印尼Indomayu電廠高壓缸保護(hù)誤動(dòng)的分析及處理

蔡國保，劉國弼，趙軍峰，安 欣

（西安熱工研究院有限公司，西安 710032）

印尼Indomayu電廠3×330 MW機(jī)組的鍋爐是由北京巴布科克·威爾科克斯有限公司制造的亞臨界壓力、一次中間再熱、單爐膛、自然循環(huán)、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、前后墻對(duì)沖燃燒汽包鍋爐，型號(hào)為B&WB-1050/18.44-M，汽輪機(jī)為北京北重汽輪電機(jī)有限公司制造的亞臨界、一次中間再熱、單軸三缸雙排汽凝汽式汽輪機(jī)，型號(hào)為N330-17.75/540/54，采用中壓缸啟動(dòng)方式。設(shè)計(jì)了50%高壓和2×35%低壓兩級(jí)串聯(lián)旁路。

1 中壓缸啟動(dòng)過程

為了縮短啟動(dòng)時(shí)間，節(jié)省啟動(dòng)成本，同時(shí)為減小高、中壓轉(zhuǎn)子的壽命損耗，降低對(duì)再熱器管道材質(zhì)的要求，設(shè)計(jì)采用中壓缸啟動(dòng)模式。

中壓缸啟動(dòng)是指在沖轉(zhuǎn)時(shí)高壓缸不進(jìn)汽而由中壓缸進(jìn)汽沖動(dòng)轉(zhuǎn)子，待轉(zhuǎn)速至3 000 r/min且機(jī)組并網(wǎng)后，才逐步向高壓缸進(jìn)汽的啟動(dòng)方式，汽輪機(jī)組蒸汽系統(tǒng)如圖1所示。啟動(dòng)時(shí)，首先開啟高壓排汽倒暖閥，關(guān)閉高壓缸抽真空閥。高壓缸抽真空閥的作用是在汽輪機(jī)高壓缸溫度達(dá)到一定水平及高壓缸進(jìn)汽之前用于高壓缸抽真空，以防止高壓缸末級(jí)葉片因鼓風(fēng)摩擦而發(fā)熱損壞。然后通過高、低壓旁路閥調(diào)節(jié)再熱汽壓力，對(duì)高壓缸進(jìn)行預(yù)暖。

圖1 汽輪機(jī)蒸汽系統(tǒng)示意

當(dāng)中壓主汽門前蒸汽溫度高于360℃時(shí)，通過中壓調(diào)節(jié)閥控制汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速至1 000 r/min，進(jìn)行暖缸，此時(shí)高壓排汽倒暖閥仍保持開啟狀態(tài)，高壓缸抽真空閥處于關(guān)閉狀態(tài)。

當(dāng)高壓外缸溫度達(dá)到190℃時(shí)，高壓排汽倒暖閥自動(dòng)關(guān)閉，高壓缸抽真空閥自動(dòng)開啟，此時(shí)可升速至同步轉(zhuǎn)速，并網(wǎng)帶初負(fù)荷，中調(diào)門隨著轉(zhuǎn)速或負(fù)荷升高逐漸開大。

當(dāng)機(jī)組負(fù)荷為35～45 MW，主汽壓力高于4 MPa、主蒸汽溫度高于380℃時(shí)，機(jī)組將自動(dòng)切至高壓缸運(yùn)行模式，運(yùn)行人員也可通過操作盤上的切換按鈕選擇自動(dòng)或者手動(dòng)切缸。在切缸時(shí)，高壓主汽門開啟，高壓旁路閥逐步關(guān)閉，高壓缸抽真空閥自動(dòng)關(guān)閉，隨后高壓排汽逆止門自動(dòng)開啟，機(jī)組進(jìn)入高壓缸控制模式（GC）。

2 高壓缸保護(hù)邏輯

本機(jī)組的高壓缸保護(hù)有以下幾項(xiàng)：

（1）高壓外缸排汽金屬溫度達(dá)到420℃，延時(shí)2 s，汽輪機(jī)自動(dòng)跳閘。

（2）汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速低于1 050 r/min（高壓缸暖缸）時(shí)，若高壓缸排汽逆止閥壓力高于1.7 MPa，延時(shí)2 s，汽輪機(jī)自動(dòng)跳閘。

（3）當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速高于1 050 r/min（高壓缸真空）且高壓調(diào)節(jié)閥關(guān)閉時(shí)，如果啟動(dòng)時(shí)高壓缸排汽壓力高于0.14 MPa，且延續(xù)時(shí)間超過4 min，汽輪機(jī)自動(dòng)跳閘。

（4）高壓缸抽真空閥動(dòng)作保護(hù)跳閘的邏輯功能作用范圍分3部分。

在中壓缸模式（即IC模式）暖機(jī)期間汽機(jī)轉(zhuǎn)速低于1 020 r/min且高壓缸上半金屬溫度低于190℃時(shí)，如果高壓缸抽真空閥在關(guān)閉指令發(fā)出110 s后仍未完全關(guān)閉，發(fā)高壓缸抽真空閥未關(guān)保護(hù)信號(hào)。

中壓缸模式下，汽機(jī)轉(zhuǎn)速高于1 020 r/min且高壓缸上半金屬溫度高于190℃（即暖缸結(jié)束）時(shí)，如果高壓缸抽真空閥在開指令發(fā)出后延時(shí)110 s仍未完全開啟，發(fā)高壓缸抽真空閥未開保護(hù)信號(hào)。

高壓缸模式且負(fù)荷大于40 MW時(shí)，如果抽真空閥打開，發(fā)高壓缸抽真空閥未關(guān)保護(hù)信號(hào)。

以上邏輯是在DEH系統(tǒng)經(jīng)過邏輯判斷后由2個(gè)繼電器送至ETS硬跳閘板回路的，在ETS首出面板分別用高壓缸保護(hù)動(dòng)作1，2進(jìn)行標(biāo)記。如圖2所示，任意1路繼電器動(dòng)作，就直接跳閘汽輪機(jī)。其中，上述邏輯的前3項(xiàng)通過高壓缸保護(hù)邏輯1實(shí)現(xiàn)并通過1號(hào)繼電器硬回路送至ETS（見圖3）。第4項(xiàng)保護(hù)通過高壓缸保護(hù)邏輯2由2號(hào)繼電器硬回路送至ETS（見圖4）。

圖2 ETS首出

3 事故及處理

3.1 事故經(jīng)過

圖3 高壓缸保護(hù)邏輯1

在機(jī)組試運(yùn)啟動(dòng)期間，機(jī)組負(fù)荷39.85 MW，主汽壓力5.56 MPa，主汽溫度390℃，高壓缸上缸金屬溫度194℃，高壓缸排汽壓力65.1 kPa，高壓缸抽真空閥（即VV閥）在全開位，此時(shí)機(jī)組以中壓缸模式運(yùn)行。運(yùn)行人員在操作盤上按下切缸按鈕后，高壓主汽門首先開啟，待高壓主汽門完全開啟后開始關(guān)高壓排汽倒暖閥，完全關(guān)閉之后開始關(guān)VV閥，就在VV閥剛剛離開全開位置時(shí)，機(jī)組突然發(fā)出跳閘信號(hào)，導(dǎo)致切缸失敗。ETS首出記錄為高壓缸保護(hù)動(dòng)作。

3.2 事故分析

事故發(fā)生后，通過在歷史工作站中查找高壓缸保護(hù)1號(hào)、2號(hào)繼電器的動(dòng)作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)1號(hào)硬回路繼電器在整個(gè)沖轉(zhuǎn)過程中一直處于低電平狀態(tài)（即保護(hù)未動(dòng)作），沒有異常變化，而2號(hào)硬回路繼電器在VV閥的全開信號(hào)消失瞬間，立即由低電平跳至高電平（保護(hù)動(dòng)作），因此確認(rèn)是2號(hào)繼電器動(dòng)作。

查看歷史趨勢和分析圖4所示邏輯中的抽真空閥未開邏輯后，確認(rèn)此邏輯在機(jī)組從啟動(dòng)到帶負(fù)荷初期完全能夠滿足機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行要求。但在切缸過程中，因?yàn)閳D4中壓缸模式BI01信號(hào)（即IC控制模式）由狀態(tài)“1”翻轉(zhuǎn)為狀態(tài)“0”的條件是切缸完成，也就是邏輯中將切缸的動(dòng)作過程歸屬于中壓缸啟動(dòng)模式，而切缸完成的條件是高調(diào)門控制負(fù)荷、中調(diào)門全開，這就使得圖4的邏輯在切缸過程中保護(hù)所要求的高壓缸上缸金屬溫度高于190℃和轉(zhuǎn)速高于1 020 r/min 2個(gè)條件早已滿足（此條件也是中速暖機(jī)完成條件），同時(shí)高壓缸抽真空閥在高壓缸上缸金屬溫度高于190℃時(shí)自動(dòng)開啟，并一直保持到切缸。也就是說，上述參數(shù)除真空閥未開沒有滿足邏輯保護(hù)要求外，其余參數(shù)均已滿足。此時(shí)當(dāng)機(jī)組在切缸過程中，一旦系統(tǒng)要求關(guān)閉高壓缸抽真空閥，當(dāng)抽真空閥離開全開位時(shí)，就會(huì)發(fā)生抽真空閥未開保護(hù)動(dòng)作，導(dǎo)致切缸失敗。

經(jīng)過仔細(xì)研究邏輯，結(jié)合機(jī)組的運(yùn)行情況，判定抽真空閥未開的保護(hù)主要是針對(duì)在中壓缸模式下進(jìn)行真空閥暖缸時(shí)，如果抽真空閥未開，則高壓缸保護(hù)動(dòng)作，防止因高壓缸鼓風(fēng)摩擦而使高壓排汽缸溫度超過規(guī)定值，此保護(hù)僅限于切缸前的作用范圍，而不能作用于切缸過程。而現(xiàn)有的邏輯組態(tài)中僅通過BI01信號(hào)的翻轉(zhuǎn)來界定中壓缸抽真空閥未開的保護(hù)范圍，很容易把切缸過程誤認(rèn)為中壓缸控制模式，導(dǎo)致在切缸過程中高壓缸保護(hù)誤動(dòng)。但如果把中壓缸控制模式定義在切缸過程開始之前結(jié)束，就能避免切缸過程中的保護(hù)誤動(dòng)，從而使機(jī)組切缸順利完成。因此本次事故的主要問題在于組態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)高中壓模式切換時(shí)邏輯保護(hù)作用的有效范圍界定存在偏差。

圖4 高壓缸保護(hù)邏輯2

3.3 事故處理

經(jīng)過分析和討論，提出了2種解決方案：

（1）方案一：將110 s的延時(shí)放在最后1個(gè)與門的后面，即當(dāng)所有跳閘條件都滿足時(shí)再延時(shí)110 s后輸出跳機(jī)信號(hào)。此種方案原則上是可行的，但實(shí)際上延時(shí)時(shí)間110 s是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因?yàn)檎麄€(gè)切缸時(shí)間需要3～4 min，而且根據(jù)機(jī)組參數(shù)的不同還會(huì)有所變化，因此無法用固定的時(shí)間來適應(yīng)機(jī)組的多次啟動(dòng)。

（2）方案二：結(jié)合機(jī)組的切缸過程，當(dāng)中壓缸模式切至高壓缸模式時(shí)首先要開啟高壓主汽門，高壓主汽門開啟后，自動(dòng)關(guān)閉高壓缸抽真空閥。因此，可在邏輯中加入高壓主汽門狀態(tài)判斷，一旦高壓主汽門開啟，就認(rèn)為是高壓缸控制模式。因?yàn)樵谥袎焊啄Ｊ綍r(shí)高壓主汽門始終保持全關(guān)（機(jī)組做主汽門嚴(yán)密性試驗(yàn)時(shí)除外），因此只要避開主汽門的嚴(yán)密性試驗(yàn)過程，就能使機(jī)組順利過渡到高壓缸模式。本機(jī)組采用第二種優(yōu)化方案，如圖5所示。

考慮到機(jī)組的試驗(yàn)工況，當(dāng)機(jī)組進(jìn)行主汽門嚴(yán)密性試驗(yàn)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)切至中壓缸模式，此時(shí)高壓主汽門全關(guān)會(huì)導(dǎo)致高壓缸保護(hù)動(dòng)作，因此需增加高壓主汽門嚴(yán)密性試驗(yàn)閉鎖信號(hào)。

3.4 事故反思

通過本次事故，進(jìn)一步反思為什么在國內(nèi)已經(jīng)非常成熟的中壓缸啟動(dòng)模式，在海外項(xiàng)目上會(huì)出現(xiàn)如此事故，尤其是DEH這種相當(dāng)成熟且程序比較固定的邏輯控制系統(tǒng)。分析認(rèn)為不僅是系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)保護(hù)作用范圍的認(rèn)識(shí)（即保護(hù)邏輯何時(shí)有效）存在偏差，也有本控制系統(tǒng)的邏輯可讀性差的因素。

本機(jī)組的DEH系統(tǒng)采用?？怂共_控制公司的ICC組態(tài)軟件，用語言編程的方式進(jìn)行組態(tài)。同以往的模塊化窗口組態(tài)不同，語言編程的最大缺陷就是可讀性差，對(duì)潛在缺陷不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，容易造成系統(tǒng)漏洞。

4 結(jié)論

（1）本次事故的主要原因在于：組態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)高中壓模式切換時(shí)邏輯保護(hù)作用有效范圍的界定存在偏差，因此當(dāng)高壓缸保護(hù)正常投入時(shí)，必然會(huì)導(dǎo)致在機(jī)組由中壓模式切至高壓模式時(shí)出現(xiàn)保護(hù)誤動(dòng)。

（2）通過邏輯優(yōu)化后，機(jī)組在切缸過程中和主汽門試驗(yàn)期間能運(yùn)行穩(wěn)定，未發(fā)生保護(hù)誤動(dòng)情況。

圖5 優(yōu)化的高壓缸保護(hù)邏輯

（3）在以后同類型機(jī)組調(diào)試期間，對(duì)于存在過渡工況的系統(tǒng)，不能簡單的用“是”與“非”時(shí)，應(yīng)特別注意保護(hù)邏輯在組態(tài)時(shí)的作用范圍，明確保護(hù)功能所指定的特定工況范圍，以便提早發(fā)現(xiàn)并排除工程中的隱患。

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