1000MW超超臨界機組熱控設(shè)備故障綜合分析

朱傳鵬+賀莉+趙永康

[摘 要]百萬千瓦超超臨界機組是火電廠發(fā)展的方向，如何做好百萬千瓦超超臨界機組熱控生產(chǎn)準備是擺在每一個熱控技術(shù)人員面前思考的重要課題。本文通過分析1000MW機組基建過程和投產(chǎn)后發(fā)生的十五起由于熱控原因?qū)е聶C組跳閘事件，從設(shè)備制造、系統(tǒng)設(shè)計、設(shè)備安裝、機組調(diào)試運行等方面，分析故障類型和原因，提出有針對性的防范措施，為新建機組熱控設(shè)備安裝調(diào)試和生產(chǎn)運行管理提供參考，保證同類型機組已經(jīng)發(fā)生的重大問題不重復(fù)發(fā)生，重復(fù)性故障得到有效控制，提升新建機組設(shè)備的可靠性。

[關(guān)鍵詞]機組跳閘；原因分析；防范對策

中圖分類號：TK284 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）25-0052-02

1 主機設(shè)備簡介

國華電力公司自2009年9月21日寧海6號機組第一臺1000MW機組投產(chǎn)以來，先后投產(chǎn)了8臺機組，容量8000MW，其中寧海、臺山和徐州電廠1000MW機組三大主機設(shè)備相同，鍋爐為上海鍋爐廠生產(chǎn)的超超臨界參數(shù)變壓運行直流燃煤鍋爐，汽輪機為上海電氣集團股份有限公司生產(chǎn)的高效超超臨界、一次中間再熱、四缸四排汽、單軸、雙背壓、凝汽式汽輪機，發(fā)電機選用上海電氣集團引進西門子技術(shù)制造的水-氫-氫冷卻發(fā)電機。綏中電廠兩臺1000MW機組鍋爐為東方鍋爐股份有限公司生產(chǎn)的超超臨界參數(shù)變壓運行直流爐、單爐膛、前后墻對沖燃燒、低NOX旋流燃燒器、一次中間再熱、半露天布置、平衡通風、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型布置的燃煤鍋爐，汽輪機由東方汽輪機廠、日立制造，發(fā)電機由東方電氣股份有限公司、日立制造。

2 同類型設(shè)備發(fā)生過的主要技術(shù)問題

通過對國華電力1000MW機組基建過程和投產(chǎn)后發(fā)生的主要熱控技術(shù)問題和重復(fù)性問題進行統(tǒng)計和分析，歸納出機組調(diào)試生產(chǎn)期間發(fā)生的主要問題15項。其中與設(shè)備接線不牢固導(dǎo)致機組跳閘的有4起、機組調(diào)試導(dǎo)致跳閘的事件有3起、電動調(diào)節(jié)執(zhí)行器故障導(dǎo)致的機組跳閘5起、與邏輯不嚴謹、定值不合理有關(guān)的事件有3起。

2.1 熱工設(shè)備接線問題

2.1.1 設(shè)備接線松動導(dǎo)致機組跳閘的事件有4起

①2009年10月2日，某電廠6號機組由于1、2號高調(diào)門跳機電磁閥2號接線端子松動，如圖1所示，造成2號高調(diào)門電磁閥2失電動作，使EH油回油管路導(dǎo)通，EH油壓低，ETS保護動作跳機。

②2010年1月1日， 某電廠3號機組在整套啟動過程中，由于DCS電子間MFT控制柜內(nèi)硬接線松動引發(fā)MFT誤動，MFT動作。

③2010年01月24日，某電廠3號機組做甩50%負荷試驗，由于#1中調(diào)門快關(guān)電磁閥接線松動脫落，甩負荷時汽輪機轉(zhuǎn)速至3390r/min，電超速保護3300r/min，機械超速保護3280r/min均動作正常，機組跳閘試驗不合格。

④2011年3月10日，某電廠41一次風機電動執(zhí)行器內(nèi)部指令與反饋公用信號線由于振動在插頭接線端子處虛接，如圖2所示，導(dǎo)致一次風量調(diào)節(jié)不穩(wěn)，所有燃料喪失，MFT保護動作。

2.1.2 原因分析

①是2號高調(diào)門電磁閥裝在2號高調(diào)門上，機組運行時產(chǎn)生的振動使接線端子松動，廠家提供的DEH邏輯設(shè)計中防止保護誤動的措施不夠完善，在控制邏輯中，當單個跳閘電磁閥失電動作時，僅將該調(diào)門關(guān)閉，沒有考慮到單個跳閘電磁閥失電打開時，調(diào)門伺服閥指令仍存在，跳閘電磁閥打開使調(diào)門伺服閥EH油回油管路導(dǎo)通，造成EH油壓低。②是專業(yè)人員對百萬機組MFT保護邏輯采用反邏輯（失電保護跳閘）帶來的設(shè)備風險評估不足。在邏輯組態(tài)保護控制的選擇上只關(guān)注保護設(shè)計的安全性，忽略了控制回路的可靠性。③是基建期間生產(chǎn)準備人員設(shè)備責任制落實的不徹底不到位，生產(chǎn)管理人員工作經(jīng)驗不足，基建安裝期間對重要保護的電磁閥、傳感器、MFT控制柜和重要電動執(zhí)行裝置等接線端子進行跟蹤檢查記錄不到位，沒有及時發(fā)現(xiàn)問題，給機組安全運行埋下隱患。④是為規(guī)避一個風險卻帶來另一個更大安全隱患。 2010年6月，某電廠41引風機由于振動使靜葉調(diào)節(jié)執(zhí)行裝置內(nèi)組合傳感器磁環(huán)脫落，導(dǎo)致機組跳閘。事件發(fā)生后，生產(chǎn)管理人員沒有對引風機、送風機、一次風機電動調(diào)節(jié)執(zhí)行裝置采取有效的加固方式，而是采用引風機、送風機、一次風機電動控制執(zhí)行裝置與附近鋼梁通過槽鋼和鐵絲連接的方式消除振動，加劇了送風機、一次風機電動調(diào)節(jié)執(zhí)行裝置振動。2011年1月，該廠停備消缺期間對41一次風機電動調(diào)節(jié)執(zhí)行裝置進行檢查，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部控制板件固定螺絲由于振動發(fā)生過斷裂問題，在檢查處理過程中專業(yè)人員對設(shè)備的了解和掌握程度不足，發(fā)現(xiàn)問題后不能準確的判斷出設(shè)備故障點，對一次風機動葉擋板的頻繁波動現(xiàn)象沒有及時組織分析，沒有采取有效的防范措施，致使2個月后（3月10日）41一次風機電動調(diào)節(jié)執(zhí)行裝置發(fā)生故障，導(dǎo)致該廠4號機組跳閘。

2.1.3 防范對策

對百萬機組保護邏輯由于采用反邏輯帶來的風險要進行學習掌握，DCS邏輯設(shè)計中防止保護誤動的措施要完善。對上汽的跳閘電磁閥、調(diào)門伺服閥的結(jié)構(gòu)認識要清楚，對這兩個閥門進油、回油管路相關(guān)性要綜合考慮。熱控設(shè)備安裝接線期間，根據(jù)熱控系統(tǒng)的重要性程度、可靠性程度、安裝調(diào)試節(jié)點，結(jié)合生產(chǎn)準備人員的技術(shù)特長和工作經(jīng)驗合理安排跟蹤人員。對一些非常重要的如DEH系統(tǒng)、接地系統(tǒng)、TSI系統(tǒng)、隱蔽系統(tǒng)等在安裝后安排監(jiān)理、技術(shù)人員檢查確認。生產(chǎn)準備人員在機組調(diào)試前要對熱工保護聯(lián)鎖回路接線進行了復(fù)核校對，確保保護聯(lián)鎖回路接線的正確性，對機組運行中主要保護系統(tǒng)存在的由于接線松動造成保護誤動的風險進行評估，對重要保護的電磁閥、傳感器等接線端子牌進行檢查和緊固。

2.2 機組調(diào)試方面的問題

2.2.1 與調(diào)試有關(guān)的事件有3起

①某電廠6號機組調(diào)試期間，在進行送風機RB試驗試驗過程中，由于給水流量PID調(diào)節(jié)器塊內(nèi)輸出限制，內(nèi)部設(shè)置給水泵上升速率為300rpm/min，且模塊抗積分飽和，不下降到底不能回調(diào)，造成給水流量低低保護動作，鍋爐MFT動作。

②某電廠1號機組調(diào)試期間，引風機機RB試驗過程中，MEH對汽動給水泵轉(zhuǎn)速在PID內(nèi)部限制為600rpm/min，轉(zhuǎn)速設(shè)置為4120rpm，實際轉(zhuǎn)速4790rpm，在調(diào)節(jié)器積分作用下，轉(zhuǎn)速迅速下降到2800rpm，給水流量低到827T/H，鍋爐MFT動作。

③某電廠3號機組進行31號一次風機RB試驗過程中，相對于鍋爐煤量和風量，給水流量自動調(diào)節(jié)下調(diào)較快，導(dǎo)致鍋爐內(nèi)壓力高于鍋爐上水壓力，給水動力不足，造成給水流量低低保護動作，鍋爐MFT，MFT動作后沒有聯(lián)跳汽動給水泵。

2.2.2 原因分析

在機組調(diào)試期間，熱控邏輯的修改內(nèi)容較多，在進行單臺汽泵最大出力等試驗時，為保證調(diào)試安全和效果，對給水流量PID調(diào)節(jié)器的輸出和汽動給水泵轉(zhuǎn)速速率等邏輯和參數(shù)進行修改限制，邏輯參數(shù)修改后沒有及時進行登記和記錄，在機組RB試驗前，調(diào)試單位和生產(chǎn)部門也沒有對修改過的參數(shù)認真進行檢查核對，沒有及時對限制數(shù)值進行恢復(fù)，在機組RB過程中由于MEH控制系統(tǒng)數(shù)值限制，使給水流量控制不穩(wěn)定，導(dǎo)致給水流量低低保護動作，鍋爐MFT。

機組在整套啟動過程中，為保證機組能夠順利點火和試驗，需要對個別聯(lián)鎖開關(guān)量信號進行解線（硬回路聯(lián)鎖信號需要打開MFT柜內(nèi)端子排上的硬接線）或仿真，調(diào)試人員將MFT動作聯(lián)跳給水泵汽輪機接線打開后，調(diào)試人員未對解線情況進行記錄，電廠調(diào)試跟蹤人員也沒有起到很好的監(jiān)督作用，機組啟動前沒有將MFT動作聯(lián)跳給水泵汽輪機接線恢復(fù)。

2.2.3 防范對策

調(diào)試單位在調(diào)試期間的設(shè)備異動、DCS邏輯仿真、參數(shù)修改和在MFT柜內(nèi)端子排解線等工作要有詳細的記錄，生產(chǎn)部門相關(guān)跟蹤人員也要認真記錄并在機組啟機前對熱工表計、DCS系統(tǒng)控制柜、MFT出口柜、DEH/MEH/TSI/MTSI系統(tǒng)控制柜內(nèi)接線認真檢查，發(fā)現(xiàn)異常要與調(diào)試單位和施工單位認真聯(lián)系并盡快恢復(fù)，最大限度地消除設(shè)備存在的缺陷和隱患。新建機組要完善異動流程，從審批、實施、校驗傳動、培訓等幾個方面加強管理。

在機組啟動前一定要認真核實設(shè)備的實際狀態(tài)，試驗前檢查控制邏輯有無限制和強制條件，對設(shè)備異常變動要找到根源、查明原因，對永久性變更要完成相關(guān)的審批流程（工程期要有設(shè)計變更）。在調(diào)試合同中明確了效益調(diào)試費，制定詳細的調(diào)試費兌現(xiàn)細則，在正常調(diào)試方案的基礎(chǔ)上應(yīng)增加設(shè)備系統(tǒng)優(yōu)化運行、節(jié)能降耗的具體要求，使各設(shè)備參數(shù)與系統(tǒng)達到最佳匹配，重點關(guān)注燃＼水比、風＼燃比、交叉限制、加速度控制等技術(shù)指標。

2.3 執(zhí)行器故障問題

2.3.1 電（氣）動執(zhí)行器故障導(dǎo)致機組跳閘的事件有5起

①2010年6月24日，某電廠6號機組真空破壞門自動開啟，低真空保護動作跳閘。

②2010年6月28日，某電廠4號機組靜葉調(diào)節(jié)電動執(zhí)行器內(nèi)組合傳感器傳動齒輪磁環(huán)脫落，導(dǎo)致引風機全開，電機電流保護動作41引風機跳閘，在RB動作過程中，42引風機跳閘，鍋爐MFT。

③2011年2月15日，某電廠5號發(fā)電機氫冷卻器冷卻水回水可調(diào)氣動門西門子定位器故障，造成冷氫溫度調(diào)節(jié)門關(guān)閉，使冷氫溫度上升到ETS保護動作值，發(fā)電機組跳閘。

④2011年3月10日，某電廠4號41一次風機由于電動執(zhí)行器內(nèi)部指令與反饋公用信號線在插頭接線端子處虛接，導(dǎo)致一次風量調(diào)節(jié)不穩(wěn)，所有燃料喪失，MFT保護動作。

⑤2011年5月6日，某電廠#4機組VV閥氣動頭供氣管從卡套內(nèi)脫出，VV閥失氣全開，ETS保護動作，機組跳閘。

2.3.2 原因分析

專業(yè)對熱工設(shè)備的日常點檢存在漏洞，不能有效的發(fā)現(xiàn)設(shè)備的異常狀況。對設(shè)備的了解和掌握程度不足，專業(yè)技能掌握不深，發(fā)現(xiàn)設(shè)備歷史曲線異常后，不能準確的判斷出設(shè)備故障點。機組跳閘前，電動（氣動）調(diào)節(jié)執(zhí)行裝置反饋和指令跟蹤不好，反饋大幅波動，熱控人員在日常曲線檢查過程中沒有能夠及時發(fā)現(xiàn)，運行人員在歷史曲線檢查中也沒有及時發(fā)現(xiàn)。機組檢修后專業(yè)對重要氣動執(zhí)行器氣源管路和接頭的巡視檢查存在不足，對設(shè)備檢修后拆卸腳手架過程中可能誤碰周圍熱控設(shè)備的風險評估存在不足。

2.3.3 防范對策

制定調(diào)節(jié)品質(zhì)歷史曲線檢查和熱工設(shè)備狀態(tài)評價的管理規(guī)定，責任人要按照要求定期對所轄設(shè)備進行點檢和歷史曲線分析；熱工加強應(yīng)知應(yīng)會技能培訓工作，加強對二十五項反措等相關(guān)制度和標準的學習；運行人員要加強設(shè)備的運行狀態(tài)的監(jiān)視工作，熱控和運行專業(yè)管理人員要對所轄系統(tǒng)進行定期查看，強化專業(yè)對設(shè)備的現(xiàn)場精密點檢的力度。根據(jù)機組運行的實際工況，修改冷氫報警定值，并梳理重要信號的報警定值。增加重要氣動調(diào)節(jié)門指令與反饋大偏差報警，針對比較重大的缺陷，熱工編寫相應(yīng)的設(shè)備故障處理操作卡，通過不斷完善操作卡，可以縮短消缺時間和減少人員誤操作，提高工作效率。機組檢修后對氣動執(zhí)行器的氣源管路和接頭等進行重點檢查，防止拆卸腳手架過程中，由于腳手桿誤碰到氣動執(zhí)行器氣源管路，導(dǎo)致氣動執(zhí)行器氣源管脫落事件的發(fā)生。

2.4 邏輯組態(tài)方面的問題

2.4.1 與邏輯不嚴謹、定值不合理有關(guān)的事件有3起

①某電廠7號機組調(diào)試期間，7A送風機手動跳閘后，7A引風機連鎖跳閘，RB動作，7B引風機超馳開啟85%，7B引風機超過額定電流退出自動，引發(fā)燃料退出自動，不再進一步減煤，水量減少到對應(yīng)負荷，運行人員手動停磨煤機和手動加水幅度不足，造成煤水比失調(diào)，分離器出口溫度達到493度，水冷壁溫度高保護動作，鍋爐MFT。

②某電廠6號機組調(diào)試期間，進行給水泵RB試驗時，在超馳加速過程中，泵轉(zhuǎn)速上升過快，給水泵入口補水不足，造成給水泵入口壓力和除氧器壓力差壓大于1MPA，機組保護動作跳閘。

③某電廠2號機組調(diào)試期間，由于1號機組并網(wǎng)瞬間，2號機組有功功率瞬間波動20%，觸發(fā)引風機、 一次風機、送風機、空預(yù)器、給水泵、磨煤機RB同時動作，給水量增加致使主汽溫度急劇下降，運行人員手動MFT。

2.4.2 原因分析

RB是機組工況劇烈變化的控制功能，因此對控制策略、參數(shù)整定以及相關(guān)控制系統(tǒng)要求較高。國內(nèi)DCS組態(tài)大多數(shù)情況是根據(jù)鍋爐廠家提供的控制策略進行組態(tài)，國外公司設(shè)計的RB控制策略和回路設(shè)計較為復(fù)雜，需要進行大量的實驗數(shù)據(jù)，然后進行優(yōu)化，而目前國內(nèi)電廠基建期間由于受到工程建設(shè)時間限制，大多要求機組整套啟動后，盡快玩完成各項試驗，使機組盡快進入168小時運行。由于調(diào)試時間較短，例如“泵轉(zhuǎn)速超馳給位調(diào)節(jié)回路”的功能調(diào)試還沒有起到作用，水/燃比調(diào)節(jié)參數(shù)整定還沒有進一步優(yōu)化等。

2.4.3 防范對策

在機組停運的情況下，按設(shè)計的功能依次模擬RB產(chǎn)生的條件，進行RB功能模擬試驗。試驗中，主要應(yīng)檢查以下一些內(nèi)容：所有的RB數(shù)字量輸入回路能夠正確動作；負荷運算回路、負荷指令變化速率等RB控制參數(shù)己正確設(shè)定；協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)輸出至FSSS系統(tǒng)，除磨煤機RUNBACK外，其它RUNBACK發(fā)生后，F(xiàn)SSS將按一定的時間間隔以從下往上的順序跳磨煤機、給煤機，直至與要求的負荷相匹配。在進行RB動態(tài)試驗之前，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)及控制子系統(tǒng)已正常投用，并完成相應(yīng)的定值擾動和負荷擺動試驗，調(diào)節(jié)品質(zhì)合格；協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在TF方式下的定值擾動試驗合格，調(diào)節(jié)品質(zhì)符合要求。

3 結(jié)束語

新（擴）建機組熱控人員應(yīng)深度參與DCS組態(tài)、熱工設(shè)備安裝和調(diào)試工作，既促進熱工人員的培訓，又可以保證設(shè)備投產(chǎn)后我們能夠自主維護，避免控制設(shè)備黑匣子產(chǎn)生。當設(shè)備發(fā)生故障后，能夠及早發(fā)現(xiàn)，做到自主分析和處理，避免由于發(fā)現(xiàn)和處理不及時導(dǎo)致停機事件的發(fā)生。熱工對DCS、DEH、ETS和MEH等控制系統(tǒng)，要嚴格按照《二十五項反事故措施》的要求排查影響系統(tǒng)安全的各種因素，制定反事故措施。防止因誤操作引起機組停運事件，熱工保護動作后，應(yīng)立即查明原因，制定有效措施，杜絕原因不明，措施不到位而強行啟動機組，造成保護再次動作跳機。針對比較重大的缺陷，熱工編寫相應(yīng)的設(shè)備故障處理操作卡，通過不斷完善操作卡，可以縮短消缺時間和減少人員誤操作，提高工作效率。

參考文獻：

[1] 張磊、李光華，鍋爐設(shè)備與運行.電力電力出版社，2008

[2] 朱北恒，火電廠熱工自動化系統(tǒng)試驗. 電力電力出版社，2007

[3] DL/T-5175-2003，火力發(fā)電廠熱工控制系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)范（J）.北京，中國電力出版社，2003

[4] 張磊，超超臨界火電機組集控運行. 電力電力出版社，2008

作者簡介：

朱傳鵬（1985.4），男，漢族，工程師，工程碩士和工商管理碩士，山東滕州人，從事神華國華壽光發(fā)電有限責任公司行政人事工作。

賀莉（1984.9），女，漢族，工程師，本科，遼寧昌圖人，從事神華國華壽光發(fā)電有限責任公司生產(chǎn)計劃和費用管理工作。

趙永康（1970.9），男，漢族，高級工程師，工程碩士，內(nèi)蒙古奈曼旗人，從事神華國華壽光發(fā)電有限責任公司2×1000MW超超臨界機組熱控檢修主管。