超超臨界機(jī)組間冷系統(tǒng)事故疏水控制可靠性優(yōu)化

曹　陽，陳　昊，?！『?/p>

（寧夏棗泉發(fā)電有限責(zé)任公司，銀川　750409）

0　引言

間接空冷系統(tǒng)因其經(jīng)濟(jì)性的顯著優(yōu)勢(shì),在中國(guó)發(fā)電廠中的應(yīng)用越來越廣泛[1]，特別是西北地區(qū)近年來間接空冷系統(tǒng)投運(yùn)較多，但由于可靠性問題造成空冷散熱器損壞事故時(shí)有發(fā)生,給發(fā)電廠帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失[2-3]。寧夏棗泉發(fā)電廠一期工程（2×660 MW超超臨界燃煤機(jī)組，以下簡(jiǎn)稱棗泉發(fā)電廠）汽輪機(jī)排汽冷卻采用表凝式間接空冷系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱間冷系統(tǒng)），空冷散熱器垂直立式布置在空冷塔外側(cè)一周，利用間接空冷塔排煙，煙囪布置在空冷塔內(nèi)，簡(jiǎn)稱“二塔合一”方案[4]。間冷塔防凍保護(hù)動(dòng)作時(shí)，緊急泄放扇區(qū)冷、熱水，起到保護(hù)扇區(qū)的作用。當(dāng)冷、熱水事故疏水閥開啟時(shí)，膨脹水箱內(nèi)循環(huán)水將會(huì)被排空，膨脹水箱液位低于200 mm將會(huì)超馳跳閘循環(huán)水泵，凝汽器失去循環(huán)冷卻水迫使機(jī)組停運(yùn)。因此冷、熱水事故疏水閥可靠與否，將直接影響機(jī)組的安全可靠運(yùn)行[5]，而控制系統(tǒng)的配置與運(yùn)行可靠性缺陷是設(shè)備故障的最主要原因[6-9]。

1　間冷系統(tǒng)事故疏水控制概述

棗泉發(fā)電廠間冷系統(tǒng)分別在冷、熱水管上各安裝1臺(tái)事故疏水閥，冷、熱水事故疏水閥單個(gè)閥門開啟，即可實(shí)現(xiàn)扇區(qū)、膨脹水箱和相關(guān)循環(huán)水管道緊急疏水的目的[10-12]。空冷系統(tǒng)各設(shè)備由億吉埃冷卻系統(tǒng)貿(mào)易（北京）有限公司整體提供，冷、熱水事故疏水閥采用ADSMS公司產(chǎn)品，閥門設(shè)計(jì)為液壓關(guān)閉、重錘開啟，冷、熱水事故疏水閥各配置1臺(tái)液壓油站。

冷、熱水事故疏水閥液壓油站配置1臺(tái)液壓油泵和1臺(tái)手動(dòng)泵。在緊急情況下可通過手動(dòng)泵打壓保持油站液壓油壓力正常，防止閥門誤動(dòng)作。正常情況下，冷、熱水事故疏水閥液壓油泵由油壓開關(guān)聯(lián)鎖，油壓開關(guān)S4低于15 MPa啟泵，油壓開關(guān)S5高于19.5 MPa停泵。

如圖1所示，當(dāng)V7與V8電磁閥均失電，油缸內(nèi)活塞右側(cè)高壓油接通回油，閥門在重錘的作用下開啟；當(dāng)V7與V8電磁閥任意帶電，高壓油與回油通路被阻斷，油缸內(nèi)活塞右側(cè)充滿高壓油，閥門在油壓的作用下緩慢關(guān)閉。

2　疏水控制系統(tǒng)可靠性缺陷

2.1　電磁閥回路電源無冗余

由圖1可知，間冷系統(tǒng)事故疏水閥設(shè)計(jì)為雙電磁閥串聯(lián)控制，單個(gè)電磁閥帶電可使閥門關(guān)閉，2個(gè)電磁閥同時(shí)失電閥門打開。廠家設(shè)計(jì)間冷系統(tǒng)冷、熱水事故疏水閥均由間冷系統(tǒng)儀控電源柜供電，儀控電源柜至就地冷、熱水事故疏水閥均為單路供電，如圖2所示，控制電源失去則V7與V8電磁閥失電，導(dǎo)致冷、熱水事故疏水閥開啟，所以單路電源供電存在很大的安全隱患，需提高間冷系統(tǒng)冷、熱水事故疏水閥的電源可靠性。

2.2　控制箱24 V DC電源無冗余

1號(hào)、2號(hào)機(jī)間冷系統(tǒng)冷、熱水事故疏水閥就地控制箱內(nèi)設(shè)置1個(gè)220 V AC轉(zhuǎn)24 V DC電源轉(zhuǎn)換器，輸入端220 V AC電源由間冷MCC（電動(dòng)機(jī)控制中心）提供，輸出端24 V DC為就地控制柜內(nèi)繼電器及行程開關(guān)提供電源，若出現(xiàn)電源轉(zhuǎn)換器故障或間冷MCC電源異常，均會(huì)導(dǎo)致閥門開啟，極大程度降低了事故疏水閥可靠性，對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行埋下了隱患。

圖1　間冷系統(tǒng)冷、熱水事故疏水閥油路示意

圖2　電磁閥回路電源無冗余

2.3　DCS關(guān)閥指令未實(shí)現(xiàn)冗余

在機(jī)組進(jìn)入168 h試運(yùn)行前DCS（分散控制系統(tǒng)）重要信號(hào)回路緊固過程中發(fā)現(xiàn)，DCS發(fā)送V7與V8得電指令在DO卡件處使用了跨接線，2個(gè)信號(hào)使用同1根公共零線，到就地四芯電纜僅使用了3根。當(dāng)公共零線出現(xiàn)接線松動(dòng)或者電纜損壞時(shí)V7與V8電磁閥同時(shí)失電，即將會(huì)導(dǎo)致事故疏水閥異常開啟，不滿足“二十五項(xiàng)反措”中重要信號(hào)全程冗余配置要求。

2.4　遠(yuǎn)方開閥后油泵連續(xù)運(yùn)行

在閥門運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)當(dāng)閥門控制裝置在遠(yuǎn)方位且DCS發(fā)出開閥指令后，V7與V8電磁閥失電，進(jìn)油與回油打通油壓快速下降并低于15 MPa以下，油泵會(huì)一直運(yùn)行，直至DCS再次發(fā)送關(guān)閥指令，油壓上升至19.5 MPa停泵或者疏水閥切至就地模式。

經(jīng)檢查事故疏水閥控制柜電氣原理圖和控制柜內(nèi)實(shí)際接線發(fā)現(xiàn)，閥門廠家設(shè)計(jì)有“油泵遠(yuǎn)方啟允許”信號(hào)，當(dāng)該信號(hào)出1，油泵投入油壓聯(lián)鎖，但DCS排卡中并未設(shè)計(jì)該信號(hào)，調(diào)試過程中用短接線將該信號(hào)短接，相當(dāng)于油泵與油壓的聯(lián)鎖一直投入，最終導(dǎo)致遠(yuǎn)方開閥油壓泄掉后油泵聯(lián)鎖啟動(dòng)并連續(xù)運(yùn)行。雖然回路滿足控制要求，但是遠(yuǎn)方開閥后油泵連續(xù)運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致油泵壽命減少，增大維護(hù)成本，甚至可能造成油壓無法建立，閥門故障開啟導(dǎo)致機(jī)組跳閘。

2.5　閥門無法關(guān)到位

在機(jī)組調(diào)試期間，曾多次出現(xiàn)DCS遠(yuǎn)方關(guān)閥時(shí)閥門無法關(guān)到位的情況。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)在DCS遠(yuǎn)方關(guān)閥時(shí)，油泵聯(lián)鎖啟動(dòng)閥門向關(guān)方向運(yùn)行，當(dāng)壓力達(dá)到19.5 MPa，油泵自動(dòng)停止，但此時(shí)事故疏水閥尚未關(guān)到位。檢查閥門控制柜電氣原理圖發(fā)現(xiàn)，當(dāng)閥門遠(yuǎn)方關(guān)指令發(fā)出、壓力達(dá)到高值后，電氣硬回路聯(lián)鎖停止油泵運(yùn)行導(dǎo)致油缸不再動(dòng)作，閥門無法關(guān)到位。

2.6　綜合故障報(bào)警問題

閥門廠家設(shè)計(jì)有綜合故障報(bào)警信號(hào)（以下條件任意滿足）：

（1）發(fā)開閥指令5 min后未收到開到位反饋。

（2）發(fā)關(guān)閥指令5 min后未收到關(guān)到位反饋。

（3）油泵運(yùn)行超過 5 min。

油泵運(yùn)行超時(shí)報(bào)警可以判斷液壓油站運(yùn)行狀態(tài)是否正常，但DCS中未予設(shè)計(jì)，且均未在大屏報(bào)警中體現(xiàn)出來。

2.7　緊急開閥為單按鈕設(shè)計(jì)

空冷系統(tǒng)事故疏水閥緊急開閥按鈕為單按鈕，存在人員誤操作、接線松動(dòng)導(dǎo)致閥門誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)出現(xiàn)事故按鈕異?，F(xiàn)象時(shí)易觸發(fā)事故疏水閥動(dòng)作導(dǎo)致機(jī)組跳閘，為降低事故疏水閥誤動(dòng)概率，須將事故疏水閥緊急開閥按鈕修改為雙按鈕并聯(lián)控制。

3　可靠性優(yōu)化改造

3.1　電源與重要信號(hào)冗余改造

間冷系統(tǒng)冷、熱水事故疏水閥控制電磁閥V7由原設(shè)計(jì)回路供電，由工業(yè)廢水系統(tǒng)MCC間隔分別引接一路電源至1號(hào)、2號(hào)機(jī)就地間冷系統(tǒng)熱水事故疏水閥，在熱水事故疏水閥控制柜中增加F106與F107開關(guān)分別為熱水事故疏水閥V8電磁閥、冷水事故疏水閥V8電磁閥供電。原設(shè)計(jì)V8電磁閥供電回路取消，同時(shí)增加相應(yīng)的電源失去報(bào)警送至DCS。

間冷系統(tǒng)冷、熱水事故疏水閥就地控制柜中各增加1個(gè)220 V AC轉(zhuǎn)24 V DC電源模塊（容量為72 W，3 A），電源模塊220 V AC輸入電源由新增的V8電磁閥電源引接，電源模塊24 V DC輸出與原有24 V DC模塊并接，并增加穩(wěn)壓元件。改造完成后，任意一路電源失去或電源模塊故障均不會(huì)引起設(shè)備誤動(dòng)。改造方案如圖3所示。

圖3　控制箱24 V DC電源冗余改造

重新鋪設(shè)電纜，將冷、熱水事故疏水閥V7與V8電磁閥指令信號(hào)分電纜、分電纜槽盒布置，改造完成后單個(gè)信號(hào)或者單根電纜故障均不會(huì)引起設(shè)備誤動(dòng)，有效提升了事故疏水閥設(shè)備可靠性。

3.2　油泵油壓聯(lián)鎖回路改造

針對(duì)遠(yuǎn)方開閥后油泵連續(xù)運(yùn)行問題，如圖4所示，將柜內(nèi)X22端子排2與4跨接、4與6跨接，改造后V7與V8任一電磁閥收到DCS得電指令后油泵即投入油壓聯(lián)鎖；若V7與V8電磁閥均無DCS得電指令，油泵便撤出油壓聯(lián)鎖，將遠(yuǎn)方模式下DCS發(fā)送的關(guān)閥指令作為油泵投入油壓聯(lián)鎖的條件，避免遠(yuǎn)方開閥后油泵連續(xù)運(yùn)行。

圖4　油泵連續(xù)運(yùn)行問題改造

對(duì)于閥門無法關(guān)到位問題，如圖5所示，油泵控制回路中原回路在遠(yuǎn)方控制回路DCS發(fā)出關(guān)閉指令后，油壓在高于19.5 MPa工況下油泵停止運(yùn)行。如果油缸響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，則不能及時(shí)收到關(guān)到位信號(hào)，導(dǎo)致事故疏水閥不能完全關(guān)閉。將控制回路中d155繼電器的12端子與d221繼電器14端子短接，改為d221繼電器14端子與d153繼電器的14端子短接，改造后油泵聯(lián)鎖停運(yùn)條件變?yōu)橛蛪焊哂?9.5 MPa且事故疏水閥關(guān)到位。通過油泵控制回路改造解決了閥門無法關(guān)到位的問題，而且當(dāng)機(jī)組正常運(yùn)行過程中油壓緩慢泄放事故疏水閥關(guān)到位，油泵也會(huì)聯(lián)啟。

圖5　閥門無法關(guān)閉問題改造

3.3　綜合故障報(bào)警問題改造

在DCS邏輯中完成油泵運(yùn)行超時(shí)報(bào)警邏輯，并加入空冷系統(tǒng)大屏報(bào)警中，報(bào)警發(fā)生時(shí)及時(shí)引起運(yùn)行人員注意。

3.4　緊急開閥單按鈕改造

對(duì)于單按鈕存在誤動(dòng)、誤操作隱患的情況，分別對(duì)冷、熱水事故疏水閥增加了1個(gè)緊急開閥按鈕（同時(shí)增加相應(yīng)繼電器），采用雙按鈕串聯(lián)的方式，當(dāng)單個(gè)按鈕動(dòng)作或接線出現(xiàn)松動(dòng)的情況下閥門不會(huì)動(dòng)作，只有當(dāng)2個(gè)按鈕同時(shí)按下，閥門才會(huì)緊急開啟。

4　應(yīng)用效果測(cè)試

為保證改造完成后滿足間冷系統(tǒng)冷、熱水事故疏水閥能夠滿足供電回路和控制回路可靠性要求，確保閥門動(dòng)作正常并能夠滿足正常運(yùn)行需要，進(jìn)行了如下試驗(yàn)測(cè)試改造效果。

4.1　電源冗余切換試驗(yàn)

（1）斷開間冷系統(tǒng)儀控電源柜主電源，冷、熱水事故疏水閥閥門V7電磁閥供電切換到間冷系統(tǒng)儀控電源柜UPS，V7與V8電磁閥均應(yīng)帶電，閥門保持關(guān)閉狀態(tài)，并在DCS系統(tǒng)畫面報(bào)“間冷系統(tǒng)儀控電源柜主電源失去”。

（2）間冷系統(tǒng)儀控電源柜UPS放電完成后V7電磁閥失電（記錄UPS放電時(shí)間），V8電磁閥帶電，閥門保持關(guān)閉狀態(tài)，并在DCS系統(tǒng)報(bào)“間冷系統(tǒng)儀控電源柜UPS電源失去”。

（3）如圖6所示，斷開就地?zé)崴鹿适杷y控制柜F105 B開關(guān)，熱水事故疏水閥V8電磁閥失電，熱水事故疏水閥閥門打開。

圖6　電磁閥電源冗余切換試驗(yàn)示意

（4）斷開就地冷水事故疏水閥控制柜F105 A開關(guān)，冷水事故疏水閥V8電磁閥失電，冷水事故疏水閥閥門打開。

（5）恢復(fù)電源柜內(nèi)各開關(guān)，使冷、熱水事故疏水閥V7與V8電磁閥均帶電，并確認(rèn)閥門已正常關(guān)閉。

（6）斷開就地?zé)崴鹿适杷y控制柜內(nèi)F106 B開關(guān)，熱水事故疏水閥V7電磁閥失電，熱水事故疏水閥V8電磁閥帶電，熱水事故疏水閥應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)。

（7）斷開就地冷水事故疏水閥控制柜內(nèi)F106 A開關(guān)，冷水事故疏水閥V7電磁閥失電，冷水事故疏水閥V8電磁閥帶電，冷水事故疏水閥應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)。

（8）斷開就地冷水事故疏水閥控制柜內(nèi)F105 A開關(guān)，冷水事故疏水閥V7與V8電磁閥均失電，冷水事故疏水閥打開。

（9）斷開就地?zé)崴鹿适杷y控制柜內(nèi)F105 B開關(guān)，熱水事故冷水閥V7與V8電磁閥均失電，熱水事故疏水閥應(yīng)打開。

（10）試驗(yàn)完成后，恢復(fù)系統(tǒng)。

4.2　閥門開關(guān)動(dòng)作試驗(yàn)

（1）將間冷系統(tǒng)冷、熱水事故疏水閥開關(guān)切換至遠(yuǎn)方位置，遠(yuǎn)方操作閥門開關(guān)應(yīng)正常，閥門指示燈正常，遠(yuǎn)方開閥后油泵能夠正常停運(yùn)。

（2）將間冷系統(tǒng)冷、熱水事故疏水閥開關(guān)切換至就地位置，就地操作閥門開關(guān)應(yīng)正常，閥門指示燈正常。

（3）將間冷系統(tǒng)冷、熱水事故疏水閥開關(guān)切換至遠(yuǎn)方位置，單獨(dú)按下緊急開閥按鈕，閥門應(yīng)保持關(guān)閉狀態(tài)，單獨(dú)按下緊急開閥按鈕，閥門應(yīng)保持關(guān)閉狀態(tài)，2個(gè)按鈕同時(shí)按下后，閥門開啟。

（4）試驗(yàn)完成后，按復(fù)位按鈕，恢復(fù)系統(tǒng)。

5　結(jié)語

棗泉發(fā)電廠間冷系統(tǒng)事故疏水閥控制回路改造后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，冷熱水事故疏水閥動(dòng)作正常，原回路中存在的問題得到根除，使間冷系統(tǒng)事故疏水閥控制回路更加可靠。同時(shí)通過對(duì)間冷系統(tǒng)事故疏水閥控制回路的可靠性分析以及技術(shù)改造過程的闡述，有利于提高熱控人員對(duì)控制方法的理解力，培養(yǎng)了熱控人員主動(dòng)發(fā)現(xiàn)熱控系統(tǒng)不可靠因素的能力，防范于未然。