給水泵汽機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)跳變的分析及處理

時(shí)標(biāo)，孫魏

（華能金陵發(fā)電廠，南京215004）

給水泵汽機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)跳變的分析及處理

時(shí)標(biāo)，孫魏

（華能金陵發(fā)電廠，南京215004）

對(duì)華能金陵發(fā)電廠2號(hào)機(jī)組2B給水泵汽機(jī)跳閘原因進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)西門子DCS系統(tǒng)（T3000）的轉(zhuǎn)速測量卡與CPU在某些情況下會(huì)發(fā)生通信故障，從而引起轉(zhuǎn)速信號(hào)跳變，造成設(shè)備跳閘。對(duì)隨后開展的T3000控制系統(tǒng)升級(jí)維護(hù)、給水泵汽機(jī)超速保護(hù)邏輯和轉(zhuǎn)速控制邏輯優(yōu)化措施做了詳細(xì)介紹，并對(duì)遺留問題進(jìn)行了探討。

給水泵；跳閘；轉(zhuǎn)速信號(hào)；T3000；通信故障

1 給水泵汽機(jī)超速保護(hù)系統(tǒng)

華能金陵發(fā)電廠2號(hào)機(jī)組MEH（給水泵汽機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)）和METS（給水泵汽機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)）集成在機(jī)組DCS（分散控制系統(tǒng)）內(nèi)，控制系統(tǒng)采用德國西門子SPPA－T3000現(xiàn)場總線型分散控制系統(tǒng)，由西門子電站自動(dòng)化有限公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)，控制器采用冗余配置，現(xiàn)場設(shè)備采用現(xiàn)場總線和常規(guī)控制相結(jié)合的方式來實(shí)現(xiàn)。

每臺(tái)給水泵汽機(jī)配置5路轉(zhuǎn)速測量探頭，轉(zhuǎn)速探頭采用EPRO公司生產(chǎn)的磁阻式轉(zhuǎn)速探頭，轉(zhuǎn)速處理模塊采用BRAUN公司生產(chǎn)的超速保護(hù)模塊D521，1個(gè)轉(zhuǎn)速探頭對(duì)應(yīng)1個(gè)超速保護(hù)模塊。超速保護(hù)模塊采用直流24 V供電方式，電源取自冗余24 V電源處理模塊。超速保護(hù)模塊D521可同時(shí)輸出脈沖信號(hào)、模擬量信號(hào)及繼電器接點(diǎn)信號(hào)，輸出脈沖頻率與輸入頻率完全相同，可選20 mA/10 V模擬量輸出，最多可選4個(gè)接點(diǎn)輸出。給水泵轉(zhuǎn)速信號(hào)經(jīng)超速保護(hù)模塊D521處理后，以脈沖量方式送入DCS控制器，每臺(tái)給水泵配置3塊轉(zhuǎn)速測量模塊FM350，其中給水泵轉(zhuǎn)速1、轉(zhuǎn)速4送入轉(zhuǎn)速輸入模塊1，轉(zhuǎn)速2、轉(zhuǎn)速5送入轉(zhuǎn)速輸入模塊2，轉(zhuǎn)速3送入轉(zhuǎn)速輸入模塊3，轉(zhuǎn)速輸入模塊3通道2備用（已組態(tài)，未接線），轉(zhuǎn)速輸入模塊FM350分別布置在不同ET200M子站中，符合分散布置原則。汽動(dòng)給水泵轉(zhuǎn)速1、轉(zhuǎn)速2、轉(zhuǎn)速3在DCS中分別進(jìn)行超速保護(hù)判斷后輸出超速保護(hù)信號(hào)（保護(hù)定值：6 300 r/min），經(jīng)三取二保護(hù)邏輯觸發(fā)超速保護(hù)動(dòng)作，經(jīng)三取中處理模塊輸出值做轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)節(jié)，測量原理如圖1所示。

2 給水泵汽機(jī)跳閘經(jīng)過

某日16∶34，2號(hào)機(jī)組負(fù)荷818 MW，給水泵汽機(jī)2A和2B運(yùn)行，磨煤機(jī)A，B，C，D，E，F(xiàn)運(yùn)行，2號(hào)機(jī)給水泵汽機(jī)2B跳閘時(shí)刻為16∶34∶47，

首出為“超速保護(hù)動(dòng)作”，機(jī)組RB動(dòng)作正常，聯(lián)鎖跳閘磨煤機(jī)A，B及C，燃料量減至176 t/h，爐膛負(fù)壓最大至－600 Pa，省煤器入口給水流量降至1 700 t/h，蒸氣過熱度最高到70℃，主汽蒸氣壓力降至13.6 MPa，負(fù)荷減至515 MW，主再熱汽溫未出現(xiàn)超溫現(xiàn)象。給水泵汽機(jī)2B跳閘前后相關(guān)參數(shù)歷史趨勢(shì)如圖2所示。

圖1 給水泵汽機(jī)轉(zhuǎn)速測量原理

圖2 給水泵汽機(jī)2B跳閘曲線

從圖2可以看出，給水泵汽機(jī)跳閘前，給水泵汽機(jī)2B低壓調(diào)門指令為50%、閥門反饋45%，汽泵2B給水流量1 210 t/h，給水泵轉(zhuǎn)速指令4 973 r/min，實(shí)際轉(zhuǎn)速4 916 r/min，數(shù)值穩(wěn)定。16∶34∶45，給水泵汽機(jī)2B轉(zhuǎn)速探頭1顯示“U4970”，給水泵汽機(jī)2B轉(zhuǎn)速變“B”點(diǎn)（壞質(zhì)量點(diǎn)）；16∶34∶47，給水泵汽機(jī)2B轉(zhuǎn)速突變?yōu)椤?147480”，給水泵汽機(jī)ETS跳閘指令發(fā)出，閥位指令突降到0；至16∶34∶48，給水泵汽機(jī)2B低壓調(diào)門閥位反饋到0，轉(zhuǎn)速降到4 766 r/min，給水泵流量降到946.7 t/h，此后給水泵汽機(jī)2B惰走正常。

3 給水泵汽機(jī)跳閘原因分析

查詢DCS報(bào)警記錄和相關(guān)歷史趨勢(shì)，結(jié)合轉(zhuǎn)速異常曲線（如圖3所示），發(fā)現(xiàn)給水泵汽機(jī)2B跳閘前機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，出力為1 150 t/h，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在4 970 r/min左右，系統(tǒng)無異常，運(yùn)行人員無相關(guān)操作；16∶34∶45起，給水泵汽機(jī)2B 1－5轉(zhuǎn)速信號(hào)出現(xiàn)異常；16∶34∶45.168，轉(zhuǎn)速2、轉(zhuǎn)速5變?yōu)椤癇”點(diǎn)，轉(zhuǎn)速值仍在4 970 r/min；16∶34∶45.578，轉(zhuǎn)速1，4，3也變?yōu)锽點(diǎn)，其中和轉(zhuǎn)速3在同一轉(zhuǎn)速卡件FM350上的備用轉(zhuǎn)速通道輸出值也變?yōu)锽點(diǎn)；16∶34∶46.750，轉(zhuǎn)速2，5，3突變到2 147 480 r/min（轉(zhuǎn)速替代值）；16∶34∶47.113，給水泵汽機(jī)2B因超速保護(hù)動(dòng)作跳閘，0.5 s后轉(zhuǎn)速恢復(fù)正常并緩慢下降。

圖3 給水泵汽機(jī)2B轉(zhuǎn)速異常曲線

給水泵汽機(jī)2B跳閘后的運(yùn)行過程顯示，跳閘是由于給水泵汽機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)異常造成的，而導(dǎo)致轉(zhuǎn)速信號(hào)異常的原因可能有轉(zhuǎn)速測量探頭故障、超速保護(hù)卡D521故障或其電源異常、信號(hào)干擾、DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集異常等。隨后開展事故調(diào)查和試驗(yàn)，排查可能引起轉(zhuǎn)速信號(hào)跳變的因素。

（1）轉(zhuǎn)速測量探頭故障。

就地轉(zhuǎn)速探頭、汽機(jī)電子間檢查給水泵汽機(jī)2B轉(zhuǎn)速探頭、2號(hào)機(jī)汽機(jī)電子間轉(zhuǎn)速模塊D521均未發(fā)現(xiàn)異常。5路轉(zhuǎn)速測量裝置在短時(shí)間內(nèi)同時(shí)故障的可能性幾乎不存在，且給水泵汽機(jī)2B重新啟動(dòng)后轉(zhuǎn)速信號(hào)測量正常，因此可以排除轉(zhuǎn)速測量探頭故障導(dǎo)致轉(zhuǎn)速信號(hào)異常的可能。

（2）超速保護(hù)卡D521故障。

對(duì)超速保護(hù)卡D521進(jìn)行電源中斷試驗(yàn)，DCS系統(tǒng)顯示給水泵汽機(jī)轉(zhuǎn)速直接下降到0，沒有出現(xiàn)轉(zhuǎn)速信號(hào)增大的情況，現(xiàn)場超速保護(hù)卡D521電源回路接線緊固，且和轉(zhuǎn)速3在同一轉(zhuǎn)速卡件FM350上的備用轉(zhuǎn)速通道輸出值也變?yōu)锽點(diǎn)，因此判斷不是超速保護(hù)卡D521異常導(dǎo)致給水泵汽機(jī)轉(zhuǎn)速突增。

（3）干擾信號(hào)串入測量回路。

詢問運(yùn)行人員得知，故障發(fā)生時(shí)給水泵汽機(jī)2B附近及汽機(jī)電子間無人員在工作，也無設(shè)備啟停操作。通過在就地轉(zhuǎn)速探頭處及DCS機(jī)柜處用對(duì)講機(jī)做射頻干擾試驗(yàn)，給水泵汽機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)輸出正常無變化，且當(dāng)時(shí)運(yùn)行人員未進(jìn)行大的電氣設(shè)備操作，現(xiàn)場無電焊等作業(yè)，未在就地探頭及電子間使用對(duì)講機(jī)等無線通信裝置，因此干擾信號(hào)串入引起轉(zhuǎn)速突增的可能也可排除。

（4）DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集異常。

至此，基本可以判斷DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集異常是導(dǎo)致此次給水泵汽機(jī)2B跳閘的直接原因。通過對(duì)相應(yīng)控制器的診斷信息檢查發(fā)現(xiàn)：08∶34∶43.497（控制器和操作員站時(shí)鐘均取自控制系統(tǒng)主時(shí)鐘模塊，即格林威治時(shí)間，控制器中時(shí)鐘未調(diào)整，操作員站中時(shí)鐘已調(diào)整到北京時(shí)間，因此存在8個(gè)小時(shí)的時(shí)差，上述控制器時(shí)間對(duì)應(yīng)北京時(shí)間16∶34∶43.497），AP218控制器報(bào)“Module problem or maintenance necessary”；08∶34∶45.071，控制器發(fā)出“Module/Interface Module removed/cannot be addressed”，對(duì)應(yīng)子站地址為6，隨后控制器發(fā)“I/ O access error when updating the process image input table entering state”報(bào)警。

從報(bào)警信息看出，控制器CPU在和子站進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取時(shí)無法訪問轉(zhuǎn)速輸入模塊FM350，在進(jìn)行多次訪問失敗后，用默認(rèn)值2 147 480 r/min代替給水泵汽機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速，當(dāng)對(duì)3個(gè)轉(zhuǎn)速輸入模塊FM350進(jìn)行讀取都出現(xiàn)上述故障時(shí)，造成轉(zhuǎn)速信號(hào)采集異常，引起給水泵汽機(jī)2B超速保護(hù)動(dòng)作。南京西門子公司技術(shù)人員通過現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)DCS控制器固件版本較低，存在一定的安全隱患，在極少數(shù)情況下會(huì)造成控制器與下層模件數(shù)據(jù)讀寫異常，建議對(duì)DCS控制器固件版本進(jìn)行升級(jí)。

4 采取的優(yōu)化措施

在確認(rèn)轉(zhuǎn)速卡與控制系統(tǒng)CPU之間的通信故障引發(fā)給水泵汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)跳變后，為了避免類似的保護(hù)誤動(dòng)再次發(fā)生，除了對(duì)DCS控制系統(tǒng)的固件版本進(jìn)行升級(jí)外，還對(duì)給水泵汽輪機(jī)超速保護(hù)回路中的轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化組合，并將超速卡中的轉(zhuǎn)速信號(hào)以4～20 mA方式送至DCS。

具體的優(yōu)化措施如下：

（1）為了從根本上解決DCS控制器和下層模塊數(shù)據(jù)讀寫存在的隱患，安排在機(jī)組檢修期間對(duì)機(jī)組DCS控制器固件版本進(jìn)行升級(jí)，提高DCS系統(tǒng)可靠性。

（2）對(duì)給水泵汽機(jī)超速保護(hù)回路進(jìn)行完善，避免因給水泵汽機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)采樣異常導(dǎo)致超速保護(hù)誤動(dòng)。具體措施為：在給水泵汽機(jī)超速保護(hù)卡D521中對(duì)轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行判斷，當(dāng)轉(zhuǎn)速大于6 300 r/min時(shí)，輸出給水泵汽機(jī)超速保護(hù)動(dòng)作開關(guān)量信號(hào)到DCS，在DCS中和該路轉(zhuǎn)速模擬量判斷后的超速跳閘信號(hào)相與，再經(jīng)過三取二保護(hù)邏輯觸發(fā)給水泵汽機(jī)超速保護(hù)動(dòng)作，給水泵超速保護(hù)跳閘原理如圖4所示。

（3）優(yōu)化給水泵汽機(jī)轉(zhuǎn)速控制回路，防止因給水泵汽機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)采樣異常導(dǎo)致轉(zhuǎn)速信號(hào)突變，引起機(jī)組給水調(diào)節(jié)異常波動(dòng)，即當(dāng)給水泵汽機(jī)三取中轉(zhuǎn)速信號(hào)大于6 000 r/min時(shí)退出轉(zhuǎn)速自動(dòng)調(diào)節(jié)，切換到給水泵汽機(jī)調(diào)門閥位開環(huán)控制，維持機(jī)組給水正常。

5 結(jié)論

經(jīng)采取上述防范措施后，有效避免了因DCS轉(zhuǎn)速采集值跳變引起給水泵汽機(jī)跳閘或自動(dòng)調(diào)節(jié)異常的情況，但并沒有從根本上解決送至DCS的給水泵汽機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)突變的問題。2015年6月10日，2號(hào)機(jī)給水泵汽機(jī)2B測量轉(zhuǎn)速突變到2 147 480 r/min（轉(zhuǎn)速替代值），過程和現(xiàn)象與第一次給水泵汽機(jī)RB時(shí)一致，由于采取了相應(yīng)防范措施，未對(duì)給水泵汽機(jī)運(yùn)行造成影響?，F(xiàn)已經(jīng)聯(lián)系西門子廠家協(xié)助分析，以便徹底解決給水泵汽機(jī)轉(zhuǎn)速采集異常問題。

從目前情況來看，控制器固件版本升級(jí)并沒有徹底解決給水泵轉(zhuǎn)速采集異常的問題，同時(shí)考慮該廠1號(hào)機(jī)組及2號(hào)機(jī)組給水泵A也采用了相同的軟硬件配置，并未出現(xiàn)類似問題，2號(hào)機(jī)組給水泵B出現(xiàn)異常為偶發(fā)性異常，因此懷疑為控制器長時(shí)間運(yùn)行后寄存器存儲(chǔ)異常造成，計(jì)劃在機(jī)組檢修時(shí)更換DCS控制器寄存器，同時(shí)對(duì)寄存器進(jìn)行初始化并重新裝載。

圖4 修改后的給水泵汽機(jī)超速保護(hù)控制策略

[1]張華磊，羅志浩.基于熱工控制優(yōu)化的電泵電流波動(dòng)問題解決辦法[J].浙江電力，2012（10）∶45－47.

（本文編輯：徐晗）

Analysis and Treatment on Rapid Rotational Speed Signal Change of Steam Turbine for Feedwater Pump

SHI Biao，SUN Wei
（Huaneng Jinling Power Plant，Nanjing 215004，China）

The paper analyzes the trip reason of steam turbine for feedwater pump 2B in Huaneng Jinling Power Plant.It is found that faults in certain instances occur in the communication between rotational speed measurement card of DCS（T3000）manufactured by Siemens and CPU，which result in rapid change of rotational speed and the consequent trip.The paper expounds upgrading and maintenance of T3000 distributed control system as well as methods for overspeed protection logic and rotational control logic optimization;in addition，it also discusses the remaining issues.

feedwater pump；trip；rotational speed signal；T3000；communication fault

TK267

：B

：1007－1881（2016）04－0050－04

2016-01-14

時(shí)標(biāo)（1979），男，高級(jí)工程師，從事發(fā)電廠熱控技術(shù)管理工作。