùn)行。

（3）更多地開展專業(yè)人員間的學(xué)習(xí)、交流，更深入地了解熱控系統(tǒng)硬/軟件性能和設(shè)置，收集其他發(fā)電廠案例和經(jīng)驗(yàn)，核查和統(tǒng)計采用單點(diǎn)信號作為熱控保護(hù)聯(lián)鎖的現(xiàn)狀，專題梳理、研究、評估控制邏輯的可靠性，聯(lián)合相關(guān)專業(yè)人員一起分析探討優(yōu)化措施。

（4）避免因人為因素引起的保護(hù)誤動，如人員走錯間隔、看錯端子排接線、錯誤或遺漏強(qiáng)制信號、萬用表使用不當(dāng)、沒有嚴(yán)格執(zhí)行“兩票三制”等。應(yīng)加強(qiáng)人員素質(zhì)培訓(xùn)，嚴(yán)格按規(guī)程要求進(jìn)行熱控系統(tǒng)的檢修運(yùn)行維護(hù)，提高檢修運(yùn)行維護(hù)質(zhì)量，尤其是完善并嚴(yán)格執(zhí)行熱控保護(hù)定值及邏輯修改制度、聯(lián)鎖投撤制度，并實(shí)行監(jiān)護(hù)制，以減少在運(yùn)行、檢修、維護(hù)中人為原因引起的熱控自動化系統(tǒng)故障。

5 結(jié)語

為保證熱工自動化設(shè)備和系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，可靠的設(shè)備與控制邏輯是先決條件，正確的檢修和維護(hù)是基礎(chǔ)，有效的技術(shù)管理是保證[1]。只有對熱控系統(tǒng)設(shè)備和檢修運(yùn)行維護(hù)進(jìn)行全過程管理，盡早發(fā)現(xiàn)缺陷和處理，并確保熱控系統(tǒng)在各種故障下的處理措施具體且切實(shí)可行，才能在提高熱控系統(tǒng)可靠性方面卓有成效。

[1]孫長生.提高熱控系統(tǒng)可靠性技術(shù)研究[J].中國電力，2009，42（2）：56-59.

[2]朱北恒.2009年浙江火電機(jī)組熱工保護(hù)系統(tǒng)可靠性改進(jìn)[J].浙江電力，2010，29（8）：56-58.