幾起發(fā)電廠熱工保護(hù)系統(tǒng)故障的分析處理

高憲賓，劉 飛

（華電國際十里泉發(fā)電廠，山東 棗莊 277103）

隨著大型機(jī)組所占比重的增加，機(jī)組的安全可靠性對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定性影響逐漸加大。發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行離不開熱工控制系統(tǒng)，保障機(jī)組安全離不開保護(hù)系統(tǒng)，因此熱工控制和保護(hù)系統(tǒng)是否安全可靠成為影響機(jī)組及電網(wǎng)安全的重要因素。以下通過熱工故障案例的分析，提出了提高熱工系統(tǒng)可靠性的防范措施。

1 振動(dòng)信號(hào)突變引起的機(jī)組跳閘故障

汽輪機(jī)軸振保護(hù)是汽輪機(jī)的一項(xiàng)非常重要的保護(hù)，汽輪機(jī)運(yùn)行中由于轉(zhuǎn)子中心不平衡、軸瓦潤滑油壓低造成油膜破壞、加熱器水位高造成汽輪機(jī)水沖擊等極端情況下，會(huì)發(fā)生軸系振動(dòng)，當(dāng)TSI（汽輪機(jī)安全監(jiān)視系統(tǒng)）裝置軸振信號(hào)超過危險(xiǎn)值時(shí)，會(huì)發(fā)出跳閘信號(hào)至ETS（汽輪機(jī)跳閘保護(hù)系統(tǒng)）停機(jī)。近年來，多個(gè)發(fā)電廠均出現(xiàn)過由于汽輪機(jī)振動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)導(dǎo)致機(jī)組“非停”事故發(fā)生，給發(fā)電廠造成了經(jīng)濟(jì)損失。

1.1 事故經(jīng)過

某發(fā)電廠6號(hào)機(jī)組為哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的300MW機(jī)組，TSI裝置采用的本特利3500系列汽輪機(jī)參數(shù)監(jiān)視系統(tǒng)，機(jī)組共有8個(gè)軸承，1—6號(hào)每個(gè)軸承上有2個(gè)軸振探頭和1個(gè)瓦振探頭，7，8號(hào)僅有X向軸振信號(hào)，瓦振僅作為監(jiān)視報(bào)警，振動(dòng)保護(hù)邏輯采用單點(diǎn)保護(hù)，即只要有1路軸振探頭振動(dòng)值超過危險(xiǎn)值（0.254mm），TSI裝置即發(fā)出“軸振大”信號(hào)至ETS停機(jī)。

某日該機(jī)組在負(fù)荷、主汽壓力、主汽流量等參數(shù)沒有變化的情況下，汽輪機(jī)1號(hào)軸承Y向振動(dòng)值在4 s內(nèi)由0.04mm突升至0.38mm，導(dǎo)致軸承振動(dòng)大保護(hù)動(dòng)作，機(jī)組跳閘。

1.2 故障查找與原因分析

汽輪機(jī)跳閘的首出原因?yàn)檩S承振動(dòng)大，查閱歷史數(shù)據(jù)：除1Y振動(dòng)數(shù)值存在突增情況外，1X方向軸振及其他軸承振動(dòng)、1號(hào)蓋振及軸瓦溫度、潤滑油壓力等數(shù)據(jù)均沒有異常變化。

測量1Y振動(dòng)探頭阻值為8.3Ω正常，就地檢查發(fā)現(xiàn)1Y延伸電纜接頭處纏繞的絕緣帶上有水珠并和蛇皮管連接，同時(shí)絕緣帶存在松動(dòng)情況。1號(hào)軸振探頭安裝在前箱和高壓缸之間1號(hào)軸承蓋上部，安裝位置狹小，且此處軸封漏汽嚴(yán)重，用紅外線測溫儀測量該處溫度高達(dá)130℃左右，參考本特利振動(dòng)探頭說明書最高耐受溫度為120℃，實(shí)際溫度超過了允許溫度10℃。經(jīng)分析，認(rèn)為故障原因?yàn)椋?/p>

（1）振動(dòng)探頭和延長電纜之間的接頭處理不當(dāng)，軸封漏汽的凝結(jié)水進(jìn)入接頭處導(dǎo)致接地，串入干擾信號(hào)造成軸振值突變；

（2）1號(hào)軸承軸封漏汽嚴(yán)重，導(dǎo)致探頭溫度過高，使振動(dòng)探頭高溫老化輸出信號(hào)突變；

（3）按照設(shè)計(jì)原則，熱工保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)有防止保護(hù)誤動(dòng)和拒動(dòng)的措施，但該機(jī)組振動(dòng)保護(hù)設(shè)計(jì)為單點(diǎn)保護(hù)，沒有防止保護(hù)誤動(dòng)的措施。

1.3 處理措施

1.3.1 改善工作環(huán)境

為消除探頭引線和電纜接頭接觸不良、進(jìn)水等隱患，將軸封漏汽嚴(yán)重、探頭溫度較高的振動(dòng)探頭，更換為9 m長一體化耐高溫鎧裝探頭，取消中間接頭，最高耐溫260℃。同時(shí)在汽輪機(jī)軸封漏汽嚴(yán)重的地方，加裝防護(hù)擋板，擋住軸封漏汽，在軸承殼體上部加裝冷卻用壓縮空氣管對(duì)該軸承降溫，并加強(qiáng)巡檢測溫。對(duì)于其他不漏汽的軸承，振動(dòng)探頭仍采用1 m探頭+8 m延長電纜的連接方式，探頭與延長電纜的接頭擰緊后，再纏上幾圈生料帶，外面用直徑為8mm的熱縮管縮緊，最后在外部套上蛇皮管防護(hù)。

1.3.2 優(yōu)化單點(diǎn)保護(hù)邏輯

為避免單一軸振信號(hào)故障，誤發(fā)保護(hù)信號(hào)導(dǎo)致機(jī)組“非停”事故的發(fā)生，許多發(fā)電廠已對(duì)汽輪機(jī)軸振保護(hù)進(jìn)行了優(yōu)化。

雖然各個(gè)發(fā)電廠所采用的策略各有不同，但總體原則是一致的：既要防止振動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，又要防止振動(dòng)保護(hù)拒動(dòng)。經(jīng)過反復(fù)論證，將軸振保護(hù)修改為：當(dāng)任一軸承任一方向振動(dòng)大于機(jī)組跳閘值且本軸承另一方向軸振或相鄰軸承任一方向的軸振信號(hào)大于報(bào)警值時(shí)，觸發(fā)振動(dòng)大機(jī)組跳閘，還進(jìn)行了以下優(yōu)化。

（1）為避免修改后的振動(dòng)保護(hù)拒動(dòng)，將原TSI組態(tài)中報(bào)警3 s延時(shí)修改為1 s。

（2）TSI裝置的繼電器32卡中邏輯語句表達(dá)式的長度有限制，只能寫下60個(gè)邏輯操作符，當(dāng)采用較為復(fù)雜的邏輯語句表達(dá)式時(shí)，會(huì)出現(xiàn)寫不下的情況。此時(shí)，可以利用32卡的備用通道，將邏輯表達(dá)式分開寫在2個(gè)DO通道中，如分別將1—4號(hào)軸振和5—8號(hào)軸振邏輯表達(dá)式分別寫在不同的DO通道上，再在端子排上將此2個(gè)DO信號(hào)并聯(lián)后再送至ETS系統(tǒng)。

（3）TSI裝置的繼電器32卡件如果涉及到“與”邏輯，有一個(gè)重要選項(xiàng)為“AND VOTING SETUP”。該選項(xiàng)系統(tǒng)默認(rèn)為“正常與”，如果選擇該模式，則當(dāng)運(yùn)行中某個(gè)通道故障旁路燈亮起時(shí)，該通道的報(bào)警和跳閘在“與”運(yùn)算中都為“1”，與該通道超過跳閘值“相與”的邏輯表達(dá)式中只要有1路信號(hào)超過報(bào)警值，就會(huì)觸發(fā)機(jī)組跳閘，因此這種模式是非常危險(xiǎn)的。應(yīng)選擇“真與”模式，此時(shí)情況正好相反，當(dāng)運(yùn)行中某個(gè)通道故障旁路燈亮起時(shí)，該通道的報(bào)警和跳閘在“與”運(yùn)算中都為“0”，與該通道超過報(bào)警值“相與”的邏輯表達(dá)式將會(huì)拒動(dòng)。因此應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行TSI裝置巡檢制度，發(fā)現(xiàn)通道故障旁路燈亮?xí)r，立即檢查處理，防止振動(dòng)保護(hù)拒動(dòng)。

（4）由于7，8號(hào)軸振僅有1個(gè)振動(dòng)探頭，為防止振動(dòng)保護(hù)拒動(dòng)，8號(hào)軸振保護(hù)采用8號(hào)軸振超過危險(xiǎn)值“與”7號(hào)軸振或6X與6Y軸振中任一個(gè)超過報(bào)警值，作為觸發(fā)條件，如圖1所示。

圖1 修改后的軸振保護(hù)邏輯

2 熱工電源故障造成的保護(hù)誤動(dòng)

汽輪機(jī)ETS保護(hù)系統(tǒng)多數(shù)設(shè)計(jì)為PLC（可編程邏輯控制器），也有部分發(fā)電廠采用DCS系統(tǒng)的專用卡件替代PLC。不論是DCS還是PLC，其I/O模塊的電源設(shè)計(jì)均采用了雙路冗余設(shè)計(jì)。根據(jù)電工學(xué)知識(shí)可知：電壓源不能直接并聯(lián)。通過以下的案例可知，冗余直流電源設(shè)計(jì)存在缺陷會(huì)造成嚴(yán)重的后果。

2.1 事故經(jīng)過

某發(fā)電廠5號(hào)機(jī)組ETS系統(tǒng)采用的是西門子S7-300雙PLC冗余保護(hù)系統(tǒng)，I/O卡件采用24 V外供電方式，DO輸出通過24 V擴(kuò)展繼電器，控制4個(gè)AST（遮斷電磁閥），1與3和2與4號(hào)AST電磁閥采用先并聯(lián)再串聯(lián)的油路結(jié)構(gòu)，采用UPS（不間斷電源）和保安段2路冗余電源供電，正常運(yùn)行時(shí)為常帶電。當(dāng)PLC接收到跳閘信號(hào)時(shí)，PLC輸出繼電器動(dòng)作，AST電磁閥失電打開，卸掉AST油壓，汽輪機(jī)所有進(jìn)汽閥門關(guān)閉，機(jī)組跳閘。

某日該機(jī)組帶供熱系統(tǒng)調(diào)試，負(fù)荷51.71MW，主汽壓力6.39 MPa，主汽流量209.37 t/h，各項(xiàng)參數(shù)正常，無重大操作，ETS系統(tǒng)1—4號(hào)AST電磁閥突然動(dòng)作，甲、乙主汽門關(guān)閉，機(jī)組跳閘。

2.2 原因查找與分析

ETS首出跳閘原因顯示為發(fā)電機(jī)主斷路器跳閘，電氣繼電保護(hù)裝置記錄電氣跳閘原因?yàn)槠啓C(jī)跳閘，二者互相矛盾。

調(diào)閱送至DCS系統(tǒng)的ETS跳閘條件信號(hào)的歷史趨勢及SOE事故追憶記錄，ETS無跳閘原因，最先輸出的是AST電磁閥1，2，3，4動(dòng)作跳閘。

對(duì)AST電磁閥控制接觸器的24 V DC雙路電源進(jìn)行拆線測量，發(fā)現(xiàn)一路24 V DC電源模塊輸出電壓為零。

經(jīng)分析，故障原因?yàn)椋河捎谠O(shè)計(jì)失誤，兩路24 V DC電源的輸出直接并聯(lián)后接至24 V電源母排，向下串聯(lián)PLC跳閘接點(diǎn)后，控制AST電磁閥的接觸器線圈。機(jī)組運(yùn)行中，其中一路24 V DC電源模塊突然老化損壞輸出電壓為零。由于電源模塊的內(nèi)阻很小，使另一路24 V DC電源瞬間短路，從而使處于帶電吸合狀態(tài)的AST電磁閥接觸器線圈失電，接觸器常閉接點(diǎn)斷開，1—4號(hào)AST電磁閥失電，造成機(jī)組跳閘。

2.3 處理措施

（1）將24 V電源模塊更換為帶失電報(bào)警功能的直流24 V模塊，增加24 V高選模塊，兩路直流24 V分別送至高選模塊的輸入端，經(jīng)過高選后輸出。當(dāng)被高選輸出的一路24 V電源模塊故障失電時(shí)，其電壓一旦降低到低于另一路24 V電源模塊的輸出電壓，高選模塊立即切換至另一路24 V電源輸出，確保接觸器在電源模塊故障時(shí)不失電。

（2）利用機(jī)組停機(jī)的機(jī)會(huì)，對(duì)所有熱工電源系統(tǒng)增加交流、直流電源失電報(bào)警，對(duì)直流電源供電回路全面排查，消除直流電源不經(jīng)高選直接并聯(lián)的隱患。

3 熱工一次元件故障造成的保護(hù)誤動(dòng)

汽輪機(jī)高壓主汽門關(guān)閉信號(hào)是機(jī)、爐、電大聯(lián)鎖的觸發(fā)信號(hào)之一。某發(fā)電廠主汽門關(guān)閉信號(hào)由現(xiàn)場高壓主汽門關(guān)閉行程開關(guān)發(fā)出，采用二取一設(shè)計(jì)，甲、乙兩側(cè)任一行程開關(guān)動(dòng)作發(fā)出主汽門關(guān)閉信號(hào)，通過DCS系統(tǒng)DO繼電器送至FSSS（鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)）停爐、電氣繼電保護(hù)裝置跳閘，由于沒有設(shè)計(jì)防止保護(hù)誤動(dòng)措施，當(dāng)任一行程開關(guān)老化故障誤發(fā)信號(hào)時(shí)，將必然導(dǎo)致機(jī)組“非停”的后果。

3.1 事故經(jīng)過

某日機(jī)組負(fù)荷258.5MW，主汽壓力16.14 MPa，主汽流量690.04 t/h，機(jī)組運(yùn)行在AGC（自動(dòng)發(fā)電量控制）方式，各項(xiàng)參數(shù)正常，無重大操作，A主汽門關(guān)閉信號(hào)突然發(fā)出，鍋爐MFT（主燃料跳閘），機(jī)組跳閘。

3.2 故障查找與原因分析

檢查鍋爐MFT首發(fā)原因：機(jī)組A側(cè)主汽門關(guān)閉?，F(xiàn)場檢查A側(cè)高壓主汽門閥桿處存在很輕微的漏汽現(xiàn)象，用紅外測溫儀測量主汽門行程開關(guān)安裝底板溫度高達(dá)130℃，測量B側(cè)高壓主汽門行程開關(guān)的安裝底板溫度分別為70℃。A與B兩側(cè)主汽門行程開關(guān)采用霍尼韋爾公司LSA6B型產(chǎn)品（最高耐溫120℃），在大修中曾同時(shí)更換。對(duì)比兩行程開關(guān)的老化情況判斷：A側(cè)高壓主汽門行程開關(guān)因長期超溫工作，內(nèi)部微動(dòng)開關(guān)觸點(diǎn)受熱老化，引起接點(diǎn)抖動(dòng)，導(dǎo)致A側(cè)主汽門關(guān)閉信號(hào)誤發(fā)。

3.3 處理措施

（1）抬高A與B側(cè)高壓主汽門行程開關(guān)安裝底板，中間加裝隔熱石棉墊，避開高溫門桿漏汽，阻擋高溫輻射；每次機(jī)組停機(jī)檢修，要對(duì)主汽門行程開關(guān)打開檢查，若發(fā)現(xiàn)有端子老化、拐臂動(dòng)作不靈的情況，應(yīng)及時(shí)更換處理。

（2）“高壓主汽門關(guān)閉”邏輯由原來的“任一側(cè)高壓主汽門關(guān)閉”修改為：任意一側(cè)的高壓主汽門“開到位”信號(hào)“取反”和該側(cè)主汽門“關(guān)到位”信號(hào)“相與”，發(fā)出“主汽門關(guān)閉”信號(hào)，修改后的保護(hù)邏輯既防止了保護(hù)誤動(dòng)也避免了拒動(dòng)。

（3）對(duì)處于高溫環(huán)境下的保護(hù)用一次元件，如大（?。C(jī)TSI振動(dòng)探頭、大（?。C(jī)主汽門行程開關(guān)等進(jìn)行全面排查，采取加裝防護(hù)擋板、加裝壓縮空氣的方法對(duì)測點(diǎn)冷卻，同時(shí)對(duì)單點(diǎn)保護(hù)的邏輯進(jìn)行合理優(yōu)化，避免單一保護(hù)元件高溫老化而導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)。

4 電機(jī)燒毀引發(fā)的機(jī)組非停事故

電氣400 V保安電源一般分為A與B兩段，冗余配置的小功率輔機(jī)分別掛在兩個(gè)不同的電源段，熱工閥門電動(dòng)裝置的電源取自400 V的某一段，一般沒有按照分段原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，當(dāng)該段電源故障時(shí)，自動(dòng)或手動(dòng)切換至另一段。下面這起案例是某機(jī)組由于電氣輔機(jī)故障引起400 V電源電壓劇烈波動(dòng)，使所有給粉機(jī)一次風(fēng)門電動(dòng)裝置控制電源瞬間失電，一次風(fēng)門關(guān)信號(hào)誤發(fā)，造成FSSS系統(tǒng)誤發(fā)聯(lián)鎖停給粉機(jī)信號(hào)，引發(fā)機(jī)組MFT。

4.1 事故經(jīng)過

某日，機(jī)組AGC方式運(yùn)行，負(fù)荷263MW，A，B，C，D排粉機(jī)及A與B磨煤機(jī)運(yùn)行，A，B，C，D層和E1與E3給粉機(jī)運(yùn)行。啟動(dòng)D磨煤機(jī)，9 s后D磨煤機(jī)電機(jī)跳閘，“電氣6kV 7B段母線接地”報(bào)警，鍋爐MFT，首出原因?yàn)椤叭珷t膛無火”。

4.2 檢查情況

現(xiàn)場查閱D磨煤機(jī)保護(hù)裝置動(dòng)作記錄：速斷保護(hù)動(dòng)作，A相二次電流64 A，C相二次電流88.47 A（速斷保護(hù)動(dòng)作定值為18 A）。

調(diào)閱故障錄波器記錄，發(fā)現(xiàn)D磨跳閘時(shí)引起機(jī)組6kV 7B段、400 V 7B段電壓降低，從電壓開始下降至恢復(fù)正常時(shí)間約為120 ms，期間6kV 7B段電壓最低降至1.37kV，400 V 7B段電壓最低降至90 V。

調(diào)閱DCS報(bào)警記錄，發(fā)現(xiàn)D磨煤機(jī)故障后，機(jī)組所有給粉機(jī)一次風(fēng)擋板“已關(guān)”報(bào)警信號(hào)發(fā)出。

爐側(cè)電動(dòng)門磁力柜電源設(shè)計(jì)為2路供電方式，分別接至機(jī)組400 V工作7A段和400 V保安7B段，故障時(shí)磁力柜電源工作在400 V保安7B段，而400 V保安7B段的工作電源為機(jī)組400 V工作7B段。各電動(dòng)門控制回路電源取自各自動(dòng)力回路。就地閥門開、關(guān)行程信號(hào)送至磁力柜控制回路，經(jīng)繼電器擴(kuò)展后，通過其常閉接點(diǎn)將信號(hào)送至FSSS系統(tǒng)顯示閥門狀態(tài)和參與聯(lián)鎖。

4.3 原因分析

（1）磨煤機(jī)電機(jī)大修時(shí)檢查不細(xì)致，沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)電機(jī)線圈端部引線存在碰觸的隱患并采取相應(yīng)措施。

（2）由于磨煤機(jī)電機(jī)為重載、頻繁啟動(dòng)的電機(jī)，線圈端部引線在巨大的電動(dòng)力作用下碰觸、摩擦，加之運(yùn)行中振動(dòng)作用，最終導(dǎo)致電機(jī)引線間絕緣磨損，引起電機(jī)A與C相端部引線相間短路，電機(jī)保護(hù)裝置速斷保護(hù)動(dòng)作，磨煤機(jī)電機(jī)跳閘。

D磨煤機(jī)電機(jī)故障時(shí)導(dǎo)致400 V 7B段母線電壓最低降至90 V，造成所有給粉機(jī)一次風(fēng)擋板控制回路電源由220 V降至50 V左右。擴(kuò)展繼電器線圈釋放，其常閉接點(diǎn)閉合，所有給粉機(jī)一次風(fēng)擋板“已關(guān)”信號(hào)誤發(fā)。FSSS系統(tǒng)接收到一次風(fēng)擋板關(guān)閉信號(hào)，聯(lián)鎖動(dòng)作跳閘給粉機(jī)，造成運(yùn)行中的給粉機(jī)全部跳閘，燃料喪失，觸發(fā)鍋爐MFT。

4.4 處理及防范措施

（1）電機(jī)大修時(shí)，對(duì)電機(jī)端部引線進(jìn)行仔細(xì)檢查，重點(diǎn)檢查端部引線間有無碰觸部位、引線固定是否牢固等。對(duì)于重載、頻繁啟動(dòng)的磨煤機(jī)、排粉機(jī)電機(jī)等，應(yīng)根據(jù)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行情況，合理安排其檢修周期。

（2）完善FSSS系統(tǒng)給粉機(jī)跳閘邏輯：采用一次風(fēng)門開到位信號(hào)“取非”和關(guān)到位信號(hào)“相與”聯(lián)鎖跳閘給粉機(jī)，避免由于一次風(fēng)門電源故障誤跳給粉機(jī)。

（3）利用機(jī)組檢修機(jī)會(huì)，增加電動(dòng)門磁力柜電源自動(dòng)切換裝置。

5 結(jié)語

熱工保護(hù)的設(shè)計(jì)原則是“寧可誤動(dòng)、不可拒動(dòng)”，然而，近年來熱工保護(hù)誤動(dòng)引發(fā)的機(jī)組“非?！笔鹿试絹碓筋l繁，如何在不違背熱工保護(hù)設(shè)計(jì)原則的基礎(chǔ)上，讓熱工保護(hù)既能防止拒動(dòng)又能防止誤動(dòng)，這是擺在熱工維護(hù)人員面前不得不面對(duì)的一道難題。通過對(duì)4個(gè)典型熱工事故案例進(jìn)行逐一剖析，提出相應(yīng)的整改措施，有利于提高熱工保護(hù)的可靠性。

[1]王志祥，黃偉.熱工保護(hù)與順序控制[M].北京：中國電力出版社，2009.