600MW亞臨界機組電動給水泵異常啟動分析及處理

天津大唐國際盤山發(fā)電有限責任公司 張豐

1 電廠基本情況介紹

大唐盤山電廠4號機組為2002年投產的600MW亞臨界火電機組。電廠的給水系統(tǒng)由2臺50%容量汽動調速給水泵和1臺30%容量電動調速給水泵組成，正常運行時，兩臺汽動給水泵運行，電動給水泵備用，一旦有汽動給水泵故障跳閘，電動給水泵聯(lián)鎖啟動。電動給水泵泵體采用沈陽水泵廠的50CHTA/6SP筒式多級離心泵，電機為上海電機廠的YKS800-4 6000KV 空冷電機，控制機構采用福伊特R16K550.1液壓勺管調節(jié)式液力耦合器。

大唐盤山電廠DCS控制系統(tǒng)采用北京ABBBailey公司的Symphony Plus控制系統(tǒng)。整個控制系統(tǒng)按功能劃分為以下幾類：數(shù)據(jù)采集(DAS)、模擬量控制(MCS)、順序控制(SCS)、鍋爐爐膛安全監(jiān)控(FSSS)和電氣控制系統(tǒng)(ECS)等。

電廠的模擬量控制系統(tǒng)有P1、P2、P3三套控制機柜，P1主要進行機組協(xié)調控制，P2主要進行機側模擬量控制，P3主要進行爐側模擬量控制。其中除氧器水位由P2進行控制，同時P2控制柜對輸入的三路除氧器液位信號進行低二值判斷并將信號分三路送至順序控制系統(tǒng)。

順序控制系統(tǒng)包括P11、P12、P13、P14、P15五套控制機柜，P11主要控制送風機、引風機、一次風機和空預器等爐側設備，P12主要控制凝結水泵、部分真空泵、疏水系統(tǒng)和低加系統(tǒng)等汽機側設備，P13主要控制電泵、部分真空泵、計量泵和汽機側輔助水泵等，P14主要控制爐水循環(huán)泵、減溫水電動門和爐側疏水設備，P15主要控制氣動給水泵輔助設備。其中電泵及其附屬設備均由P13控制器進行控制。

2 電泵異常啟動過程

2017年8月27日盤山電廠4號機組因用電負荷低停機備用，電廠決定利用停備的機會完成DCS系統(tǒng)電源升級工作。DCS系統(tǒng)電源升級時需要將整套控制柜斷電停用，由于停備時運行人員仍需要監(jiān)視部分設備狀態(tài)，因此升級工作決定分步進行。即以半天為單位，每半天升級3～4套控制柜電源，升級完成后立刻上電恢復控制柜功能。

9月1號4號機組除主機密封油和潤滑油系統(tǒng)運行外，其他設備均處于停運狀態(tài)。除氧器水已放盡，電泵輔助油泵停運，電泵及汽前泵為送電狀態(tài)。當天下午對P1、P2、P3三套控制柜電源進行升級，P2控制柜在斷電上電的過程中，復位并發(fā)出了除氧器水位低低保護信號，該信號觸發(fā)電泵保護停指令（見圖1），電泵保護停指令觸發(fā)了電泵輔助油泵保護啟命令，電泵輔助油泵啟動。輔助油泵啟動順序（見表1）。

9月1日電泵輔助油泵自啟動后無人發(fā)現(xiàn)，9月2日上午電廠人員繼續(xù)進行P12、P13、P14三套機柜電源的更換工作。P13在斷電上電的過程中控制器初始化，同時觸發(fā)了汽泵跳閘保護啟電泵邏輯（圖2）與除氧器液位低低保護停電泵邏輯，由于保護啟的脈沖時間長于保護停的時間，電泵保護啟動。

表1 電泵輔助油泵啟動事件記錄

9月2日11:50至12:37，電泵在無機封冷卻水條件下共運行47分鐘，期間電泵軸承超溫。由于電泵保護停條件一直成立，其余保護停的信號無法觸發(fā)，最終由電廠運行人員通過就地急停按鈕將電泵停運。泵軸斷裂、泵的動靜部分磨損嚴重，從泵軸的斷裂面看沒有相對旋轉及摩擦痕跡，現(xiàn)場拆解后泵軸自然斷裂分離。

分析認為，電泵在無水狀態(tài)運行47分鐘，期間運行22分鐘后，平衡盤和平衡套摩擦產生高溫，造成平衡盤熔化，動靜摩擦使扭矩過大造成泵軸產生裂紋并迅速擴展，但仍然繼續(xù)帶動泵軸旋轉，當按下事故按鈕后，隨著轉速下降，出口管道內的存水回流，熔化的金屬凝固造成動靜部分抱死，扭矩進一步增大，裂紋擴展到強度極限斷裂。經設備廠家檢查確認，電泵需要返廠修理，工期預計30天，費用預計60萬元。

3 電泵異常啟動損失

電泵誤啟動后，在無機封水的條件下運行47分鐘。電泵運行期間勺管開度在手動10%位置一直未變，轉速在5700～5900 R/MIN波動。電泵前置泵驅動端、自由端軸承溫度最高分別為125℃、129℃；電機主泵側、前置泵側軸承溫度最高分別為97℃、94℃，電機線圈溫度最高85℃；主泵驅動端、自由端軸承溫度最高分別為154℃、208℃，推力瓦溫度最高147℃，主泵機封水溫度驅動端、自由端最高分別為106℃、97℃；耦合器軸承溫度最高166℃?？傊姳酶黜棞囟葏?shù)均遠超過了保護定值。

停運后，電泵主泵解體發(fā)現(xiàn)泵內熔化金屬堆積、

圖1 保護停電泵邏輯

4 電泵異常啟動分析及解決方法

4.1 電泵的特殊作用

電泵是給水系統(tǒng)中一個十分重要的備用設備，機組運行時，一旦汽泵跳閘，電泵及時聯(lián)啟能夠最大程度保證發(fā)電負荷及給水的穩(wěn)定，有效防止負荷及汽包水位大幅波動。

例如，2016年盤山電廠1號凝泵出口管道法蘭墊片損壞導致凝汽器真空急劇下降，影響兩臺凝泵向除氧器打水，除氧器水位低低導致兩臺汽泵跳閘，電泵及時聯(lián)啟，最終負荷在151MW穩(wěn)定下來，未發(fā)生機組解列事故。同年，電廠1號小機機封損壞，機械密封水溫度高保護觸發(fā)，1號小機跳閘，電泵聯(lián)啟。當時機組負荷480MW，由于電泵聯(lián)啟及時，負荷未受影響。

4.2 電泵邏輯的考量

電泵及時聯(lián)啟對于保證鍋爐給水不中斷有著重要作用，為了保證電泵及時聯(lián)啟，電泵保護啟動邏輯進行了最大限度的精簡。當汽泵跳閘時，僅需電泵本身無故障，電泵潤滑油壓正常以及電泵入口門打開，電泵就可以啟動。

為了保證電泵的保護啟動，電泵邏輯還規(guī)避了一項電泵保護停信號，這項信號就是除氧器水位低。正常除氧器水位低低信號會保護停兩臺汽泵和電泵，但是常常汽泵停運后，機組負荷會快速下降，除氧器水位會迅速升高，因此在汽泵停運的同時電廠希望保留電泵運行，保證機組只降負荷不停機。實現(xiàn)手法就是將汽泵跳閘聯(lián)啟電泵的脈沖時間設置為5秒鐘，避開除氧器液位低低停電泵的3秒脈沖。

4.3 電泵邏輯中的漏洞

原有邏輯過分注重電泵聯(lián)啟，忽略了電泵啟動所帶來的危害。

第一，電泵無電氣故障、潤滑油壓力正常并不能保證電泵的安全運行。盤山電廠電泵之所以損壞就是由于電泵在沒有機械密封水，沒有負載的情況下高速運轉導致平衡盤和平衡套摩擦產生高溫，平衡盤高溫熔化，泵軸運轉阻力增大，最終因阻力過大而斷裂。

第二，汽泵停運不能保證除氧器水位上漲恢復到正常值，除氧器水位低低信號會屏蔽電泵其它保護信號，同時在低除氧器水位下運行電泵可能發(fā)生汽蝕。盤山電廠事故說明如果除氧器水位低低未恢復，電泵其它保護信號將無法觸發(fā)，電泵會在沒有保護的條件下運行，正是因為密封水溫度高保護未及時觸發(fā)導致電泵平衡盤高溫熔化，電泵損壞。另外，電泵在低除氧器水位工況下運行，很容易發(fā)生汽蝕，這也是原來設計除氧器水位低低保護跳汽泵和電泵的主要原因。

4.4 防電泵誤啟動方法

為了解決電泵誤啟動的問題，同時兼顧電泵優(yōu)先啟動的功能，決定從兩方面對電泵邏輯進行優(yōu)化。第一方面，在保護啟動電泵邏輯中增加汽機未跳閘的判斷項，保證汽機跳閘后電泵不會保護啟動；第二方面，考慮除氧器水位低低跳汽泵啟電泵的特殊要求，同時保證電泵不因為除氧器水位過低而發(fā)生電泵汽蝕，決定對除氧器水位跳汽泵和跳電泵的定值分開設置。當前除氧器水位低低跳汽泵和電泵的定值為小于1450mm，修改后除氧器跳汽泵的水位值修改為小于1500mm，跳電泵的定值為小于1400mm。

圖2 電泵保護啟邏輯

為了規(guī)避DCS控制器斷電重啟可能重新出發(fā)設備啟、停指令的風險，電廠規(guī)定所有涉及到控制器斷電重啟的工作，控制器重啟前要將所有開關量輸出卡件拔出。待控制系統(tǒng)上電正常后，過3～5分鐘再逐一恢復開關量輸出卡件。

5 總結

本文通過介紹盤山電廠電泵誤啟動事件，提醒注意幾方面：控制器重啟有可能誤觸發(fā)設備啟動、停止命令，在控制器重啟前斷開開關量輸出的方法，可以有效規(guī)避設備誤啟、停的風險；同一信號既能使設備保護啟動，又能使設備保護停止是不合理的，需要對此類情況進行關注；邏輯設計者必須了解設備特點，不具備啟動條件的設備，不允許其啟動。