汽輪機(jī)ETS裝置誤動(dòng)原因分析及防范措施

饒文勇

(廣東省粵瀧發(fā)電有限責(zé)任公司，廣東 羅定 527200)

汽輪機(jī)ETS裝置誤動(dòng)原因分析及防范措施

饒文勇

(廣東省粵瀧發(fā)電有限責(zé)任公司，廣東 羅定 527200)

針對(duì)一起由于雷擊導(dǎo)致汽輪機(jī)ETS電跳機(jī)信號(hào)回路受干擾，使機(jī)組誤跳閘的事故案例，從ETS跳閘原理、跳閘時(shí)的數(shù)據(jù)及事后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)等方面，分析汽輪機(jī)ETS電跳機(jī)回路設(shè)計(jì)存在的不足，并提出防范措施，以降低雷擊對(duì)ETS電跳機(jī)信號(hào)的干擾。

汽輪機(jī)；ETS裝置；雷擊；誤動(dòng)

0 引言

某機(jī)組選用N125-135-535/535型超高壓、中間再熱、冷凝式汽輪機(jī)和QFS-125-2型雙水冷汽輪發(fā)電機(jī)。ETS(emergency?trip?system，汽輪機(jī)危急遮斷保護(hù)系統(tǒng))采用由上海汽輪機(jī)廠配套的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用的是施耐德莫迪康可編程控制器PLC。

1 事件經(jīng)過

2016年9月，機(jī)組正常運(yùn)行，負(fù)荷120?MW。當(dāng)時(shí)暴雨，并伴有雷電，因廠區(qū)附近遭受雷擊，導(dǎo)致機(jī)組跳閘，負(fù)荷降到0，汽機(jī)主汽門關(guān)閉，發(fā)變組開關(guān)分閘，鍋爐MFT(main?fuel?trip，主燃燒跳閘)滅火停爐，汽輪機(jī)未出現(xiàn)轉(zhuǎn)速飛升。檢查機(jī)組SOE(sequence?of?event，事件順序記錄系統(tǒng))記錄，顯示汽機(jī)主汽門關(guān)閉，ETS跳閘首出邏輯顯示為發(fā)變組開關(guān)跳閘。

按照事件的推理，SOE記錄順序應(yīng)該是：發(fā)變組開關(guān)跳閘；然后200?ms后，記錄汽輪機(jī)主汽門關(guān)閉。但根據(jù)當(dāng)時(shí)的SOE記錄，無法判斷機(jī)組跳閘的真正原因。

2 ETS電跳機(jī)保護(hù)回路接線

ETS電跳機(jī)保護(hù)回路接線如圖1所示。ETS電跳機(jī)保護(hù)信號(hào)直接取自升壓站發(fā)變組開關(guān)輔助接點(diǎn)，通過控制信號(hào)電纜將開關(guān)接點(diǎn)信號(hào)接入ETS裝置;經(jīng)過汽輪機(jī)ETS邏輯判斷后，觸發(fā)汽輪機(jī)跳閘，發(fā)出發(fā)變組開關(guān)跳閘至SOE記錄，同時(shí)ETS首出邏輯記錄：發(fā)變組開關(guān)跳閘。其中，控制信號(hào)電纜長度為260?m，ETS裝置DI通道的掃描電壓為24?V。

圖1 電跳機(jī)保護(hù)回路接線

3 ETS電跳機(jī)保護(hù)邏輯原理

ETS電跳機(jī)保護(hù)邏輯原理如圖2所示。根據(jù)圖2中邏輯分析可知，發(fā)變組開關(guān)接點(diǎn)信號(hào)進(jìn)入ETS裝置后，不通過任何邏輯運(yùn)算即直接輸入SOE進(jìn)行記錄;ETS首出邏輯及AST跳閘邏輯均設(shè)計(jì)有自保持回路，邏輯一旦檢測到發(fā)變組開關(guān)分閘信號(hào)后，即進(jìn)行信號(hào)自保持。

4 試驗(yàn)分析

4.1 發(fā)變組開關(guān)分閘信號(hào)經(jīng)ETS裝置執(zhí)行時(shí)間測試

對(duì)發(fā)變組開關(guān)跳閘信號(hào)經(jīng)ETS裝置至SOE記錄的時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)接線如圖3所示。

試驗(yàn)情況：從ETS接收發(fā)變組開關(guān)跳閘信號(hào)到SOE記錄至少耗時(shí)9?ms。

圖2 ETS電跳機(jī)保護(hù)邏輯原理

圖3 執(zhí)行時(shí)間測試接線

根據(jù)試驗(yàn)可知，當(dāng)干擾信號(hào)持續(xù)時(shí)間小于9?ms時(shí)，SOE不會(huì)記錄發(fā)變組開關(guān)跳閘；但持續(xù)時(shí)間小于9?ms的干擾信號(hào)，會(huì)因ETS邏輯設(shè)置了自保持回路而觸發(fā)汽輪機(jī)跳閘。所以，SOE應(yīng)該先記錄汽輪機(jī)主汽門關(guān)閉，間隔30?ms后再記錄發(fā)變組開關(guān)跳閘(來至ETS)。

4.2 ETS電跳機(jī)保護(hù)信號(hào)電纜測試

發(fā)變組開關(guān)輔助接點(diǎn)至汽輪機(jī)ETS電跳機(jī)保護(hù)信號(hào)電纜使用的是ZR-KVV22P2鎧裝屏蔽控制電纜。測試屏蔽接地電阻為5?Ω，單端接地，其中一端在ETS裝置接地，一端在發(fā)變組開關(guān)端子箱懸空。但電纜單端接地只能防靜電感應(yīng)，不能防磁場強(qiáng)度變化所感應(yīng)的電壓，無法阻礙雷電波的侵入。

4.3 錄波分析

電氣錄波如圖4所示?？梢钥闯?，在機(jī)組跳閘前主變高壓側(cè)3U0電壓出現(xiàn)劇烈波動(dòng)，但發(fā)電機(jī)機(jī)端電流Ia，Ib，Ic未出現(xiàn)異常。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能有以下幾個(gè)：

(1)?電網(wǎng)系統(tǒng)故障；

(2)?開關(guān)分合閘操作導(dǎo)致過電壓；

(3)?天氣異常，受雷擊干擾。

由于當(dāng)時(shí)電網(wǎng)未出現(xiàn)故障，運(yùn)行人員也未進(jìn)行發(fā)變組開關(guān)的操作；再根據(jù)當(dāng)時(shí)的天氣情況，故分析認(rèn)為是發(fā)變組開關(guān)受到雷擊的強(qiáng)烈干擾。

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速變化如圖5所示。由圖5可知，在機(jī)組跳閘后，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸下降，沒有上升。從圖4，5綜合分析可知，發(fā)變組開關(guān)受到雷擊的強(qiáng)烈干擾，干擾信號(hào)通過發(fā)變組開關(guān)傳至汽輪機(jī)ETS的信號(hào)電纜，再輸入到汽輪機(jī)ETS裝置；ETS裝置接受到干擾信號(hào)后，發(fā)出汽輪機(jī)跳閘指令，使汽輪機(jī)首先跳閘，主汽門關(guān)閉，再聯(lián)跳發(fā)變組開關(guān)。

圖4 電氣錄波

圖5 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速變化

5 跳閘原因分析

雷擊導(dǎo)致發(fā)變組開關(guān)輔助接點(diǎn)至ETS的信號(hào)電纜受到干擾，信號(hào)電纜提供了干擾信號(hào)的途徑并將此信號(hào)傳入ETS裝置。由于PLC的DI輸入通道采用光耦器件，在雷電流感應(yīng)的作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電壓，此電壓與PLC的DI輸入通道的直流掃描電源電壓合成高于光耦觸發(fā)電壓，使光耦導(dǎo)通，從而導(dǎo)致ETS裝置誤發(fā)汽機(jī)跳閘信號(hào)。

ETS首出邏輯記錄的發(fā)變組開關(guān)跳閘信號(hào)導(dǎo)致汽輪機(jī)跳閘是正確、可靠的。而SOE記錄汽輪機(jī)主汽門先關(guān)閉、發(fā)變組開關(guān)后跳閘，原因是由于雷擊干擾信號(hào)持續(xù)時(shí)間很短(小于9?ms)，ETS尚未發(fā)出發(fā)變組開關(guān)跳閘至SOE記錄時(shí)，干擾信號(hào)已消失。

6 防范措施

(1)?更換信號(hào)電纜。將目前的單屏蔽電纜改為雙屏蔽電纜，并將外屏蔽進(jìn)行兩端接地，做等電位聯(lián)接，內(nèi)屏蔽進(jìn)行一點(diǎn)接地。這樣外屏蔽層與其他同樣做了等電位聯(lián)接的導(dǎo)體構(gòu)成了環(huán)路，產(chǎn)生了減低原磁場強(qiáng)度的磁通，從而基本上可抵消無外屏蔽層時(shí)所感應(yīng)的電壓。

(2)?更換DI卡件及電源。ETS電跳機(jī)原使用的是140DDI35300型號(hào)的DI卡件，掃描電壓為直流24?V，接點(diǎn)通斷時(shí)間為1?ms。

由于直流24?V電壓易受干擾，信噪比低，根據(jù)現(xiàn)場情況更換為掃描電壓為直流125?V、型號(hào)為140DDI67300的卡件，以增大信噪比，提高ETS抗干擾能力。

(3)?優(yōu)化ETS電跳機(jī)PLC邏輯。增加SOE自保持回路，以準(zhǔn)確記錄小于9?ms的干擾信號(hào)，為日后的事故分析提供參考信息。

2017-03-18。

饒文勇(1978—)，男，工程師，主要從事熱控技術(shù)監(jiān)督、重大事故或異常情況分析等工作，email：176803854@qq.com。