淺析凝泵變頻運(yùn)行熱工及電氣保護(hù)的配合

摘 要：電廠(chǎng)凝結(jié)水泵正常工作方式采用變頻運(yùn)行。當(dāng)凝結(jié)水泵熱工保護(hù)動(dòng)作后，為使凝泵變頻器能迅速再次啟動(dòng)，熱工邏輯發(fā)指令跳凝泵變頻器出口開(kāi)關(guān)，這樣會(huì)造成變頻器突然甩負(fù)荷，變頻器容易誤故障報(bào)警，無(wú)法迅速啟動(dòng)。為消除誤報(bào)警，修改熱工保護(hù)邏輯，使其在熱工故障時(shí)改變變頻器跳閘方式，經(jīng)過(guò)模擬實(shí)際運(yùn)行，消除了誤報(bào)警，保證了機(jī)組安全穩(wěn)定性。

關(guān)鍵字：凝泵變頻器；熱工保護(hù)；電氣保護(hù)；保護(hù)配合

1 引言

現(xiàn)代電力生產(chǎn)過(guò)程中，為節(jié)約能源，增加收益，火電廠(chǎng)泵和風(fēng)機(jī)等輔機(jī)多采用變頻調(diào)速技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)在較低負(fù)載下，將閥門(mén)和風(fēng)門(mén)擋板的節(jié)流損失降到最低，讓能源得到充分利用。某電廠(chǎng)的#1、#2機(jī)組的凝結(jié)水泵（以下簡(jiǎn)稱(chēng)凝泵）正常情況下采取變頻運(yùn)行方式，變頻器選用西門(mén)子-羅賓康高壓變頻器，自?xún)膳_(tái)機(jī)組投產(chǎn)以來(lái)，多次發(fā)生凝泵變頻器跳閘事件，其中#1機(jī)組3次，#2機(jī)組3次，無(wú)一例外，每次變頻器跳閘后均報(bào)“Output Ground Fault（輸出接地故障）”和“Motor Over Volt Fault（電機(jī)過(guò)壓故障）”，但每一次跳閘后對(duì)變頻器及凝泵電機(jī)作全面檢查，電氣設(shè)備正常。

2 凝泵變頻運(yùn)行方式

凝汽式發(fā)電機(jī)組一般裝設(shè)兩臺(tái)凝結(jié)水泵，正常情況下一運(yùn)一備。為了節(jié)約能源，降低成本，兩臺(tái)凝結(jié)水泵合用一臺(tái)變頻器，既一拖二的運(yùn)行方式。接線(xiàn)原理如下圖：

正常情況下，一臺(tái)凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行，另一臺(tái)工頻備用。當(dāng)變頻器出現(xiàn)異常故障時(shí)，變頻器停止運(yùn)行，工頻備用凝泵自啟，以迅速恢復(fù)凝結(jié)水系統(tǒng)正常運(yùn)行，從而保證發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行。如圖接線(xiàn)方式，變頻器運(yùn)行方式靈活，可以帶任意一臺(tái)凝泵變頻運(yùn)行，而另外一臺(tái)可做工頻備用泵。

3 存在的問(wèn)題

2012年1月7日中午11：58：13，某廠(chǎng)#1機(jī)組ⅠA凝泵變頻運(yùn)行突然跳閘，ⅠB凝泵工頻聯(lián)鎖啟動(dòng)失敗，DCS操作員站變頻器故障光字牌閃爍。11：58：38汽機(jī)運(yùn)行人員手動(dòng)啟動(dòng)ⅠB凝泵工頻運(yùn)行成功。事后查閱變頻器故障記錄為“Output Ground Fault（輸出接地故障）”和“Motor Over Volt Fault（電機(jī)過(guò)壓故障）”，電氣檢修專(zhuān)業(yè)對(duì)#1A凝泵電機(jī)及動(dòng)力電纜進(jìn)行檢查，絕緣電阻為1.3GΩ以上，絕緣合格；對(duì)變頻器本體進(jìn)行在線(xiàn)檢查，無(wú)異常現(xiàn)象，經(jīng)值長(zhǎng)同意，ⅠA凝泵重新啟動(dòng)變頻，運(yùn)行正常。

2012年2月17日23：50，某廠(chǎng)#2機(jī)組發(fā)生與#1機(jī)組同樣的凝泵變頻運(yùn)行跳閘事件，報(bào)警內(nèi)容與#1凝泵變頻器完全相同。同樣對(duì)凝泵及電纜絕緣測(cè)試，對(duì)變頻器本體進(jìn)行全面檢查，設(shè)備正常。此后#1、#2凝泵變頻器先后發(fā)生過(guò)四次同樣的跳閘事件。

變頻器如此頻繁跳閘，若運(yùn)行人員在事故處理過(guò)程中操作不當(dāng)，備用凝泵不能及時(shí)投入，發(fā)電機(jī)組很可能停運(yùn)，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。

4 熱工保護(hù)邏輯分析

凝泵用于把凝汽器下部熱井中的凝結(jié)水抽出，并將其升壓送往除氧器，其在整個(gè)電廠(chǎng)熱力系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，一旦凝結(jié)水泵出現(xiàn)故障必然導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組停機(jī)，為有效保證機(jī)組自身的安全，該廠(chǎng)凝泵熱工保護(hù)跳閘條件如下：

（1）熱井水位低于200mm，延遲10S凝泵跳閘；

（2）凝泵軸承溫度高于80℃（單點(diǎn)）凝泵跳閘；

（3）進(jìn)口門(mén)全關(guān)且相應(yīng)泵運(yùn)行，延時(shí)1S凝泵跳閘；

（4）再循環(huán)門(mén)關(guān)且軸封冷卻器入口流量低于300t/h，凝泵跳閘；

（5）變頻狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，變頻器故障，凝泵跳閘；

（6）凝結(jié)水泵A/B工頻或變頻運(yùn)行延時(shí)30S，且相應(yīng)出口電動(dòng)門(mén)全關(guān)，凝泵跳閘；

從所發(fā)生故障現(xiàn)象直觀(guān)判斷，疑似凝泵變頻運(yùn)行時(shí)變頻器重故障（輸出接地，電機(jī)過(guò)壓）導(dǎo)致變頻運(yùn)行凝泵跳閘。熱控專(zhuān)業(yè)查閱歷史記錄時(shí)發(fā)現(xiàn)“變頻器綜合故障”信號(hào)從變頻器傳來(lái)，且并未查到有其他熱工邏輯出口，故障現(xiàn)象符合熱工跳閘邏輯第（5）條，因此熱工專(zhuān)業(yè)認(rèn)為是變頻器故障造成變頻器跳閘，并未做出深入分析。

5 電氣保護(hù)分析

某廠(chǎng)變頻器選用的的是西門(mén)子（上海）電氣傳動(dòng)設(shè)備有限公司的高壓變頻器，變頻器本身設(shè)有以下保護(hù)：過(guò)電壓、過(guò)電流、欠電壓、三相不平衡、輸入接地、輸出接地、變頻器過(guò)載保護(hù)、電機(jī)過(guò)載保護(hù)等等。

變頻器出現(xiàn)的故障報(bào)警為“輸出接地”和“電機(jī)過(guò)壓”，從電力系統(tǒng)分析相關(guān)知識(shí)可知“輸出接地”和“過(guò)電壓”在大電流接地系統(tǒng)中不可能同時(shí)出現(xiàn)。因?yàn)槟?kV高壓電源來(lái)自高廠(chǎng)變，其中性點(diǎn)經(jīng)6.06歐姆小電阻接地，屬于大電流接地系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障相電壓降為零，非故障相電壓保持不變，不可能出現(xiàn)過(guò)壓現(xiàn)象。又因?yàn)閷?duì)電纜及電機(jī)絕緣測(cè)試合格，電氣專(zhuān)業(yè)判斷該故障報(bào)警為變頻器誤報(bào)警。

6 聯(lián)合檢查

鑒于電氣和熱工專(zhuān)業(yè)單方面均未查出故障原因，于是決定成立調(diào)查小組，并制定檢查方案，聯(lián)合進(jìn)行檢查分析（以#1機(jī)變頻器為例）。

檢查試驗(yàn)步驟如下：

（1）熱控專(zhuān)業(yè)檢查DCS有關(guān)變頻器的邏輯，并調(diào)取歷次變頻器故障歷史曲線(xiàn)；

（2）電氣專(zhuān)業(yè)檢查變頻器進(jìn)、出線(xiàn)開(kāi)關(guān)及變頻器之間電氣聯(lián)鎖接線(xiàn)，理清三者之間邏輯；

（3）在工作位置，合上變頻器進(jìn)、出線(xiàn)開(kāi)關(guān)，變頻器試運(yùn)行，就地手動(dòng)分開(kāi)變頻器出線(xiàn)開(kāi)關(guān).觀(guān)察并記錄凝泵變頻器、進(jìn)出線(xiàn)開(kāi)關(guān)及機(jī)械設(shè)備工況；

（4）根據(jù)以上試驗(yàn)的結(jié)果，按需求修改DCS邏輯，解決變頻器誤報(bào)警問(wèn)題。

7 檢查結(jié)果

根據(jù)以上步驟檢查分析結(jié)果如下：

（1）變頻器故障報(bào)警信號(hào)由變頻器本體（TB2：17-18）傳送到熱控DCS。

（2）調(diào)閱2012年1月7日變頻器跳閘歷史曲線(xiàn)，如圖所示，再循環(huán)門(mén)關(guān)且軸封冷卻器入口流量低于300，延時(shí)3秒，ⅠA變頻器出線(xiàn)開(kāi)關(guān)先跳閘，之后變頻裝置停止，變頻電源進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)跳閘。其他幾次跳閘歷史曲線(xiàn)與1月7日曲線(xiàn)相似，不再羅列。

（3）凝泵熱工保護(hù)跳閘條件滿(mǎn)足后，發(fā)跳閘指令給運(yùn)行凝泵變頻器出線(xiàn)開(kāi)關(guān)。如圖4：

（3）變頻器與ⅠA變頻電源進(jìn)線(xiàn)電源開(kāi)關(guān)之間有聯(lián)鎖（變頻器停止，進(jìn)線(xiàn)電源開(kāi)關(guān)跳閘），與變頻出線(xiàn)開(kāi)關(guān)無(wú)聯(lián)鎖；ⅠA變頻電源進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)與出線(xiàn)開(kāi)關(guān)之間無(wú)聯(lián)鎖。

（3）變頻器進(jìn)、出線(xiàn)開(kāi)關(guān)合閘，變頻器運(yùn)行，就地手動(dòng)分開(kāi)變頻器出線(xiàn)開(kāi)關(guān)，變頻器報(bào)“Output Ground Fault（輸出接地故障）”和“Motor Over Volt Fault（電機(jī)過(guò)壓故障）”。工頻備用開(kāi)關(guān)聯(lián)鎖啟動(dòng)成功。

8 結(jié)果分析

從以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出結(jié)論，因?yàn)闊峁し矫婺Y(jié)水系統(tǒng)再循環(huán)門(mén)關(guān)閉，當(dāng)軸封冷卻器入口流量低于300 t/h時(shí)，滿(mǎn)足凝泵熱工跳閘條件（4），延時(shí)3秒，熱控DCS發(fā)出指令跳變頻器出線(xiàn)側(cè)開(kāi)關(guān)。出線(xiàn)側(cè)開(kāi)關(guān)跳閘后導(dǎo)致變頻器發(fā)出“電機(jī)過(guò)壓”和“輸出接地”故障，之后變頻器停止運(yùn)行并跳6kV變頻器電源進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)且同時(shí)送“變頻器綜合故障”到DCS。由此可判斷為熱工方面的邏輯與電氣保護(hù)配合不當(dāng)是造成變頻器頻繁跳閘并誤報(bào)警的主要原因。若能將保護(hù)配合做適當(dāng)改造將解決變頻器跳閘誤報(bào)的問(wèn)題。

9 改造方案

要解決變頻器誤報(bào)警問(wèn)題可以從兩方面著手，第一，電氣保護(hù)方面。給輸出“接地保護(hù)”和“電機(jī)過(guò)壓保護(hù)”加一段延時(shí)，可以使變頻器保護(hù)在熱工保護(hù)跳出線(xiàn)開(kāi)關(guān)時(shí)不再報(bào)警。延時(shí)用于避開(kāi)從出線(xiàn)開(kāi)關(guān)跳閘到變頻電源進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)跳閘這段時(shí)間，以至于熱工故障跳出現(xiàn)后不再報(bào)警。第二，熱控保護(hù)方面。修改熱控DCS邏輯，當(dāng)熱工保護(hù)滿(mǎn)足凝泵跳閘條件后直接發(fā)跳閘指令給變頻器電源進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)、變頻器出線(xiàn)開(kāi)關(guān)，同時(shí)發(fā)指令停止變頻器運(yùn)行，這樣變頻器正常運(yùn)行時(shí)就不會(huì)因突然甩開(kāi)負(fù)荷導(dǎo)致變頻器過(guò)壓，也不會(huì)誤報(bào)“輸出接地”。

兩種方案相互比較。第一種方案缺點(diǎn)在于當(dāng)真正發(fā)生接地故障時(shí)，延時(shí)過(guò)長(zhǎng)將不能及時(shí)跳開(kāi)高壓開(kāi)關(guān)，可能會(huì)加大設(shè)備損壞程度，另外保護(hù)的整定時(shí)間需要與上級(jí)保護(hù)相配合，若不能找到合適的延時(shí)時(shí)間，此方案將不能應(yīng)用；第二種方案，缺點(diǎn)在于發(fā)生熱工故障后整個(gè)變頻裝置直接退出運(yùn)行，不能再次迅速投入使用。在備用工頻凝泵可以聯(lián)起情況下，變頻裝置直接退出不會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成太大影響。

綜合以上分析選擇第二種方案，修改熱控邏輯。當(dāng)出現(xiàn)熱工故障時(shí)，使變頻器及其進(jìn)、出線(xiàn)開(kāi)關(guān)同時(shí)跳閘。

10 邏輯修改，試驗(yàn)驗(yàn)證

修改邏輯前，凝泵熱工故障只跳變頻器出線(xiàn)開(kāi)關(guān)，變頻器及電源進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)不跳。在變頻器及其進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)原有的邏輯上添加熱工保護(hù)跳閘條件，即能滿(mǎn)足變頻器及其進(jìn)、出線(xiàn)開(kāi)關(guān)同時(shí)跳閘的要求。添加邏輯后的變頻器電源進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)邏輯如圖6：

變頻器本體新添加跳閘邏輯也同圖6，限于篇幅不在贅述。

變頻器及其電源進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)邏輯經(jīng)過(guò)以上修改，對(duì)其功能進(jìn)行試驗(yàn)。在工作位置，合上變頻器進(jìn)、出線(xiàn)開(kāi)關(guān)，變頻器試運(yùn)行，汽機(jī)運(yùn)行專(zhuān)業(yè)有意將熱井水位調(diào)低至200mm以下，延遲10S后，凝泵及其進(jìn)出線(xiàn)開(kāi)關(guān)同時(shí)跳閘。查看變頻器本體報(bào)警情況及歷史記錄，未出現(xiàn)“電機(jī)過(guò)壓”和“輸出接地”報(bào)警，變頻器停止運(yùn)行狀態(tài)良好。試驗(yàn)相關(guān)歷史曲線(xiàn)如圖7。

11 結(jié)束語(yǔ)

熱工跳閘條件中有“凝泵變頻狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，變頻器重故障”，而變頻器報(bào)警又是“電機(jī)過(guò)壓”和“輸出接地”等重故障，加上熱工保護(hù)動(dòng)作后沒(méi)有具體明確的記錄，變頻器跳閘原因撲朔迷離。經(jīng)過(guò)檢查分析、提出并選定方案、實(shí)施方案，試驗(yàn)驗(yàn)證等各個(gè)環(huán)節(jié)，終于解決了凝結(jié)水泵的熱工保護(hù)與凝結(jié)水泵變頻器的電氣保護(hù)配合問(wèn)題，保證了發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

朱中艮，男，工程師，從事發(fā)電廠(chǎng)生產(chǎn)管理工作。