一起保安段失電事故的原因分析及整改措施

張海港

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一起保安段失電事故的原因分析及整改措施

張海港

(華能海口電廠，海南 ?？?570311)

介紹了一起因保護(hù)誤動(dòng)造成保安段瞬時(shí)失電導(dǎo)致熱工調(diào)整門自動(dòng)關(guān)閉的事故，分析了事故的直接原因和間接原因，提出了新增UPS電源的整改措施，確保了DCS系統(tǒng)的2路電源來(lái)自不同220 V母線，提高了電廠供電的可靠性。

保安電源；UPS電源；可靠性

0 引言

發(fā)電廠保安電源是指當(dāng)重要母線或全廠停電時(shí)，為了保證汽輪機(jī)組順利停機(jī)，不至于損壞設(shè)備而設(shè)置的電源，一般發(fā)電廠的保安電源設(shè)置在低壓配電系統(tǒng)中。在發(fā)電廠的低壓配電系統(tǒng)中，保安電源作為保護(hù)重要設(shè)備的最后防線，顯得至關(guān)重要。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生事故或廠用電源中斷時(shí)，應(yīng)立即啟動(dòng)作為保安電源的柴油發(fā)電機(jī)，以保證機(jī)組安全停機(jī)，避免出現(xiàn)非停事故。

1 保安電源系統(tǒng)和UPS系統(tǒng)

某電廠8號(hào)發(fā)電機(jī)采用北重汽輪電機(jī)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的QFSN-330-2型汽輪發(fā)電機(jī)組，控制系統(tǒng)為上海新華控制技術(shù)(集團(tuán))有限公司的XDPS系統(tǒng)。

每臺(tái)單元機(jī)組配置1臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組作為保安電源和1套不停電交流電源(UPS)系統(tǒng)，其接線如圖1所示，以保證單元機(jī)組在事故情況下對(duì)重要輔助機(jī)械和重要電源連續(xù)供電，例如交流潤(rùn)滑油泵、密封油泵、點(diǎn)火裝置、DCS電源等。

1.1 柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行方式

正常運(yùn)行時(shí)，8號(hào)柴油發(fā)電機(jī)組應(yīng)處于“自動(dòng)(AUTO)”方式備用，保安8A，8B段備用電源刀閘4801，4802合閘，備用電源開(kāi)關(guān)481，482處于備用位置。保安8A，8B段分別由鍋爐8A，8B段經(jīng)工作電源開(kāi)關(guān)4821A，4821B供電。

柴油發(fā)電機(jī)自啟動(dòng)邏輯：保安“A段投入備用”+保安A段進(jìn)線開(kāi)關(guān)4821A未檢修掛牌且分閘，保安“B段投入備用”+保安B段進(jìn)線開(kāi)關(guān)4821 B未檢修掛牌且分閘，當(dāng)上述條件滿足后，經(jīng)0.5 s延時(shí)啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)。當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)350 r/min時(shí)，自動(dòng)斷開(kāi)啟動(dòng)電機(jī)電源，并斷開(kāi)水、油加溫及預(yù)潤(rùn)滑電源；當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)1 425 r/min時(shí)，電壓超過(guò)380 V時(shí)，出口開(kāi)關(guān)480自動(dòng)合閘，執(zhí)行預(yù)定邏輯，跳保安A段進(jìn)線開(kāi)關(guān)4821A或跳保安B段進(jìn)線開(kāi)關(guān)4821B，合保安A段備用電源開(kāi)關(guān)481或合保安B段備用電源開(kāi)關(guān)482，使柴油發(fā)電機(jī)組10 s可向負(fù)載供電并帶50 %負(fù)載，30 s可帶額定負(fù)載。在鍋爐PC直流電源正常條件下，鍋爐PC母線失電，跳保安工作電源開(kāi)關(guān)。

1.2 UPS系統(tǒng)運(yùn)行方式

UPS系統(tǒng)包括輸入隔離變壓器、逆變器、整流器、自動(dòng)靜態(tài)開(kāi)關(guān)、手動(dòng)旁路開(kāi)關(guān)、輸出隔離變壓器、穩(wěn)態(tài)調(diào)壓器、補(bǔ)償變壓器、旁路隔離變壓器和配電柜。

正常運(yùn)行時(shí)，UPS系統(tǒng)由主電源經(jīng)整流器和逆變器、靜態(tài)開(kāi)關(guān)向負(fù)荷供電。當(dāng)主電源失電時(shí)，由主220 V直流屏經(jīng)隔離二極管和逆變器、靜態(tài)開(kāi)關(guān)向負(fù)荷供電；當(dāng)UPS系統(tǒng)檢修時(shí)，由旁路電源經(jīng)旁路隔離變和交流穩(wěn)壓器、靜態(tài)開(kāi)關(guān)向負(fù)荷供電；當(dāng)UPS系統(tǒng)需退出維護(hù)時(shí)，可通過(guò)手動(dòng)旁路開(kāi)關(guān)不斷電切換至檢修旁路運(yùn)行。

圖1 保安電源和UPS接線示意

2 事故經(jīng)過(guò)

2011-08-11T09:21，8號(hào)機(jī)組負(fù)荷250 MW，8A/8B/8C/8E磨煤機(jī)、8A/8B給水泵運(yùn)行。運(yùn)行人員監(jiān)盤發(fā)現(xiàn)8號(hào)機(jī)組“8E磨煤機(jī)事故跳閘”“8A空預(yù)器主電機(jī)跳閘”“8A送風(fēng)機(jī)油壓低”信號(hào)，發(fā)現(xiàn)8A鍋爐變跳閘引起8號(hào)爐鍋爐PC8A段母線失電，電壓降到0，8A保安段工作進(jìn)線開(kāi)關(guān)4821A跳閘，8A保安段失電。

根據(jù)柴油機(jī)啟動(dòng)邏輯：鍋爐PC母線失電，跳保安工作電源開(kāi)關(guān)，合保安A段備用電源開(kāi)關(guān)481，柴油發(fā)電機(jī)聯(lián)啟正常，11 s后8A保安段恢復(fù)電壓。因鍋爐段跳閘，運(yùn)行人員重點(diǎn)處理爐側(cè)，在處理爐側(cè)事故時(shí)，運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)機(jī)側(cè)8B給泵工作油溫度(146 ℃)高II值報(bào)警。經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)8A/8B給泵推力瓦溫度接近106 ℃，8A/8B/8C給泵工作油冷卻器、潤(rùn)滑油冷卻器冷卻水出口調(diào)整門自動(dòng)關(guān)小至0且閉鎖開(kāi)啟，8A/8B給泵潤(rùn)滑油溫度、工作油溫度快速上升。

立即啟動(dòng)8C給泵運(yùn)行，停止8A/8B給泵。給泵工作油、潤(rùn)滑油冷卻器閉式冷卻水調(diào)整門閉鎖開(kāi)信號(hào)消失后，調(diào)整正常；閉式水膨脹水箱補(bǔ)水調(diào)整門關(guān)小至0；軸封汽調(diào)整門/軸封汽減溫水調(diào)整門/軸封汽至一抽調(diào)整門關(guān)小至0，軸封汽壓力低報(bào)警；潤(rùn)滑油冷卻器冷卻水出水調(diào)整門自動(dòng)關(guān)小至0，潤(rùn)滑油溫最高升至60 ℃；冷段至輔汽母管調(diào)整門/輔汽母管至除氧器調(diào)整門/凝汽器補(bǔ)水調(diào)整門自動(dòng)關(guān)小至0，運(yùn)行人員及時(shí)手動(dòng)開(kāi)出各熱工調(diào)整門。

3 原因分析

3.1 直接原因

鍋爐PC 8A段跳閘，保安8A段失電，爐側(cè)負(fù)荷跳閘報(bào)警增多，運(yùn)行人員重點(diǎn)處理爐側(cè)，未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)側(cè)參數(shù)上升。雖然柴油機(jī)啟動(dòng)11 s后就恢復(fù)了保安段電壓，但是接在8A保安段給DCS電源箱供電的UPS主回路電源和8號(hào)機(jī)DCS總電源的電源盤同時(shí)失電，造成在電源切換時(shí)DCS系統(tǒng)的電源切換箱電壓降低，DCS系統(tǒng)部分DPU失電重啟，機(jī)側(cè)各熱工調(diào)整門關(guān)閉至0。這是發(fā)生機(jī)側(cè)輔機(jī)參數(shù)過(guò)高的直接原因，所幸發(fā)現(xiàn)及時(shí)，沒(méi)有造成事故擴(kuò)大。

3.2 間接原因

DCS電源一路接在UPS，另一路接在保安A段，相當(dāng)于運(yùn)行線路和備用線路同時(shí)接在保安A段母線上，導(dǎo)致保安A段失電后，DCS 2路電源電壓同時(shí)降低，DCS系統(tǒng)部分DPU重啟復(fù)歸。這是造成機(jī)側(cè)各熱工調(diào)整門關(guān)閉的間接原因。此種電源設(shè)置存在極大的安全隱患(工作電源失電時(shí)備用電源無(wú)法備用)，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全運(yùn)行，增加工作人員事故處理的難度。

4 整改措施

2012年1—2月，為8號(hào)機(jī)組DCS系統(tǒng)新增了UPS電源，即“8號(hào)機(jī)組UPS2”，將原8號(hào)機(jī)組UPS更名為“8號(hào)機(jī)組UPS1”，新老UPS操作方法相同。

(1) 在鍋爐PC-8B段增加1路電源送給新增的UPS裝置，即“8號(hào)機(jī)UPS2主電源”，作為主路電源。

(2) 從8號(hào)機(jī)直流母線I母2號(hào)柜增加1路電源送給新增的UPS裝置，即“8號(hào)機(jī)UPS2直流電源”。

(3) 將原保安8A段“8號(hào)機(jī)DCS總電源盤電源”更名為“8號(hào)機(jī)UPS2旁路電源”，作為檢修旁路電源。

(4) 將原機(jī)組UPS電源更名為“8號(hào)機(jī)UPS1主電源” “8號(hào)機(jī)UPS1直流電源”“8號(hào)機(jī)UPS1旁路電源”，位置不變。

整改后的保安電源和UPS接線如圖2所示。圖2中的UPS2整流器、逆變器等未畫(huà)出，其狀況和UPS1相同。

5 新增UPS2電源運(yùn)行方式

(1) 正常運(yùn)行時(shí)，新增的UPS2工作電源由鍋爐PC8B段經(jīng)輸入隔離變壓器、整流器、逆變器、輸出隔離變壓器向負(fù)荷供電(原UPS工作電源由保安8A段供電)。

當(dāng)鍋爐PC8B段失電時(shí)，由主廠房220 V直流屏Ⅱ母經(jīng)逆止二極管和逆變器、輸出隔離變壓器，通過(guò)蓄電池組向負(fù)荷供電(原UPS由220V直流屏Ⅰ母供電)。

當(dāng)UPS2檢修時(shí)，由交流保安電源PC8A段經(jīng)靜態(tài)旁路開(kāi)關(guān)向負(fù)荷供電(原UPS旁路電源由保安8B段供電)。

(2) 當(dāng)UPS2需退出維護(hù)時(shí)，UPS2負(fù)荷可通過(guò)手動(dòng)檢修旁路開(kāi)關(guān)進(jìn)行不斷電切換到旁路運(yùn)行。

整改后，UPS1由保安8A段(主電源)、直流母線(備用電源)、保安8B段(旁路電源)供電；UPS2由鍋爐8B段(主電源)、直流母線(備用電源)、保安8A段(旁路電源)供電。

2路UPS工作時(shí)的供電電源取自不同的母線，即便一路電源失電，也不會(huì)影響另一路電源，提高了供電的可靠性，不會(huì)再出現(xiàn)DCS系統(tǒng)部分DPU失電現(xiàn)象。

圖2 整改后的保安電源和UPS接線示意

6 結(jié)束語(yǔ)

該電廠8號(hào)機(jī)組保安段負(fù)荷DCS電源改造后，2路電源均采用UPS電源，且供電電源來(lái)自不同的220 V母線，避免某段母線失電造成DCS 2路電源失壓，還避免了UPS電源與DCS總電源切換時(shí)電壓曲線下降擾動(dòng)，有效防止了DCS系統(tǒng)DPU重啟，提高了供電可靠性，充分保證了機(jī)側(cè)輔機(jī)的安全運(yùn)行。

1 卓樂(lè)友．電力工程電氣設(shè)計(jì)200例[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2004．

2 鄒鵬輝．發(fā)電廠交流保安電源優(yōu)化設(shè)計(jì)[D]．保定：華北電力大學(xué)，2015.

3 楊 華，錢 序．大型火力發(fā)電廠事故保安柴油發(fā)電機(jī)組的電壓選擇研究[J]．吉林電力，2016，44(3)：28-30.

4 楊 健. 300 MW火電廠交流保安電源的設(shè)計(jì)研究[D]．濟(jì)南：山東大學(xué)，2015.

2016-12-28。

張海港(1985—)，男，工程師，主要從事火力發(fā)電廠集控運(yùn)行技術(shù)及節(jié)能環(huán)保技術(shù)等研究工作，email：zh_haigang@163.com。